弱胶结砂岩黄土隧道建设技术方法

2017年10月弱胶结砂岩黄土隧道建设技术方法报告人：朱永全周晔石家庄铁道大学中铁十九局一、铁路隧道突水涌泥地质灾害典型事故简介内容提要一、前言二、第三系系富水砂岩地层性质三、施工方法试验与选择四、洞内外施工降水技术五、超前围岩加固关键技术六、结语一、前言

兰渝铁路是西南西北之间最便捷、快速的通道。北起甘肃省兰州市枢纽，经渭源、岷县、宕昌县、陇南市（武都区），经过陕西省宁强县进入四川省，经广元市、苍溪县、阆中市、南部县、南充市（顺庆区）、武胜县至重庆市合川，北碚。1.兰渝铁路概况一、前言胡麻岭隧道是兰渝铁路的关键性工程，位于甘肃省定西市境内，全长13611m，设计为客货共线双层集装箱，开通时速200km/h，为双线大断面隧道，开挖断面135m2。2.胡麻岭隧道概况200km/h双线隧道断面一、前言隧道原设计地质以砂岩为主，原设计有4座斜井，因工期满足不了要求，先后增加了5号、7号、8号三个辅助坑道。2.胡麻岭隧道概况一、前言其中3#、4#斜井在施工中遇到了前所未见的第三系弱胶结饱和粉细砂岩地层，其成分以石英为主，呈黄色、桔黄色，粉细粒结构，泥质弱胶结，局部夹有砾岩薄层，成岩作用极差，属极软岩。2.胡麻岭隧道概况一、前言第三系砂岩在兰州盆地和定西盆地分布范围较广，沉积厚度较大。兰州地区除新城盆地（河口、新城一带）基底为白垩系地层外，榆中（定远）、城关、七里河、安宁堡及西固盆地，下伏基岩均为第三系红色砂岩或碎屑岩类，在地貌上多表现为黄土梁峁和河谷阶地上覆风积和冲洪积黄土，下伏第三系泥岩、砂岩及砾岩。3.第三系砂岩分布概况二、第三系系富水砂岩地层性质

第三系富水粉细砂岩基本物理力学性能：①粉细粒结构，极弱胶结；②具有敏感的水稳特性；③天然含水率大，渗透系数低；④地层的孔隙率较高，细度模数小（0.5～0.7）等基本性质。1.地层基本性质二、第三系系富水砂岩地层性质

地层天然含水率较高，塑限含水率为11.8~15.6%，液限含水率为32%。地层不同含水率状态下性状变化显著：①天然含水率下的围岩汗状渗水；②含水率达到11.0~16%时围岩呈软塑状；③含水率达到16%~30%时围岩呈流塑状。④含水率大于32%呈流砂状。2.地层的性态变化二、第三系系富水砂岩地层性质含水率达到11.0~16%时围岩由固态向塑态转变。围岩开挖后受地下渗流作用，在5-20min内产生发汗性渗水，渗水影响围岩表面软化为流泥状，围岩受渗水浸泡软化，岩面持续层层剥离，开挖及支护施工困难。3.围岩工程特征（1）围岩汗状渗水

汗状渗水状态

二、第三系系富水砂岩地层性质含水率达到16%~30%时围岩转变为流塑状，流塑状围岩从掌子面或初期支护背后挤出，可挤出几十厘米到几米。3.围岩工程特征（2）围岩流塑状流塑状态

二、第三系系富水砂岩地层性质在遇水囊、溶腔、岩溶通道或地下河时，会突然间形成突水、涌砂，造成塌方、支护变形破坏，甚至照成机械设备损坏和人员伤害事故。3.围岩工程特征（3）围岩涌砂状涌水、流沙二、第三系系富水砂岩地层性质受施工人员、设备持续振动和扰动，会产生振动液化现象。造成人员施工困难、设备陷入液化围岩中无法移动；可导致结构沉陷变形、仰拱开裂。3.围岩工程特征（4）围岩易振动液化涌水、流沙三、施工方法试验与选择

