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1、公路 隧道 2 0 1 3年第 2期 总第 8 2期 仓 园隧道穿越 泥石流堆积体 施工技术 吴 广 明 中交二公局兰渝项 目经理部武都7 4 6 0 0 0 摘 要甘肃省陇南市武都区甘家沟泥石流是国内著名第二大型泥石流沟 新建兰渝铁路仓园隧道从泥石流堆积 体内部穿过 施工中采用了地表加固改 良地层 洞内注浆重造围岩 基底加固提高承载力等综合成套施工技术 为 泥石流堆积层特殊地层中的隧道施工开创了新的施工方法 关键 词 兰渝铁路仓园隧道甘家沟泥石流施工风险施工控制 国家实施西部大开发 战略以来 西部地 区的交 通设施得以快速发展 新建兰渝铁路从甘肃省陇南 市经过 多条隧道穿过了泥石流沟地段 泥
2、石流堆 积体是一种特殊的不良地质 其 围岩软弱 对隧道工 程危害极大 由于铁路隧道开挖断面大 埋深浅等 特点 施工过程中极 易发生坍塌冒顶及突泥突水现 象 如何保证开挖施 工安全是隧道施工遇到的新课 题 目前 国内外对隧道穿越泥石流方 面的施工技术 研究还较少 结合仓园隧道穿越泥石流沟地段 的施 工 对双线隧道穿越泥石流沟施工技术进行探讨 1 工程概 况 甘肃省陇南地 区高山陡峻 地形复杂 植 被差 是著名的泥石流多发地区 其特点是泥石流沟分布 多 泥石流规模大 泥石流发生频繁 新建的兰渝铁 路仓园隧道穿过 的甘家沟泥石 流沟 形成 于 1 9 5 2 年 是我国规模最大的泥石流沟之一 与云南
3、东川蒋 家沟泥石流的规模齐名 仓园隧道选线时由于受白 龙江 陇南车站 西秦岭隧道等制约 因素 不得不选 择以隧道方式穿越该泥石流堆积体 仓园隧道穿越泥石流地段 堆积体较厚 整个洞 室断面完全从泥石流堆积体内部穿过 洞顶埋深在 1 5 4 0 m 之间 堆积体 内部主要是 圆砾土 角砾土 和千枚岩以及部分夹杂砂质饱水黄土 结构松散 稳 定性差 加之双线隧道 开挖断面大 突水突泥 坍塌 冒顶风险极高 施工难度特大 在以往 的施工中 类 似的在大规模泥石流堆积体内部修建双线铁路隧道 的先例少见 缺少可以参考的施工经验 该隧道起 讫里 程为 DK3 7 8 1 7 0 DK3 7 8 8 8 5 全长
4、 7 1 5 m 隧道 中间地段在 D K3 7 8 3 8 0 一 D K3 7 8 6 4 3段穿越甘家沟泥石流沟 隧道走 向与 泥石 流 沟走 向 大 约呈 正交 穿 越 泥 石 流 总 长 度 2 6 3 m 占隧道总长度的 3 6 8 5 O 水文地质情况 地下水渗透系数 K一1 3 4 m d 计算单位正 常涌水量 4 0 8 0 m d k m 最 大涌水 量 1 2 2 4 0 m3 d k m 预测隧道最大总涌水量 3 2 1 9 m 涌 水量受季节影响变化大 穿越泥石流沟埋深最浅处 只有 1 5 m 甘家沟泥石流沟内有少量地表流水 平 时流量较小 在雨季有大的洪流 2 设计
5、情况 隧道位于半径 1 0 0 0 0 m 的曲线上 8 的下坡 隧道全长采用V级围岩加强衬砌 拱部小导管超前 注浆 小导管长 4 m 环 向间距 0 4 m 纵 向间距 2 4 m 初期支护采用 工2 0 b型钢钢架 洞身 DK3 7 8 3 8 0 一DK3 7 8 6 4 3下穿甘家沟 泥石流浅埋段 拱墙设 50 5 0钢花管系统 注浆 浆液 采用水泥 一水玻璃双液浆 洞 内采用直径 5 0 8 9大 管棚超前支护 管棚长 1 0 m 环向间距 0 4 m 管棚内 设钢筋笼 灌注水泥砂浆充填密实 管棚间设超前小 导管预支护 其 中 DK3 7 8 4 3 6 DK3 7 8 4 6 0段
