昔格达地层隧道施工技术

1、昔格达地层隧道施工技术摘要：昔格达组地层是我国西南地区特有的一种河湖相沉积半成岩，其工程地 质情况较差。该地层多为(砂质)粘土岩与粉细砂岩或泥质粉砂岩互层，天然少 水情况下承载能力尚可，遇水即易泥化崩解，围岩强度明显降低，较难自稳。随 着十三五规划的逐步实施，在该地层中修建大断面交通隧道工程也逐渐增多，国 内对昔格达组地层的围岩相关研究也刚刚起步，如何控制好围岩变形问题是解决 昔格达组地层隧道安全掘进的重要前提。关键词：昔格达；工程特性；隧道施工；粘土岩；自稳；变形1、工程概况成昆铁路峨眉至米易段站前工程范家湾隧道，进口里程为D2K528+495，出口 里程为D2K528+760，全长265m

2、，线路纵坡为-11.5%的单面下坡。隧道为单洞双 线，全部处于V级围岩中，洞身主要通过砂岩夹泥岩、页岩，最大埋深约20m。该隧道未见基岩出露，下伏昔格达组地层成岩作用差，属极软岩，粉质粘土 为弱膨胀土，昔格达粘土岩为弱膨胀岩，隧道洞身浅埋段长，工程地质条件极差。2、昔格达地层的工程特性昔格达土作为攀西地区一种特殊性土，昔格达地层是分布于我国西南地区的 一套半成岩，也是一种工程性质较差的极软岩，主要由灰绿色、灰黑色以及灰黄 色的粘性土、粘土岩、粉砂质粘土岩和粉砂岩组成。该地质主要具有如下特征：天然密度与失水后干密度变化较大，失水后质较轻；岩层倾角平缓，向河谷地带及盆地中心微倾，陡倾节理发育；水稳

3、性弱，浸水后易崩解，强度降低较大，凝聚力比天然状态下下降较 多；透水性弱，泥页岩常起隔水作用，在表水下渗、排水不畅的情况下易引 起昔格达之上的第四系覆盖层或堆填物沿昔格达顶部滑动。昔格达地层在无水的情况下，较为稳定，基底承载力和掌子面岩体的稳定性 均较好，基本能够自稳(左图)；岩土体遇水软化成泥，呈软塑流塑状，无法 自稳(右图)。施工时通过试验发现，昔格达地层天然状态下含水率通常为1724.6%，饱 和度为85%100%，其抗压强度为1.071.73MPa，烘干状态下抗压强度为 13.213.4MPa，饱和状态下的抗压强度为0.790.89MPa，反映了不同含水率状 态下黏土岩的抗压强度差值较

4、大，在饱和状态下强度低。攀枝花学院通过试验对不同含水率的昔格达土进行粘聚力和内摩擦角的定性 研究，采用配制相同干密度1.58g/cm3而不同含水率的试样，按照土工试验规范 进行不固结不排水的快剪试验。通过试验得出：含水率对于土体的粘聚力影响较 大，从昔格达土体天然风干含水率5%到抽气饱和的含水率29.5%，土体的粘聚力 随着由5%含水率时的62Kpa骤然降低至饱和含水率(29.5%)的0.6Kpa。含水率 对昔格达土体的粘聚力影响较大。3、昔格达隧道施工中的控制措施3.1、优化开挖方法，控制初始变形昔格达地层隧道基本采用挖掘机辅以人工进行开挖，从开挖断面形式来讲， 多以CRD法、三台阶临时仰拱

5、法为主，本隧道采用三台阶临时仰拱法。采用挖 掘机进行开挖，接近隧道轮廓线时，由于挖掘机单次挖掘方量较多，加之挖机斗 与围岩相互的碰撞作用，对昔格达地层的扰动是比较大的，初始变形难以控制， 易引起超挖和牵引式破坏，甚至塌方等问题。对昔格达地层而言，做好地下水防 治工作的同时控制开挖过程中对围岩的扰动、减小围岩的初始变形是施工关键。3.2、超前支护超前小导管注浆能够改善土体的物理性能，在自稳时间较短、自支护能力较 弱的围岩中能够极大的增强隧道的支护能力，在施工时与钢架一起组成小管棚系 统支撑岩壁，是隧道工程在不良地质条件中最为有效的辅助施工方法之一。3.2.1、小导管设计本隧道超前小导管采用直径4

