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1、兰渝铁路杨家坝隧道穿越泥石流沟施工技术齐 甦1 何金星1 王立英2 雷星月3(1.中国地质大学工程学院,武汉 430074；2.中交第二公路工程局有限公司,西安 710065；3.中国地质大学外国语学院,武汉 430074）摘要摘要 兰渝铁路杨家坝隧道在 DK376+438DK376+572 段浅埋通过燕儿沟，于 DK376+495 处穿越燕儿沟沟底，埋深仅为 8.91m，开挖断面大，围岩松散破碎，分布于泥石流沟内的砂质黄土厚约 2122m，且地表水下渗严重，施工难度大。针对该隧道施工的难点，提出了地表注浆、帷幕注浆，洞内超前支护结合树根桩加固仰拱地基的穿越泥石流沟施工技术，通过该技术的应用使
2、得隧道安全顺利的穿越泥石流沟地段，有效地保证了工程的施工进度、质量和安全，为今后类似隧道施工提供了很好的借鉴作用。关键词关键词 隧道；泥石流沟；穿越施工技术 Construction Technology of Debris Flow Gully in Yangjiaba Tunnel on Lan-Yu RailroadQi Su1 He Jinxing1 Wang Liying2 Lei Xingyue3(1. Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan, 4300742. CCCC Second Highw
3、ay Engineering Co.,Ltd, Xian, 7100653. Foreign Language Institute, China University of Geosciences, Wuhan, 430074)Abstract: Yangjiaba Tunnel on the Lan-Yu Railway is shallowly through Yaner watershed from DK376+438 to DK376+572 segment and crossed it with a depth of only 8.79m at DK376+49. It is a d
4、ifficult construction with large excavation section, loose and fractured surrounding rock， 2122m sandy loess in the debris flow gully，severe downward infiltration of the surface water. To solve the problems in the process of the tunnel construction，a technology of combing surface grouting、curtain gr
5、outing, advanced support inside the tunnel with root pile reinforcing the foundation of the invert is put up with to make the tunnel safely and successfully go through the debris flow gully. The engineering application of the technology will also effectively ensure the progress，quality and safety of
6、 the construction and set a good example to the following semblable tunnel construction.Key words: tunnel；debris flow gully；the construction technology of traversing国家实施西部大开发战略以来，西部地区的交通基础设施建设进度加快，交通运输条件得到明显改善。而西部地区地形、地貌复杂，多为深切峡谷和高山，河谷狭窄，决定了在这些地带修建铁路或公路工程时，需要修建大量山岭隧道穿越工程1。泥石流是兰渝铁路全线危害最严重的不良地质之一，主要分布
7、于岷县境内的洮河两岸、宕昌至武都之间的岷江以及白龙江两岸，以沟谷型为主，泥石流极为发育，基本上是逢沟必有泥石流2。对于隧道穿越泥石流沟施工难的问题，制定合适的施工技术，确保施工安全，已经成为隧道施工领域的一个新课题，我国目前对于隧道穿越泥石流沟施工技术的研究较少3。结合兰渝铁路杨家坝隧道穿越厚砂质黄土层泥石流沟的工程实例，对浅埋隧道穿越泥石流沟施工技术进行研究。1 工程概况工程概况兰渝铁路杨家坝隧道位于甘肃省陇南市武都区东江镇，起迄里程 DK374+592DK376+722，全长 2130m，为单洞双线隧道。其中在DK376+438DK376+572 段浅埋通过燕儿沟，于DK376+495 处
8、穿越沟底，埋深仅为 8.91m，如图1 所示。隧道设计断面尺寸为：宽度 14.30m，高度 12.24m；隧道初支厚度为 27cm，二衬厚度为50cm，仰拱填充厚度为 173cm。燕儿沟泥石流规模大，据当地村民介绍该沟雨季时水量较大，并于 1984 年也发生过大型泥石流事件，给当地村民人身安全及财产造成极大损害。2 水文、地质条件水文、地质条件 隧道洞身涉及地层主要为第四系全新统洪积细角砾土（） ，第四系上更新统冲积砂质黄土6pl 4Q()、粗圆砾土()、碎石土()、下伏基3pl 4Qal6 3Qal7 3Q岩为志留系中-上统千枚岩()。隧道岩体以千枚ph 3-2S岩为主，岩质较软，受区域构造