6、 拱顶 1 8 0 范 围设置管棚直 径为 1 0 8 环 向间距 为 3 0 c m 管棚间的超前小导管间距为 3 0 c m 小导管为 P 5 0 mmX 5 mm 小导管注浆采用水泥一水玻璃双液 浆 预留变形量为 3 0 c m 钢架为 I 2 0 b 钢架 间距 5 0 c m 拱墙喷混凝土厚度 3 0 c m 洞 内径 向注浆 管 长度为 3 m 环 向间距为 1 5 0 c m 纵向间距为 1 5 0 c m 全环注水泥一水玻璃双液浆 设计采用了地表注浆加 固围岩 注浆范 围以隧 道边墙净空外左 上游 8 m 和右 下游 5 m 范 围内 地表注浆加固 加 固高度为隧道拱部 以上
7、5 m 至边 墙底部 见 图 1 隧道横断面设计见图 2 为防止地表水下渗 在沟心部位设计有 地表铺 砌 吴广明仓 园隧道穿越 泥石流堆积体施工技术 曩 l 3 斑2 畦 0 柏 g 瓤6 瓤 如 2 曩 i nO 虹鼍2 m 缸 最 7 熏 8 鞠 孽 麟 l 城 t I j t l I j I I J 二 7 i I 一 I 筒 鼬 牟 l l I l 图 1 地表注浆范 围设计 图 图 2 隧道横 断面设 计图 3 地质 条件分析及施工方案 的确定 甘家沟石流沟的特点是泥石流堆积体厚度远远 大于隧道洞室的高度 整个隧道完全从 堆积体 内部 穿过 地面线就是河床形状 两侧 比较宽 阔平坦
8、中 心有一小河沟 平 时有少量水流 汛期有较大洪水 隧道 最 浅埋 深 仅有 1 5 m 的 其 他 地 段 埋深 3 O 4 0 m 隧道底部以下仍有较厚深度的堆积层 受古老 河床 的形状影响 隧底下部堆积层 的厚度深浅不等 基底承载力不等 靠近古河床 中心地段承载力最低 泥石流堆积体内富含地下水 渗透系数 1 3 4 m d 对于隧道工程来说 泥石流堆积体 由粒径不 同 的圆砾土 角砾土和千枚岩 以及部分夹杂砂质饱水 黄土组成 由于形成时间很短 结构松散 密实性差 不具有稳定性 其孔隙率大 饱含水 且具有地下流 动性 整体承载能力较低 不能满足隧道工程需要 必须对洞室周围进行加固处理 重造
9、围岩 对基底一 定深度进行加固 以满足隧道工程的需要 根据以上分析 决定在开挖之前首先应采取地 表注浆技术 对 D K3 7 8 3 8 0 D K3 7 8 6 4 3段进行 注浆加 固 形成帷幕 有地下水地段采用水泥水玻璃 双液浆 无水地段采用单液浆 注浆 目的为改 良地层 性质 重造围岩 其次 开挖前再次进行洞 内注浆 增强和提高围岩强度 按照三 台阶施工方法 进行 开挖 严格控制每部台阶长度 及早封闭仰拱 仰拱 底部采用树根桩加固技术 进行基底加固 改 良底部 围岩性质 提高基底的承载能力 施工中引进 TS P超前地质预报技术 对前方 围岩情况进行预测 4 施工程序及方法 4 1 施工
10、程序 见图 3 图 3施工 程序 4 2 主要施工方法 1 地表注浆加 固 采用地质勘 探钻 机成 孔 注浆 管采 用 8 9钢 51 公路 隧道 2 0 1 3年第 2期 总第 8 2 期 管 注浆管下部 固结 区范 围内为花管 间距 l m l m 从地表打入至隧道边墙底部 注浆顺序 自下游 往上游注 压注浆液为水泥 水玻璃双液浆 比例为 1 1 注浆压力 1 5 2 MP a 控制 2 洞 内大管棚超前支护 为了保证开挖过程中的围岩稳定 需要采取预 加固措施 本段采用大管棚法预加 固 拱顶 1 8 0 范 围内设大管棚 钢管直径为 O1 0 8 mm 长 1 0 m 环 向 间距为 3
11、0 4 0 c m 纵向搭接长度 2 m 钢管 内注满 水泥砂浆 3 超前小短管注浆加固 大管棚之间设超前小导管注浆 小导管直径为 5 0 mm 长度 3 5 m 压注水泥 水玻璃双液浆 掌 子面采用喷混凝土作为止浆层 喷砼厚度 2 0 c m 注 浆压力控制在静水压力再加 1 1 5 MP a 施工 中需 要检测 围岩 的静水压力 4 拱墙径向注浆加固 洞内采 取径 向注 浆 注浆 管 采 用 5 0 mm 5 mm钢管 长 3 m 间距 1 5 m 1 5 m 全环注水泥 水玻璃双液浆 拱墙采用初支喷混凝土作为止浆 层 喷砼厚度 3 0 c m 注浆压力控制在静水压力再加 1 1 5 M