1.盾构法方案(1)胡麻岭盾构所需断面拟采用南京过江泥水大盾构三、施工方法试验与选择

1.盾构法方案（2）浅埋段（埋深65m）管片受力分析（1）管片最大拉应力为3.94MPa，最大压应力为12.4MPa。管片最大变形量为17cm，理论上可行。长大山岭铁路隧道采用盾构法施工的其它影响因素较大，实际采用相当困难。三、施萝工方法括试验与尝选择1.盾构叼法方杆案(3)神买之断管巩片受践力分民析深埋段揪实际富品水粉细绞砂厚130才m,地表黄痰土厚70m易:根据牺计算驰结果发，管亿片最盒大拉间应力11培.5债MP懒a，最大届压应力45徒.4眠MP愁a。常规欲钢筋混碰凝土管唤片从受习力变形街角度考组虑是不陡可行的长。三、粉施工话方法赚试验帜与选是择1.盾构法诸方案（4）隧惨底设喊超前劳降水遭小盾魄构试健验情响况施工中餐曾在5号斜井惭工区正鼻洞重庆脂方向隧姻底设超渔前降水萄小盾构粗工法试斑验，小萝盾构直舒径1.株5m，施寄工中寸小盾练构因雅扎头牺被卡灿，试完验失折败。三、妖施工黎方法仰试验采与选侧择2.冻结创法方因案冻结植帷幕亚厚度阔取2.沫5m，冻结股长度30括m。同涉样，馆富水顶粉细盾砂厚柔度60m浅埋时赛，盾构滔管片受陶力变形格理论上眼可行；弱富水粉兽细砂厚洞度达200风m深埋时换，盾构正管片受订力变形鸽理论上跌部可行竭。积极姜冻结50天三、馋施工乞方法淡试验枪与选墨择3.矿山讯法方堪案（1）埋轻深50m、降鸟水工短况理凝论分亭析由计累算结碰果可颠知，逮埋深50m的富水匆粉细砂把地层，椒通过降瓣水疏干骂地层后略，隧道蝇施工整贿体最大膜沉降均秘为8c四m，隧予道顶蚂部最骨大沉谨降在5cm，所伴以降传水后委浅埋毯段使诞用矿劝山法点开挖肾是可王行的享。无超泄前加摇固时吗的围蔽岩塑吧性区1.0层m超前舒加固订圈时胆的围链岩塑茧性区三、施接工方法育试验与尸选择3.矿山法叶方案(2)埋深200酸m（13耐0m厚粉细孔砂和70寒m黄土取）、件不降扔水工抽况从计算完结果来剩看，在婆施作3m长360神°加固圈劳之后的卷隧道顶妈部沉降驰达到1.尾6m，底部泻拱起也系达到了1.2问m以上，赌隧道整姑体沉降纽奉最大处飞达到了奥将近3m。所以晨，若隧败道顶部20掠0m埋深晶全部烧为富挡水粉雅细砂循，且搞不降搏水的壤情况候下，广采用灰矿山旷法开亮挖隧拆道是始不可净行。(3)埋深200屑m（130胳m厚粉宇细砂袖和70m黄土更）粉数细砂微、降级水施浮工工笔况从结仙果可摩知，13淹0m厚粉细苏砂和70尤m黄土地背层，在热降水和堡超前加近固厚度1.载0m条件下街，隧道膏顶部最钞大沉降爬在28劣cm，隧猪道的虚最大头沉降忆有40c嚼m，矿山昆法施工帐可行。三、撒施工鼠方法动试验羡与选织择3.矿山法男方案在铁路霸大断面觉隧道条悠件下，晕不仅采便用多分绢部开挖巴，而且敞采用降师水、围竞岩加固熄多种辅昼助工法岔。原因削是：富若水流坍劣状态的掏砂层，泳自身无邮稳定性索，开挖肝扰动后嫁，地层耕自重将赶全部作却为荷载牛作用在枕隧道结气构上，则因此深磨厚地层桌不进行讽地层改长良，现滔行各种住方法的角结构都嚼不可行悦。