胡麻岭隧道第三系粉细砂岩段施工关键技术 徐长久 （中铁十九局集团有限公司工程经营部，北京１００１７６） 摘要：胡麻岭隧道３＃、４＃斜井和隧道正洞区段穿越第三系弱胶结粉细砂岩，由于地层岩性软，地下水丰 富，施工中涌水、流砂、掌子面泥化现象明显，施工难度极大。介绍了施工中所采用的降水、围岩加固、加强支 护等措施和方法，有效保证了工期和施工质量。施工经验可供同类工程参考。 关键词：隧道施工；第三系粉细砂岩；二次支护；水平旋喷桩；帷幕注浆 中图分类号：Ｕ４５５．４９文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—３９５３（２０１１）Ｏ６—００５５—０４ １ 工程概况 基岩裂隙水主要为构造裂隙水和风化裂隙水。预测 隧道最大涌水量为Ｑ一８ ９５１ ｍ。／ｄ。 新建兰州至重庆铁路ＬＹＳ－１标段胡麻岭隧道 全长１３ ６１１ ｍ，进～出口里程ＤＫ６８＋６２６～ＤＫ８２＋ ２ 施工状况及存在问题 ２３７，隧道最大埋深２９５ ｍ。除隧道进口９３６．９５ ｍ位 ２．１ 当时施工状况 于Ｒ一６ ０００ ｍ的曲线上、洞身２ １０６．０５ ｍ位于Ｒ一 胡麻岭隧道自２００９年２月开工，截至２０１０年 ５ ０００ ｍ的曲线上及出口７２４．９ ｍ位于Ｒ一５ ０００ ８月，全隧道仅完成２ ６６０ ｍ正洞进尺，而位于第三 ｍ的曲线上外，其余地段均在直线上。隧道内线 系粉细砂岩段中的东古路（３＃）斜井工区和歇地山 路７ ９７４ ｍ位于纵坡为８‰、２ ５００ ｍ位于纵坡为 （４＃）斜井工区，施工进度缓慢，工期严重滞后，当时 １２．８‰、２ ３９０ ｍ位于纵坡为１３ｇ０及７４４ ｍ位于纵 两个工区的情况如下： 坡为１２．８‰的单面上坡段上。 （１）东古路（３＃）斜井工区。３＃斜井长７７０ ｍ。 隧道洞身地表主要为第四系全新统冲积砂质黄 当洞身开挖至Ｘ５＋９０时拱脚开始有渗水现象，至 土和粗圆砾土；第四系上更新统风积砂质黄土；下伏 Ｘ５＋６０时渗水范围扩大到拱腰，出水点分布不均， 基岩主要有上第三系砂岩、泥岩；下第三系砾岩、砂 出水量约１５０￣２００ ｒｎ。／ｄ，掌子面前有积水，经施工 岩、泥岩；白垩系下统砂岩、泥岩等。其中ＤＫ７５＋ 扰动后基底泥化、围岩变形严重，掌子面和侧墙下部 ８００ ＤＫ７９＋６００长３ ８００ ｍ一段围岩以第三系粉 稳定性差，施工中发生多次塌方，施工进度缓慢。截 细砂岩为主，３＃和４＃斜井就处在这种地层中。这 止到２０１０年８月，１７个月才累计掘进了５９４ ｒｎ，进 种地层岩性软，岩质疏松，成岩作用差，遇水易泥化， 入第三系粉细砂岩围岩段后，每月只能进１４￣１８ １ＴＩ。 稳定性很差，属极软岩。当粉细砂岩不含水或含水 （２）歇地山（４＃）斜井工区。４＃斜井长６６４ ｍ。 率较低时，围岩级别为Ｖ级围岩，当地下水发育或含 当洞身开挖至Ｘ２＋９２时，掌子面开始渗水，地层受 水率较高时，泥化现象明显，粉细砂岩多呈泥状，基 水浸泡，基底扰动后软化，围岩收敛严重，掌子面及 底有渗水时被浸泡成淤泥，拱部及边墙塌落掉块均 侧墙下部稳定性差，施工至Ｘ１＋０５～Ｘ０＋９８段地 很严重，围岩级别为Ⅵ级围岩。 下水出水量约为１５０￣２００ １ＴＩ。／ｄ，掌子面前有积水， 隧道洞顶山体冲沟发育，沟床纵坡较大，但汇水 拱部下沉量达１．２ ｍ（见图１），施工进度缓慢。 面积较小，虽然隧道洞身山体内各冲沟未见有常年 ２．２ 存在问题 流水，但雨后各冲沟内洪水都比较大。