马家坡隧道进口段设计方案2013420

1、兰州至重庆线兰州至广元段马家坡隧道 第三系砂岩段设计方案中铁第一勘察设计院集团有限公司2013年4月 西安目 录一、工程概况1（一）概述1（二）工程地质条件1（三）水文地质条件2（四）地质条件综合评价3（五）原设计概况4二、施工现状4（一）施工进展情况4（二）施工揭示地质情况5（三）现场施工情况10三、工期分析13四、设计方案调整情况13（一）DK114+584DK114+614试验段方案14（二）DK114+614 DK115+300 段设计方案15（三）辅助坑道设计方案18五、投资估算18一、工程概况（一）概述马家坡隧道位于渭源县北寨乡和七圣乡境内，为黄土高原区，地表高程一般2130242

2、0m，隧道洞身最大埋深256m。隧道起迄里程DK113+222DK119+052，全长5830m，为双线隧道，设计为单面下坡，隧道除洞身、段位于直线上外，其余均位于R4500m的曲线上。施工图设计为进出口两端施工。（二）工程地质条件1、工程地质概况隧道洞身通过的主要地层以上第三系泥岩夹砂岩（NMs+Ss）为主：多呈泥岩和砂岩互层状，局部夹薄层砾岩；泥岩成份以黏土矿物为主，层状构造，砂岩为粉细粒结构，泥质胶结为主，层状构造。成岩作用差，岩质较软，岩层倾角较小或近水平，产状起伏多变，主要为 N2069°E/635°N、N7578°W/1517°N、N45&#

3、176;W/8°S、N73°W/20°S，节理较发育，一般发育三组节理，级软石，级围岩，0=350kPa。泥岩具有中等膨胀性。原设计隧道围岩分级如下：级：4940m；级：890m。2、补充勘察情况施工过程中，根据马家坡隧道进口段揭示地层情况，对地表进行了详细的补充调绘，并结合隧道洞身开挖揭示地层情况，地表布置了2个深钻孔（DK114+800处孔深 275m、DK115+394处孔深197m）、洞内布置2个浅孔，均已完成，共计/4孔，取岩样10组，水样4组，地表调绘观测点5个。钻探揭示，隧道洞身DK114+584DK115+250段长666m,为上第三系砂岩，浅红色

4、，成分以长石、石英为主，粉细粒结构，胶结差，成岩性差，手捏易碎多呈碎块或砂状，有渗水。围岩由IV级调整为V级。DK115+250DK117+137段长1887m，以泥岩夹砂岩，泥岩，呈棕红色，黏土矿物为主，泥质胶结。砂岩，浅灰色为主，成分以长石、石英为主，细粒结构，泥钙质胶结，岩质较坚硬。DK115+250DK115+300段（50m）洞身为上第三系泥岩夹砂岩（泥钙质胶结，青灰色为主），洞顶上部为弱胶结砂岩，可能有渗水，围岩由IV级调整为V级；DK115+300DK117+137段（1837m）洞身为上第三系泥岩夹砂岩（泥钙质胶结，青灰色为主），以IV级围岩为主。（三）水文地质条件隧道通过区地

5、下水为第四系松散层孔隙潜水和基岩裂隙水，综合判定隧道为贫水区。1、地表水隧道洞顶山体冲沟发育，虽然隧道洞身山体内各冲沟未见有常年流水，多为季节性流水。2、地下水马家坡隧道地下水主要赋存于砂泥岩裂隙（孔隙）中，为弱富水区，地下水的分布受岩性岩性控制，隧道通过的地层泥岩基本不含地下水，砂岩含孔隙潜水。砂岩含水层受颗粒组成、胶结程度、黏粒含量以及泥岩夹层等的影响，地下水的分布及富水性在空间上也存在一定差异。通过调查，地表有泉水零星发育，为接触下降泉，DK115+725左侧200m沟口有一人工水井和泉水，水量较小。 DK115+725左侧200m沟口水井 水井附近砂岩无侵蚀性CO2，Cl-及SO42-

6、对混泥土有腐蚀性，环境作用等级分别为L1及H1。（四）地质条件综合评价通过对第三系砂岩段地层物理力学性质及钻孔水文测试成果，主要结论如下：1、隧道DK114+584DK115+250段长666m，为上第三系砂岩，泥质弱胶结，细粒结构为主，粒径主要为0.075，天然密度1.98 g/cm3, 含水率4.07.4%，黏粒含量4.8%9.8%，孔隙率9.9%，颗粒密度××10-4cm/s,天然抗压强度0.1590.835MPa,直剪试验°、C=2.1kPa，纵波波速平均Vp =/s。具有原始状态下密实度高、不扰动状态下承载力和变形模量比较高的岩石特性。但第三系砂岩胶结程