三、煎施工元方法颗试验贸与选朵择多种银方法缸试验都失败汤也说鼠明了压该种睡深厚态层富宜水砂君层的椒特殊吗性。四、洞誉内外施运工降水云技术开挖0～0.5小时松内含破水率帐较低培，约15%～16%左右；0.稻5小时后政含水率部开始快林速上升荣，在开印挖后1.蚕5小时含陕水率达渣到17%，砂岩玻开始发顷生塑性池变形，陈砂岩的燃稳定性叛变差；1.户5小时秘后含锻水率爆继续状上升再，在2.泪5小时后岸砂岩达湖到饱和弟状态，翼开始发壮生流坍萌。1.围岩让稳定芳性与有含水框率的摄关系粉细策砂地调层单解轴强跪度与惜含水镜率量袄之间逐的关纳系四、洞寄内外施轨工降水缓技术2.洞内相降水亡短距炊离围狮岩疏耗干技枯术台阶法订斜向和歉水平真披空降水晚管不同于集一般砂则层，该飘弱胶结扒砂岩，艇渗透性块系数在10-5,洞内降络水疏干仔是否困虾难；埋棋深大，舒地面井铺点降水李不仅成梨本高，智而且降治水也十妇分困难档。因此爽，出现碰了洞内肿外各种耽降水方虏式。CR忽D法斜坛向和竞水平瞎真空局降水详管四、志洞内桥外施郑工降并水技附术3.洞内降泼水短距歉离围岩刃疏干技移术这是洞班内降水瞧短距离得围岩疏艺干实际司情况。四、脾洞内在外施仍工降喇水技诊术4.低渗透喂性地层栽地表深亦井降水只有烧地表蛾井点销降水泥可超蹦前量路大，救达到登长距泪离提条前疏祸干地缝层地陆下水屈的目砖的。姓常用庆地表授井点酒井深为在几先十米决，低肚渗透纪性地大层井役点间费距小毒，降父水成提本高小。考机虑到迹该种液地层队隧道辅施工耕的难累度，飘第三河系富穴水粉悠细砂喜地层100稼m以内也永应是降榴水方式盲的首选坑。四、茧洞内简外施帝工降幼水技薯术4.低渗旗透性洒地层迫地表叉深井加降水在低渗议透性地名层中，调本成果棒成功实鲜现了长戏区段、佩大比量额的超深键井降水筐，地表列超深井彼布置在7号竖块井兰游州端含与5号斜证井重卖庆端加之间素的岭飘脊区捞，共木设超突深井11科2口，其零中孔深10处0~况17娇9的69口、便孔深18数0~圾17梨9m的41口、足孔深罚大于20挡0m的2口，最洗深井208武m。相对于塌洞内各禾种降水祸方式，圾降水效粒果好、押施工综赶合成本偏低，在雕井点施搏工技术屋许可的沾条件下悲，特别棕是遇水响囊、溶熟腔、岩丸溶通道勺或地下望河时，球优先选闹用地表精超深井会井点降牙水。四、洞悉内外施哀工降水磁技术4.低渗透到性地层昂地表深森井降水洞内炭综合疏降水取是短运距离嘱疏干呜地下秀水的创易操伯作方浮法。剥由于膛开挖涌掌子维面自筐身的占渗流析作用桑，上糖台阶兆开挖精后，烘下台缠阶会揪渗水元、隧鸦底会笛积水叛，在端无地财表降切水或强地表余降水程效果亏不好兵时，哀洞内妄降水嗓疏干勒是必丛要的兴。因养粉细建砂地陡层中拴的粉推粒易肉堵塞勤孔眼鹿，降悄水管姻时效此段，纵长距登离超渴前降熔水也勇是困池难的秒。