12、Pa 5 洞 内开挖 开挖方法 不同地段分别采用 了三台阶七步法 预留核心土法和大拱脚 临时仰拱法施工 挖掘机开 挖 每循环开挖进尺控制在 1榀钢架间距 初支采 用 I 2 2 b钢架 间距为 5 0 c m 双层 if 8钢筋网片 间距 2 O 2 0 c m 喷砼厚度为 3 0 c m 等级为 C 2 5 施工 中实 际的预留沉降量 由设计 的 3 0 c m逐步调整到 6 0 c m 施工中各 台阶均采用短台阶 台阶长度 3 6 m 二衬 步距控制在 3 0 m之 内 开挖过程 中 引进 围岩监控 量测技术 每 5 m布设一个监控断面 每天观测 1 2 次 6 基底加固 仰拱开挖后 需要
13、做动力触探试验 确定基底的 承载力 对于不能满足要求的软弱地层进行加 固处 理 加固方法 采用树根桩加固基础 见 图 4 在 仰拱开挖到位之后施工仰拱 之前先预埋套管 仰拱 填充完成并达到一定强度后 使用钻机钻孔 打设注 浆管 对基底进行注浆加固 套管采用 4 0钢管 间距 0 4 1 0 m 高出仰拱填充面以上 2 0 c m 呈辐 射状布置 压浆管采用 8 9 钢管 桩管长为 6 m 施工时 地质勘探钻机成孔 钢管打人后 压注水泥 水玻璃双液浆 注浆压力为静水压力 2 MP a 每 52 一 施工段长度 5 m 图 4 隧道基底加固施工 7 二次衬砌 设计为钢筋混凝土结构 按常规方法施工
14、每循 环 9 1 2 m 采用衬砌台车进行施工 8 地表防渗措施 为防止地表水下渗 沟心处采用 C 2 o混凝土地 表铺砌 铺砌范围 上下游各 5 0 m 铺砌宽度约 2 4 m 此外对沟心上下游各 1 5 m 宽 2 4 m地表采用 p 4 2 小 导管注浆 小导管长 3 m 间距 1 l m 5 施工中采用的配套施工技术 5 1 超前地质预报技术 在仓园隧道中使用 T S P地质预报技术 长距离 地预报隧道掌子面前方的地质情况 该技术采用 地 震波反射原理 有效地预测了前方地质状况 为施工 人员提前预测有无涌水风险 5 2 围岩监控量测技术 为了掌握初支 的变形情况 按照规范要求 在初 支
15、施做过程中 每 5 m布置一个监控断面 每天观测 一 次 通过数据分析 精确掌握围岩下沉收敛变形状 况 提前预测有无坍塌风险 掌控施工安全情况 5 3 地表深管注浆技术 开挖之前 提前在隧道一定范围内打人钢管 深 层注浆加固地层 改 良围岩性质 堵水止水 5 4 大管棚预支护技术 为防止开挖过程 中出现坍塌 在掌子面提前打 人大管棚 对拱顶一定范围内采取预支护 5 5 超前小导管注浆加固技术 与大管棚配套使用 为防止开挖时掌子 面出现 掉块 提前打人超前小导管并及时注浆 提前加固围 岩并堵水止水 5 6 径向注浆技术 在初支施做后二衬施做之前 为改良围岩性能 吴广明 仓 园隧道穿越泥石流堆积体
16、施工技术 增强 围岩 自身强度 在拱墙范围打人小导管并注浆 5 7 基底树根桩加固技术 在 隧道底部打入钢管桩并注入混凝 土 有效地 改善基底承载力 5 8 地表防护技术 沟心地面铺砌防护 有效地防止地表水下渗 6 施工效果及检验 地表注浆及超前小导管注浆的效果 通过洞内 掌子面开挖后 围岩 的稳定性进行直观判 断进行评 定 在该隧道注浆后 现场开挖后的掌子 面围岩稳 定性良好 掌子面直立不坍塌 没有明显渗水 经论 证认为围岩得到了极大改善 达到预期效果 径向注浆 的效果评定 采用在边墙初支钻孔取 芯 每循环取 1 2处 钻取岩芯 观察岩芯浆液充填 情况进行评定 不合格者应补钻孔注浆 本隧道经 现场取芯观察 认为注浆填充效果好 径 向注浆加 固 改善 了围岩的力学性能 在饱和水地层中期到有效地 止水作用 提高了围岩的承载能力 达到预期效果 7 结论 与体会 经过仓园隧道下穿泥石 流沟 的工程实践 我们 体会到 对于泥石流堆积体这种特殊地质 地表注浆 等综合配套技术的应用 有效地克服了突水突泥 坍 塌冒顶 结构沉降等风险 是泥石流堆积层 中修建大 断面隧道 的成功范例 参考文献 E l