7、度较差，结构较脆弱，受扰动后易被破坏，稳定性较差，需加强支护。2、进口段施工揭示掌子面砂岩直立性较好，围岩基本稳定，仅下台阶渗水及基底积水浸润的围岩稳定性较差；同时根据类似工程如胡麻岭隧道、桃树坪隧道砂岩地段实际开挖情况、砂岩颗粒、黏粒含量、渗透性、强度及掌子面涌水量等指标综合分析，马家坡隧道砂岩的工程性质相对较好。主要参数对比表隧道名称颗粒黏粒含量%孔隙率%含水率%渗透系数cm/s抗压强度MPa纵波波速km/s出水量m3/d马家坡隧道细中粒×10-3-7.4×10-46-450-80桃树坪隧道粉细粒1.2×10-47.6×10-5.200-500胡麻岭

8、隧道粉细粒局部达240.9×10-54.2×10-52.06300-900（五）原设计概况DK114+584DK115+300段原设计为级围岩，按照级围岩一般地段衬砌结构设计。初支采用格栅钢架，1榀/,二衬为C35混凝土。二、施工现状（一）施工进展情况该隧道2009年2月开工，截止2013年4月，进口掌子面里程DK114+584，累计掘进1362m；出口掌子面里程DK117+072，累计掘进1980m；隧道累计开挖3342m，占隧道总长的57.3%；未施工段长度2488m。由于隧道施工进展缓慢，加之进口端地质条件变化，于2012年11月增设了两座斜井辅助施工，斜井均设计为单

9、车道+错车道。其中1号井与正洞相交里程DK115+400，斜井长630m，目前施工完成120m；2号井与正洞相交里程DK116+350，斜井长540m，目前施工完成24m；马家坡隧道辅助坑道平面布置及施工进度示意图（二）施工揭示地质情况1、进口工区进口工区累计完成1362m，施工开挖主要为泥岩夹砂岩，多呈互层状分布，DK114+265DK114+420段拱部砂岩夹层逐渐增厚，其分布不规律，从DK114+420开始以砂岩为主，有少量渗水，Q=5080方/天，围岩稳定性较差。 DK114+559+567段于2012年8月18日拱部发生塌方，采用中隔壁法加临时横撑法进行施工，当施工至DK114+58

10、4时，DK114+563+571段变形侵限。2013年3月17日，在拆换DK114+567钢架时，拱部左侧发生坍塌，塌方体主要为第三系砂岩夹泥岩，砂岩多呈碎块或松散砂状，泥岩呈大块状。DK113+695（泥岩为主） DK114+282（泥岩夹砂岩）DK114+420（砂岩夹泥岩） DK114+430（砂岩为主）DK114+444（砂岩为主） DK114+454（砂岩为主）DK114+485（砂岩为主） DK114+490（拱部夹泥岩，下部砂岩为主）DK114+490（下部砂岩渗水，左侧有股状水） DK114+525（砂岩为主） DK114+551（砂岩为主） DK114+561下部（砂岩直立）

11、DK114+564拱部（砂岩为主）DK114+564下部（砂岩为主）DK114+566（砂岩为主） DK114+567（第一次塌方） DK114+567571段左侧变形侵限 DK114+565左侧拆换钢架DK114+567拆换钢架时发生塌方 DK114+567塌体中大块泥岩2、出口工区出口工区累计完成1980m，施工开挖为上第三系泥岩夹砂岩，互层状分布，成岩性差。 目前掌子面里程DK117+072，揭示以上第三系棕红色泥岩为主，局部夹灰色砂岩。成岩性差，岩质软，围岩稳定性较差，无水，IV级围岩。DK117+457（泥岩夹砂岩） DK117+437 泥岩为主DK117+285 泥岩夹砂岩 DK1

12、17+197 泥岩夹砂岩DK117+157 泥岩夹砂岩 DK117+137 泥岩夹砂岩（三）现场施工情况隧道总体施工进展缓慢，加之地质条件变化，施工处于不正常状态。开工以来，月进度情况如下：马家坡隧道进口端月进度统计表（开挖）工程名称年份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月小计马家坡隧道进口工区（掌子面里程DK114+584）2009年306081663242010年655660100120102100542763528892011年26000012000002012年001202013年00累计开挖长度1362m马家坡隧道出口端月进度统计表（开挖）工程名称年份1月2月3月4