因洗此，猎本工求程总山结形射成了腊：洞聋内台谦阶斜骑向轻贺型井骄点、迁掌子遇面超宏前水东平短惜管真扬空降看水和抖隧底莲重力植深井班负压袍降水好技术顾。因地垂层渗膨透性揪极低馅，洞熊内综怜合降照水应很在开片挖前3d进行；敬洞外地芦表重力轮式深井赠降水应腐超前15d进行骄，方恭达到丹预期扣降水猾效果厘。五、超摸前围岩旬加固关蛋键技术上半齐断面严水平岁旋喷哄加固1.超前摄水平侦旋喷省高压球注浆院加固笋施工笋技术采用称桩径话为60师cm，桩绣间距谦为40c帐m水平旋易喷桩进糊行预加携固，桩低长18绞m，搭首接长芹度5m，旋丽喷桩丑内置φ89钢管，番外插角7°，旋喷树桩开孔框位置距翅离初支军外轮廓30c浴m。五、超它前围岩肤加固关重键技术1.超前脚水平姑旋喷浮高压郊注浆夜加固摧施工植技术这是一虚套非常凝先进的肆水平旋荒喷装备嗽。五、毫超前坏围岩付加固巨关键泻技术全断面墓水平旋煌喷加固1.超前递水平医旋喷多高压铺注浆撤加固送施工按技术这种堪全断鸣面水生平旋慨喷加距固，酱掌子或面任战何部务位都嘴可以战失稳听，甚群至隧舍道也最需要搂加固凶，止胳水并磁加固虽围岩赴。加探固工令程量灭大，凡作业除时间须非常朽长。五、末超前锁围岩点加固颠关键肯技术周边等水平事旋喷杰和掌圈子面叮注浆苦加固2.超前水沉平旋喷价注浆和握掌子面笨注浆联捧合加固内施工技彩术五、超句前围岩拜加固关爸键技术上半袖断面澡超前闪帷幕芽注浆3.超前祖帷幕架注浆币加固轿技术循环长20m，开挖搜预留6m止浆尚岩盘狭，注永浆固韵结半充径为抖开挖父轮廓策线外5m；注衫浆终闯压2.5剖MPa，拟餐定注也浆扩吃散半叛径1.般2米，注肿浆孔环街向放射挤状布置锦，即起偷始端上岛半断面淹按5环间饲距0.朱5米布孔赔，终端俘孔间距2.0企m。注浆天采用朗水泥扣单液浙浆，躺水灰以比（0.8～1）:1；设显计注虏浆量22.掏90m正3～57.用27m杀3/延米责，实什际注暮浆量欢根据置现场跳试验越最终家确定愿。五、超贩前围岩否加固关扶键技术全断而面超竞前帷停幕注熔浆3.超前触帷幕尼注浆火加固垦技术循环堤长20献m，开段挖预辟留6m止浆岩馋盘，注匀浆固结晕半径为季开挖轮昏廓线外5m；注浆距终压2.5援MPa，拟内定注析浆扩财散半偷径1.盒2米，申注浆将孔环结向放炎射状怒布置叙。注浆采饶用水泥贡单液浆潮，水灰锁比（0.8～1）:1；设计赚注浆量45.券80m霉3～116芒.54狸m3/延米快，实投际注江浆量针根据坚现场趋试验蛮最终滥确定滴。五、超临前围岩蔑加固关躁键技术全断面炉超前帷溪幕注浆3.超前帷芹幕注浆虫加固技室术1.洞内估综合烦降水捏是短巩距离炎疏干次地下围水的侍易操学作方纱法。饿由于齐开挖堤掌子歪面自娘身的裳渗流宪作用政，上叨台阶扒开挖匹后，书下台检阶会枕渗水利、隧两底会困积水女，在塑无地逢表降孝水或锤地表螺降水压效果教不好挨时，捐洞内询降水凑疏干盼是必棕要的窄。因身粉细糊砂地伍层中素的粉小粒易固堵塞器孔眼掘，降苍水管棒时效糟段，妨长距腊离超孙前降橡水也求是困碑难的兆。因馒此，苍本工哑程总葵结形白成了惧：洞许内台疾阶斜斯向