富水粉細砂地層隧道施工技術論文

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1工程概況

胡麻嶺隧道地表水較發育，下穿水庫及河流段，且穿越富水粉細砂山體地段，又處在地震連發帶，庫水補給巖體裂隙。地下水以孔隙水為主，粉細砂地層段含水偏高或地下水相對富集，以大氣降水滲入和巖體容積儲量水為主要補給來源。雨季洞內日出水量驟增，單口日涌水量達700～1500m3。洞身設計預測正常涌水量為1429m3/d，最大涌水量為4287m3/d。

2第三系富水粉細砂地層施工概況

2.1第三系富水粉細砂地層圍巖特性

根據隧道施工揭示的情況，結合補充地質勘察工作，經綜合分析，第三系富水粉細砂地層圍巖具有以下工程特性：

①圍巖大部分為泥質弱膠結、局部夾有鈣質膠結的薄層、成巖性極差、圍巖固結不均勻、結構較緊密、滲透系數小、地下水位高，含水率4.3～19.5%。

②鉆孔揭示圓礫土中未見地下水，下部粉細砂巖地層中（地表補勘水位在隧道拱頂上40m）有地下水，說明地下水以孔隙水為主，且分布具有不均勻性。

③粉細砂巖的成分組成、膠結及含水情況具有不均一性。開挖后受水浸泡及外部條件的影響，穩定性隨時間延續顯著變差。

2.2隧道施工過程中出現的現象

①掌子面、拱腰滲水。滲水浸泡導致圍巖軟化，核心土崩塌。在開挖時圍巖層層剝離，導管上方及拱腳背后脫空，造成上斷面沉降變形、拱架接腿和下段面無法施工。

②地下水位高。受水壓作用，底板涌水呈噴射狀；拱腳、基底浸泡成淤泥，機械無法施工。開挖下臺階經常出現突然沉降，沉降量最大1205mm，平均630mm；開挖底板時突然收斂，收斂值最大360mm，平均170mm。

③經常遇見水囊。開挖后受重力和水壓的作用水囊突然涌出，形成突水涌砂，造成掌子面及拱墻后方初期支護脫空，圍巖松動圈加大，支護突然變形或塌方。

④底板封閉和二襯實施后，還有整體沉降現象。

3富水粉細砂隧道斜井圍巖開挖工法與設計參數

3.1圍巖開挖工法

3#斜井采用三臺階中隔壁+臨時仰拱法施工。

3.2設計參數

①開挖。機械配合人工開挖，斷面寬6.327m，高8.386m。

②超前支護。拱部150°范圍，Φ42mm超前小導管（4m）注雙液漿，縱向間距2.6m/環，環向間距0.3m。

③預留變形量，15cm。

④初期支護。

1）鋼拱架。全環設I20b鋼拱架，間距0.5m/榀，縱向設［25槽鋼托梁，鋼架底部設35×25×15cm混凝土墊塊；縱向連接采用雙層準22螺紋鋼筋，Z字形連接；Φ8單層鋼筋網，間距20×20cm。

2）拱墻。噴射27cm厚的C30超早強混凝土；采用準42小導管（長1.0m，環×縱間距1.0×1.0m）徑向回填注水泥漿。

3）鎖腳錨管。16根Φ42鋼管，長度4m。

4）掌子面臨時封閉。噴射5cm厚C25混凝土。

5）拱墻及仰拱。仰拱開挖設準42密排鋼管（2.5m）排樁，縱向間距3m/排；設豎向臨時支撐，采用2根I20b型鋼（2m）對焊，橫向設置I20b型鋼橫撐，間距1.0m；C30混凝土。仰拱基底施做25cmC20混凝土，30cmC25混凝土干拌料墊層。

⑤二次襯砌。采用C30鋼筋混凝土模筑襯砌結構；每段襯砌長5m，襯砌間隔5m。

4富水粉細砂地層隧道斜井洞內降水方案設計及施工

3#斜井采用真空輕型井點降水+負壓真空管井降水+集水坑抽排水。洞內綜合降水方案如下：

①掌子面。水平真空降水，上臺階下返50cm，布設角度與斜井縱坡一致的3根4m長直徑Φ75mmPPR管真空井點降水管，再接入真空自吸泵。

②臺階及拱腳。真空井點降水，在上、中臺階兩側各布置3排直徑Φ32mmPPR管，外插角60°，間距0.75m，降水管深4m；底部兩側設兩根降水管，外插角30°，長度5m。井點管集中與Φ75mmPPR管主管道連接，再接入7.5KW真空自吸泵。