隧道地下水 （１）围岩第三系粉细砂岩地层成岩性差，遇水易 类型为第四系松散残积物孑Ｌ隙潜水和基岩裂隙水， 软化，掌子面泥化现象明显（见图２），基底呈稀糊 状，隧道变形大，支护破坏乃至坍塌，施工进度缓慢， 收稿日期：２０１１－０９—０９ 施工难度大，安全风险极高，工期严重滞后。 作者简介：徐长久（１９６６一），男，高级工程师，１９９０年毕业于石 家庄铁道学院工业与民用建筑专业，主要从事土木工程施工管理工作 （２）拱脚开挖时砂子随着渗水流出，造成拱架背 后脱空，两侧边墙易垮塌，斜井下半部断面拱架接腿 国防交通工程与技术 ＿ ２０１ｌ第６期 ・成果与应用・ 胡麻岭隧道第三系粉细砂岩段施工关键技术 徐长久 （２）加强超前支护和初期支护，必要时采用二次 初期支护措施。 （３）采取集中排水和井点降水的措施降低掌子 面水位。 （４）基底加深０．５ ｍ，用混凝土干拌料换填，并 用喷混凝土快速封闭。 （５）增设５号斜井（７００ ｍ）、６号斜井（４８０ ｍ）、８ 图１ Ｘ０＋９８拱部下沉 号斜井（４５０ ｍ）和７号竖井，增加工作面，加快整个 隧道的施工进度。 ４ ３＃和４＃斜井增设二次支护措施及 施工方法 ３＃和４＃斜井（围岩为Ｖ级）施工中采取了增 图２掌子面泥化现象 强二次支护等措施及施工方法： 难度极大。由于钢架多次连接施工扰动大，钢架不 （１）超前支护。拱部设置Ｑ４２ ｍｍ小导管预注 能及时封闭。 浆，长４ ｍ，间距０．２ ｍ；３＃斜井施工中边墙开挖轮 （３）斜井拱顶下沉及收敛变形较大，单车道斜井 廓设置［－１４ａ槽钢插板 长１ ｍ，间距０．２～Ｏ．３ ｍ，其 断面开挖过程中需要加设横撑［１。 和临时仰拱来控 规格见图５。４＃斜井施工中，拱墙开挖轮廓线周边 制变形（见图３）；已支护地段变形不稳定，伴有喷混 及断面中部设置桩径为６０ ｃｍ的水平旋喷桩。水平 凝土剥落、钢架扭曲现象发生。 旋喷桩开挖轮廓线上的桩间距为４０ ｃｍ，互相咬合 １０ ｃｍ，桩长１５ ｍ，搭接长度５ ｍ，拱部１８０。范围内 外插坡度３ 。注入浆液为水泥浆，水灰比０．６：１ ～１：１，浆液注入量７０ Ｌ／ｍ，旋喷压力３５ ＭＰａ，旋 转速度１５～２０ ｒ／ｍｉｎ，退杆速度１５～３０ ｃｍ／ｍｉｎ。 旋喷桩体胶结硬化以后强度可以达到０．５～８ ＭＰａ。 图３斜井施作横撑 一 水平旋喷桩具有梁的效应和土体改良加强效应，能 （４）受裂隙水浸泡后掌子面纵向稳定性较差，上 够起到防流沙、抗滑移、防渗透的作用，保证隧道掘 半断面开挖中需要采用喷混凝土及时封闭掌子面和 进安全。水平旋喷桩布置详见图６。 增设超前小导管等保护措施，基底开挖时，需设排桩 （２）掌子面加固采用全断面帷幕注浆，止浆墙厚 防护（见图４）。 度为１．２～１．５ ｍ，施作帷幕注浆墙时应设置泄水 孑Ｌ。帷幕注浆掌子面加固布置见图７。全断面帷幕 注浆参数：加固范围，开挖轮廓线外３ ｍ，扩散半径２ ｍ，注浆孑Ｌ直径１１０ ｍｍ，钻孔深度３１ ｍ。注浆材料 为水泥一水玻璃双浆液，水泥浆配合比０．６：１，水 玻璃浓度为３０￣３５。Ｂｅ ，体积比１：０．３～ｌ：０．５， 图４排桩防护照片 ３ 施工对策 根据现场实际情况，经各方多次研讨后决定，对 ３＃和４＃斜井施工采取以下加强措施： （１）对斜井断面进行优化，采用曲墙带仰拱断面 形式。施工过程中增大开挖预留沉降量５０ ｃｍ。 图５槽钢插板规格图（单位：ｍｍ） 国防交通工程与技术 囵 ２ｏ１ｌ第６期 ・成果与应用・ 胡麻岭隧道第三系粉细砂岩段施工关键技术 徐长久 ｒｎ，设置纵向Ｅ３２ａ槽钢托梁，并设置３５ ｃｍ×３５ ｃｍ ×１５ ｃｍ的混凝土垫块；纵向连接筋为 ２２ ｍｍ螺 纹钢筋，“Ｚ”字型连接，环向间距１．