9、的影响，揉皱、褶曲现象极为普遍，节理裂隙发育，薄层、薄片状岩层被切割成块状、碎块状，岩体破碎，局部冲沟岩体极破碎。该泥石流沟段特殊岩土为松软土，分布于泥石流沟内砂质黄土，厚约2122m，灰褐色及灰黄色，少量孔碎石土Qal6 33al7Q2-3phS2-3phS4Qpl64Qpl64Qpl31012.50994.851014.18 1009.35 1000.69993.14 988.701018.261029.90988.14燕儿沟DK376+ 495DK376+ 438DK376+ 572粗圆砾土千枚岩 细角砾土细角砾土千枚岩砂质黄土隧道线路图图 1 杨家坝隧道泥石流沟纵断面杨家坝隧道泥石流沟
10、纵断面Fig.1 Profile of debris flow gully in Yangjiaba Tunnel隙，有砂质感，可见蜗壳，土质不均，夹杂碎石和角砾，含量约占 15%20%，其成分以千枚岩为主。千枚岩的单轴抗压强度 R=14.7Mpa，粘聚力=0.041MPa，内摩擦角=20.6，隧道围岩级别c为级加强。根据陇南市国土局和气象局资料显示，陇南市地质灾害多发时段主要集中在 510月。当当地降水量达到 1520mm/h 即可暴发泥石流，而每小时降水量超过 25mm 时，就可能发生灾害。69 月为主汛期，强降水过程较多，占年降水量 80%以上，由此而引发崩塌、滑坡、泥石流等突发性灾害的
11、可能性较大。3 隧道施工难点隧道施工难点根据水文、地质条件以及隧道自身的特点，该隧道施工具有如下难点：1）在 DK376+495 处穿越燕儿沟沟底，埋深仅为 8.91m，且附近地面有 3 栋房屋，埋深较浅，围岩破碎松散，地表水下渗严重，施工时易出现地表下沉、地面开裂等问题，影响隧道施工质量、施工进度以及附近房屋安全。2）整个泥石流沟段为中等富水区，地下水发育，可能会发生集中涌水现象，出现塌方现象，影响隧道结构安全和运营时的行车安全。3）分布于泥石流沟内夹杂碎石和角砾的砂质黄土厚度大，隧道施工过程中，隧道内部结构容易出现不均匀沉降和大变形问题，例如拱顶下沉、围岩收敛过大和钢架下沉等。4 隧道穿越
12、燕儿沟段施工技术隧道穿越燕儿沟段施工技术由于隧道洞身以暗洞形式通过，施工时要严格遵循“先处理地表，再施做洞内；先处理地基，再施做仰拱” ， “管超前、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，并加强监控量测，确保隧道施工安全。根据工程进度情况，选择穿越泥石流沟段的施工日期在枯水季节，此时地表水不丰富，有利于施工。4.1 地表处理方法4.1.1 地表注浆设置 7m 长的 42 小导管注浆，间距 1m，梅花型布置，如图 2 所示。小导管前端做成尖锥形，尾部焊接 8mm 钢筋加劲箍，管壁上每隔1520cm 梅花型钻眼，眼孔直径为 68mm，尾部长度不小于 30cm 作为不钻孔的止浆段。注浆范围为线路两
13、侧各 8m，以防止地表雨水的下渗。注浆材料采用水泥单液浆，水泥浆水灰比为 1：1，注浆压力为 0.51.0MPa。注浆方式采用分段注浆，注浆泵流量从低至高的顺序进行注浆。注浆过程注意观察注浆地表的变化，并根据注浆情况调整注浆的浆液浓度。隧道中心线8000m m8000m m100010001000图图 2 425mm 小导管注浆平面布置小导管注浆平面布置Fig.2 Plane of 425mm small pipe grouting4.1.2 帷幕注浆4帷幕注浆（线路中线 810m 处）为长818m 的 42 双排小导管注浆，间距为 1m，梅花型布置，帷幕注浆的范围以及其与隧道的位置关系如图
14、3 所示。采用高压泵进行注浆，固化开控轮廓周围的岩体，有效控制洞身的沉降和收敛。帷幕注浆在隧道中心线的两侧形成两道截水帷幕，有效地解决地下水向隧道内渗透的问题。4.1.3 沟心铺设沟心采用 30cm 厚 C20 砼铺设，铺设范围为线路中线上下游各 50 米。上游与原沟心顺接，避免反坡积水，造成水流下渗。17.5717.3658.3R6.3858.3隧 道 中 心 线8.008.0010.0010.007.00图图 3 帷幕注浆横断面帷幕注浆横断面Fig.3 Cross section of curtain grouting进行地表注浆之后，有效地固结隧道开挖区域上部松散破碎的围岩，下文中洞内超
15、前支护所采取的大管棚超前支护以及超前小导管径向注浆措施可有效地固结开挖区域围岩,两者形成一个整体，起到地下挡土墙的作用，防止掌子面处土体塌方；沟心的铺设及时有效地排走地表水防止地表水下渗，解决地表水下渗严重的问题。4.2 洞内超前支护技术1）对洞身开挖采用 89mm 大管棚超前支护5，管棚长 10m，环向间距 0.4m，外插角为 3，管棚内设钢筋笼。钢花管上钻注浆孔，孔径1016mm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段 150cm。管棚钢管顶进采用装载机和管棚机钻进相结合的工艺，先钻大于管棚直径的引导孔(140mm)，然后用装载机在人工配合下顶进钢管。 安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注
16、浆，浆液由 ZJ-400 高速制浆机拌制。管棚注浆材料采用 1:1 水泥浆液，采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，初压 0.51.0MPa，终压 2MPa，持压 15min后停止注浆。注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的 1.5 倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。注浆完毕后灌注 M5 水泥砂浆充填密实以增强管棚强度，管棚间设超前小导管注浆预支护。2）对洞身全环采用 503.5mm 超前小导管径向注浆，孔口环向间距为 1.8m，孔底环向间距为 2.5m，纵向间距为 2.6m，如图 4 所示。采用凿岩机钻孔，用游锤凿岩机直接将小导管沿格栅钢架中部打入，小导管外插角为 2，尾部与钢架焊接到一起，共同组成预支护体系，然后进行小导管注浆，如图 5 所示。注浆前先喷射混凝土 510cm 厚封闭掌子面，R6