13、月5月6月7月8月9月10月11月12月小计马家坡隧道出口（掌子面里程DK117+072）2009年7670002332010年623282463516128102101118114749102011年794940000003292012年00313512013年157累计开挖长度1980m进口端从DK114+420开始揭示地层以砂岩为主，有少量渗水，现场会勘后，进行了变更，由级围岩变更为级围岩，初支采用I20型钢钢架，1榀/0.5，三台阶法工法施工，变形可控。2012年7月，现场会勘对DK114+560+580段由级围岩变更为级围岩，工法为三台阶法；2012年8月， DK114+560+56

14、7段初支出现变形侵限，现场确定了初支拆换方案。拆换施工中造成DK114+559+567段拱顶发生塌方，塌腔高度约56m。塌方处理采用大管棚超前支护，塌方影响段采取增设套拱及注浆加固等措施。2012年9月，塌方处理基本完成，根据现场情况，确定DK114+567+627段为工法试验段，工法调整为中隔壁+临时横撑法。2013年1月，进口端上半断面左侧掌子面里程DK114+583，右侧掌子面里程DK114+584，下半断面左侧掌子面里程DK114+575，右侧掌子面里程DK114+573，仰拱里程DK114+563，衬砌里程DK114+549，套拱施作里程DK114+558DK114+563。掌子面拱

15、脚渗水，导致基底积水严重，DK114+563+584段初支变形较大，其中DK114+563+571段累计变形606mm，侵限达210mm，拱部初支喷射混凝土开裂。2013年3月，进口端DK114+567处理拆换施工中，造成再次塌方。目前正在处理塌方，DK114+584+614段试验段尚未实施。中隔壁+临时横撑工法临时横撑 DK114+584上台阶砂岩DK114+573下台阶砂岩 DK114+563-+571段侵限 左侧下台阶基底积水三、工期分析根据施组安排，马家坡隧道贯通工期为2014年7月底。关键线路为进口至1号斜井间（816m），进度指标按照30m/月，隧道贯通时间为2014年7月，可满足

16、施组工期。四、设计方案调整情况根据补充勘察成果，DK114+584DK115+300段为第三系粉砂岩地层，与桃树坪、胡麻岭隧道第三系砂岩段进行对比分析，该隧道第三系粉砂岩地层工程性质相对较好。结合该隧道地层特点，设计方案调整情况如下：（一）DK114+584DK114+614试验段方案根据现场实际情况，变形段处理完成后，现场开展试验段施工，试验段长度30m，工法调整为六部CRD法。试验段施工图参考第三系弱胶结粉细砂岩地层隧道设计参考图（兰渝施隧参I-108）。DK114+584DK114+614试验段主要支护参数表项目支护参数预留变形量35cm超前支护拱部超前小导管拱部120°设置4

17、2小导管预注浆，长，间距，注单液浆初期支护喷砼全环C30早高强砼33cm钢筋网双层8钢筋网，网孔间距20×20cm钢架全环工25a型钢，间距,钢架设置纵向32a槽钢托梁，并设置35*35*15的混凝土垫块锁脚锚管每个接头部位设置4根42锚管，L-4m纵向连接筋22 螺纹钢筋，“Z”字型连接，环向间距径向回填注浆全环设置42注浆小导管，长1m，间距1×1m超前注浆配合小导管，采用单液浆。降水全断面真空轻型井点+深井降水二次支护喷砼全环C25砼20cm钢架全环工16型钢，间距1m纵向连接筋22 螺纹钢筋，“Z”字型连接，环向间距基底处理50cm的混凝土干拌料二次衬砌C40钢筋混

18、凝土，全环厚60cm施工方法六部CRD工法（二）DK114+614 DK115+300 段设计方案根据地质补充勘察情况，该隧道第三系砂岩地层工程性质好于桃树坪、胡麻岭隧道，在正常施工状态下，应坚持“快挖、快支、快封闭”的原则。鉴于试验段尚未实施，DK114+614 DK115+300 段拟采取降水先行，加强支护强度及刚度的设计方案，暂按中隔壁+临时横撑工法设计，待扰动段施工完成后，再行确定。主要支护参数见下表。DK114+614DK115+300段主要支护参数表项目支护参数预留变形量35cm超前支护拱部超前小导管拱部120°设置42小导管预注浆，长，间距，注单液浆初期支护喷砼全环C30早高强砼33cm钢筋网双层8钢筋网，网孔间距20×20cm钢架全环工25a型钢，间距,钢架设置纵向32a槽钢托梁，并设置35*35*15的混凝土垫块锁脚锚管每个接头部位设置4根42锚管，L-4m纵向连接筋22 螺纹钢筋，“Z”字型连接，环向间距径向回填注浆全环设置42注浆小导管，长1m，间距1×1m超前注浆配合小导管，采用单液浆。降水下半断面真空轻型井点+深井降水二次支护喷砼全环C25砼20cm钢架全环工16型钢，间距1m纵向连接筋22 螺纹