０ ｍ。 （４）二次支护（必要时设）。全环喷Ｃ２５混凝 土，厚２０ ｃｍ；钢架为全环Ｉ１６型钢，间距０．５ ｒｎ，设 置纵向［－３２ａ槽钢托梁，并设置３５ ｃｍ×３５ ｃｍ×１５ ｃｍ的混凝土垫块；纵向连接筋为 ２２ ｍｍ螺纹钢 筋，“Ｚ”字型连接，环向间距１．０ ｍ。 （５）仰拱部分的二次支护要在一次支护仰拱施 作的同时做完，拱墙预留二次支护空间，根据变形情 况及时增设二次支护，并与仰拱二次支护封闭成环。 二次支护钢架与初期支护钢架交错布置。 【每循环开挖搭接长度５ １－／ （６）基底扰动段采用井点降水疏干基底地下水， ： 同时采用滤网积水坑抽取汇集水。 二次衬砌 掌子面喷混凝土Ｊ 盈霉日 一ＮＮ（Ｉｇ／Ｉ￣５ ｃｌ 疆 、 ，旋喷桩 （７）基底换填５０ ｃｍ的混凝土干拌料。 麓 临时钻机平台， 磁 缓 臻 （８）采用台阶法施工，单工序作业，快挖快支，用 二次衬砌 并设置栈桥 …～～～…… 暂 ５ ｃｍ的Ｃ２５喷混凝土封闭掌子面。坚持“管超前、 ‘初期支护 ………… Ｉ………Ｉ喷长度１１……Ｉ Ｉ…Ｉｌｌ Ｉ强支护、短进尺、早封闭、勤量测”的施工原则，坚持 快挖快支，确保施工安全。 图６ ４＃斜井全断面旋喷桩布置正面和纵断面（单位：ｃｍ） 注浆固结外缘线／ 一 线 ５ 正洞支护措施及施工方法 第三系粉细砂岩围岩段正洞施工中采取了下列 位 增强二次支护等支护加强措施及施工方法： （１）围岩分级为Ｖ级；预留变形量３５ ｃｍ。 ｛ （２）超前支护。拱部Ｑ８９ ｍｍ超前管棚，长１０ ～１５ ｒｎ，间距０．４ ＩＴＩ；拱墙设置Ｑ４２ ｍｍ小导管预注 ／ 浆，长４ ｍ，间距０．４ Ｉｎ。 （３）掌子面加固采用全断面帷幕注浆，止浆墙厚 颦 一 ＝＝＝＝＝＝一， ——一 ———， 一 度为１．２～１．５ ｒｎ，施作帷幕注浆墙时应设置泄水孔。 —— ＿ 一 ● Ｊ三＝＝＝＝＝＝一ｒ — ＿＿＿－一 （４）初期支护。全环喷３３ ｃｍ厚Ｃ２５混凝土； × × ０ 系统锚杆拱部采用Ｑ２２ ｍｍ组合中空锚杆，长４ １ＴＩ， Ｃ ０ 卜 ｔ＂Ｎｊ ［兰：：＝． －－’＇－－～ 边墙采用Ｑ２２ ｍｍ砂浆锚杆，长４ ｍ，间距１．２ ｍ× —－－、 ＝＝＝＝＝＝ —— ，～ 、 ———、 １．０ ｍ；接头部位设置１６根Ｑ４２ ｍｍ锁脚锚管，长为 Ｌ ８００ ６００ 【 ６００ Ｌ １ ０００ ４．５ ｍ；Ｑ８ ｍｍ钢筋网，网孔间距２０ ｃｍ×２０ ｃｍ；全 图７ ３＃和４＃斜井（双车道段）帷幕注浆正面图和剖面图 环Ｉ２５ｂ型钢架，问距０．５ Ｉｎ，钢架设置纵向Ｅ３２ａ槽 （单位：ｃｍ） 钢托梁，并设置３５ ｃｍ×３５ ｃｍ×１５ ｃｍ的混凝土垫 注浆速度５０～１１０ Ｌ／ｍｉｎ，注浆终压６～７ ＭＰａ。 块；纵向连接筋采用Ｑ２２ ｍｍ螺纹钢筋，“Ｚ”字型连 （３）初期支护。全环喷Ｃ２５混凝土，厚２５ ｃｍ。 接，环向间距１．０ ｍ。 拱部Ｑ２２ ｍｍ组合中空锚杆，长３ ｍ，边墙Ｑ２２ ｍｍ （５）二次支护（必要时设）。全环喷２０ ｃｍ厚 砂浆锚杆，长３ ｍ，间距均为１．０ ｉｎ×１．０ ｒｎ；设置８ Ｃ２５混凝土；钢架为全环Ｉ１６型，间距０．５ ｍ，设置纵 根Ｑ４２ ｍｍ锁脚锚管，长４．５ ｍ；Ｑ６ ｍｍ钢筋网，网 向［－３２ａ槽钢托梁，并设置３５ ｃｍ×３５ｃ ｉＴＩＸ１５ ｃｍ的 孔间距２０ ｃｍ×２０ ｃｍ；全环Ｉ２０ｂ型钢架，间距０．５ 混凝土垫块；纵向连接筋为Ｑ２２ ｍｍ螺纹钢筋，“Ｚ” 国防交通工程与技术 囫 ２０１１第６期 ・成果与应用・ 胡麻岭隧道第三系粉细砂岩段施工关键技术 徐长久 字型连接，环向间距１．