6、2mm的无缝钢花管，壁厚3.5mm，外插角为 1012，单根长度4.5m，相邻两循环搭接长度1m。在小导管前部钻注浆孔， 孔径68mm，间距1020cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部设置长度 不小于30cm的不钻孔段作为止浆段。3.2.2、小导管注浆普通地段采用单液浆、富水地段采用水泥-水玻璃双液浆，浆液强度等级不小 于M10。单液浆的特性主要反映浆液的稠度、凝结时间，水灰比可为0.8:12:1； 双液浆特性主要反映浆液的粘度、颗粒度和凝胶时间长短，水灰比可为0.8:1 1.5:4，水泥浆与水玻璃的体积比一般为1:0.31:1。注浆注意事项：小导管安装后应用胶泥封堵孔口及周围的裂隙，必要

7、时对 开挖面喷射510cm的混凝土作为止浆层；浆液应先经过过滤网过滤，防止 杂物进入注浆泵或小导管；注浆时应先注无渗水孔，后注有渗水孔；严格 控制注浆压力，注浆机压力应与设计压力配套，注浆时升压不易过快，当达到设 计压力时应稳压10min；注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变 化，分析注浆情况，防止跑浆、漏浆、堵管，做好注浆记录，以便分析注浆效果。3.3、采用湿喷工艺、控制喷射混凝土施工质量湿喷是采用搅拌站生产的成品混凝土，相较于其他喷射工艺具有喷射混凝土 原材料质量容易得到保证、混凝土回弹率小、混凝土密实性及耐久性好的优点。施工时采用大型湿喷机械手可以充分发挥湿喷工艺的优点。湿喷机

8、械手自带 稳定风压空压机喷射，可以提高混凝土的密实度、匀质性。湿喷机械手每小时喷 射量达20m3以上，大大缩短作业循环时间，且快速封闭岩面有效约束岩层变形的 发展，改善围岩受力状态，增强围岩的稳定性。3.4、控制开挖进尺、及早封闭成环围岩变形主要发生在从掌子面开挖至下台阶支护完毕这一段时间。围岩的变 形距离主要是靠近掌子面附近，尤其是中台阶位置，因此变形主要产生于施工开 挖拱架架立阶段，原因主要是昔格达地层岩质软，中台阶、下台阶开挖造成的钢 架临时悬空，以及拱脚支撑力不足，引起较大沉降。在含水的昔格达地层中施工时，掌子面无法自稳，必须遵循小断面、少扰动 的开挖原则。稳扎稳打，不抢进度，尽量缩短

9、安全步距，尽早封闭成环，而且实践证明只 要封闭成环不再扰动，围岩会基本趋于稳定。3.5、完善防排水系统、确保拱架拱脚稳定昔格达岩土遇水软化不仅能造成掌子面失稳，也能导致隧底泥泞不堪，车辆 无法通行，因此施工时必须做好防排水。隧道开挖后及时对掌子面进行喷射混凝 土封闭可以有效控制水的渗透，同时可以在隧道已开挖段设置截水沟、集水井， 在隧道拱脚处布置临时纵向排水沟。施工中加强抽排水能力，防止拱脚岩体软化， 增加锁脚锚管，同时在拱架底部增加槽钢纵向托梁，能够确保拱脚稳固，减小初 支变形。4、结语为确保施工安全，昔格达隧道施工时应当加强以下几个方面：做好超前支护 措施，确保前方稳定；预留核心土，保持掌子面自稳，开挖后喷射混凝土封闭掌 子面，减缓掌子面渗水；做好锁脚锚管和拱脚槽钢托梁，确保拱脚的稳定，防止 拱脚软化造成初支失稳；减少扰动，严格按规范施工，短进尺、快支护，尽早封 闭成环；加强隧道内的防排水，防止积水，避免基底的岩土体软化。国内对昔格达地层的研究起步较晚，研究方向主要放在其物理性质、力学特 性和材料应用等方面，而关于昔格达地层隧道施工技术和安全控制措施的应用推 广不足。关于昔格达地层隧道的施工技术、安全控制、进度控制、成本控制、开 挖工法改良等的研究是一个系统而长期的研究课题，施工中需逐