０ ｍ。 拱顶沉降点１处，水平测线两条，分别位于上台阶和 （６）基底扰动段采用井点降水疏干基底地下水， 中台阶，开挖后立即布设测点，不允许滞后布点；量 同时采用滤网积水坑抽取汇集水。 测频率按１～２次／ｄ，可以根据围岩情况适当加密； （７）基底处理采用５０ ｃｍ的混凝土干拌料。 量测数据要及时进行整理和分析，发现异常立即采 （８）采用台阶法施工，并辅以临时仰拱和立柱， 取果断措施，并上报建设、监理单位。 快挖快支，施工时应采用５ ｃｍ的Ｃ２５喷混凝土封 （７）施工时，在基底设置舟曲泥石流抢险中所用 闭掌子面。 过的大型平板栈桥，以减少施工对基底的扰动。 ６ 施工注意事项 （８）施工中要加强开挖面的地质素描和综合施 工超前地质预测预报工作，根据地质、水文条件的变 （１）隧道开挖过程中要尽量减小施工对原始岩 化及时调整施工方法和采取相应的措施，确保施工 层的干扰，减轻围岩泥化。 安全。 （２）隧道开挖后立即进行初喷，及时封闭岩面， （９）胡麻岭隧道为高风险隧道，施工时应加强现 防止围岩风化。 场施工管理和做好应急预案，并严格按照《铁路隧道 （３）钢架接头处是受力的薄弱环节，要做好钢架 施工前线救援指导意见》相关要求办理。 联接和锁脚锚管。 （４）加强井点降水，加快隧道排水，尽量减小水 ７ 施工效果 对围岩的影响。 采取了文中所述的种种措施和方法以后，围岩 （５）施工中要强调一个“快”字，即快开挖、快支 泥化现象大大减轻，施工安全有了保证，施工进度大 护、快封闭。“快支护”要求开挖后及时封闭暴露面， 有提高。２０１１年初３＃和４＃斜井顺利完工，现在 尽快施作锚网喷等支护措施，防止砂岩长时间暴露、 都已进入正洞施工。 过快泥化的情况发生。“快封闭”要求支护结构在最 参考文献 短的时间发挥最有效的作用，支护尽快成环，仰拱和 ［１］中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０２０４ ２００２铁道隧道施工 拱墙衬砌施工紧跟。施工中要贯彻一个“快”字，不 规范Ｅｓ］．北京：中国铁道出版社，２００２ 得中途停工。 Ｅ２］铁道部第二工程局．铁路工程施工技术手册：隧道［Ｍ］． （６）做好监控量测及资料的分析工作，根据变形 北京：中国铁道出版社，１９９５ 情况及时采取措施，防止初支变形侵限。监控量测 Ｅ３］关宝树．隧道工程施工要点ＥＭ］．北京：人民交通出版社， ２００３ 中纵向量测断面间距按５ ｉｎ・布置；每个量测断面设 Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ３ｒｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｉｎｅ－Ｐｏｗｄｅｒｅｄ Ｓａｎｄｙ Ｒｏｃｋ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕｍａｌｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ Ｘｕ Ｃｈａｎ￣ｉｕ （Ｔｈｅ Ｍａｎａｇｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ １９ｔｈ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｔｈｅ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ａｎｄ ｆｏｕｒｔｈ ｏｂｌｉｑｕｅ ｓｈａｆｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｏｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕｍａｌｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ ｇｏ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｓｙｓｔｅｍ ｕｎｄｅｒ－ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｆｉｎｅ－ｐｏｗｄｅｒｅｄ ｓａｎｄｙ ｒｏｃｋ ｓｔｒａｔｕｍ，ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｕｍ ｉｓ ｓｏｆｔ ａｎｄ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ｉｓ ｒｉｃｈ， ｏｗｉｎｇ ｔｏ ｗｈｉｃｈ ｇｕｓｈ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓａｎｄ ａｒｉｓｅ ｈｅｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｕｒｒｙｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｆａｃｅ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓ。ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｒｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｒｅ— ｌａｔｅｄ ｔｏ ｄｒａｉｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ，ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ，ｅｔｃ：，ａｌｌ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｈｅｌｐ ｅｎ— ｓｕｒｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｍａｙ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｕｓｅｆｕｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｏｔｈｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｙｐｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌｓ；ｔｈｉｒｄ—ｓｙｓｔｅｍ ｆｉｎｅ ｓａｎｄｙ ｒｏｃｋ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｕｐｐｏｒｔ；ｌｅｖｅｌ—ｓｗｉｖｅｌ—ｓｐｒａｙｅｄ ｐｉｌｅ；ｈｅａｖｙ－ｃｕｒｔａｉｎ ｊｅｔ— ｔｉｎｇ 国防交通工程与技术 囵 ２ｏ１ｌ第６期