③深管井真空降水。隧道兩側縱向交叉布置，單側間距10m，井深15m，井管直徑Φ350mm，井管內設潛水泵，井口封閉接真空泵。

④集水坑抽排水。

4.1真空輕型井點降水

①真空輕型井點降水。真空輕型井點降水由往復式真空泵、離心式水泵、水氣分離器等組成。根據降水部位不同又分為臺階側壁豎向降水和掌子面水平降水。

②真空輕型井點降水材料、設備及連接說明。

1）真空井點降水系統由井點管（管下端有濾管）、連接管、集水總管和抽水設備等組成。抽水泵采用自吸泵ZGD型，吸程9m，可帶3～5根降水管。

2）真空泵采用Y型，揚程25m，可帶5～10根降水管。

3）支管采用Φ32mmPPR管，主管采用Φ75mmPPR管；插入土層的井點降水管包雙層100目濾網。井點降水管與主管連接，主管接入真空泵。支管和主管之間采用Φ32mm透明鋼絲軟管連接，并在連接部位設閥門，控制井管降水；主管和真空泵連接采用Φ75mm透明鋼絲軟管連接；降水過程中，真空負壓控制在-0.06MPa以下。

③真空輕型井點降水管的埋設。

1）降水管下端1m鉆Ф10mm梅花形孔，孔間距5cm。外包雙層100目過濾網，纏8號鐵絲，間距20mm。

2）降水孔采用YT28鉆機鉆孔

3）降水管與孔壁間用潔凈中粗砂填灌密實均勻，孔口處用錨固劑封堵。

④輕型井點降水的使用。

1）使用前進行試抽水，確認無漏水、漏氣等異常現象后再正常使用。

2）降水設備配備雙電源，以防斷電影響降水效果。

3）抽水過程中定時觀測出水量及真空泵壓力，出現異常及時檢修。

4.2真空負壓管井降水

4.2.1真空負壓降水管井設計

降水管井深15m，布設于斜井兩側邊墻部位，單側間距10m，兩側梅花形布設。降水井成孔直徑60cm，井徑35cm，井管采用螺旋焊管鋼管，濾水管為圓孔式濾水管，濾料采用粗砂，封孔材料采用粘性土，封孔深度4m。

4.2.2真空負壓降水管井施工

①降水管井成井。采用正循環工程鉆機鉆進，泥漿護壁成孔。

②深管井降水運行。

1）抽水方法：采用真空負壓、井內潛水泵抽水的方法降低隧道底部水位。每座管井用一臺潛水泵，一臺真空泵帶兩座降水管井；選用潛水泵的抽水量要大于單座管井的最大出水量，真空管路的真空度大于-0.06MPa，潛水泵和真空泵同時開啟，要求開挖前的真空抽水時間不能少于2天。

2）降水運行：管井降水井施工完一座井即投入運行一座，以及時降低地下水位，確保隧道底部開挖的正常施工。4.3集水坑抽排水集水坑設置在基底部位，主要匯集掌子面及已施做支護地段斜井滲水，作為斜井輕型井點降水的輔助措施。為盡量減少掌子面滲出的水流對邊墻的影響，集水坑設置在距離斜井邊墻不小于1m處，集水坑采用4mm厚鋼板焊接而成，尺寸為：1.0×0.8×1.2m（長×寬×深），施工時設置井蓋。仰拱施做前先行設置好集水坑，確保基底滲水能順暢流入集水坑。集水坑的水用污水泵抽排至集水箱再由分級泵站排至洞外。

5結束語

在富水粉細砂地質條件下施工隧道，采用洞內綜合降水措施能有效改善圍巖含水率，增強圍巖的穩固性，使作業面達到無水或少量滲水的狀況，從而滿足隧道施工要求。該工藝為類似地質的地下工程施工提供經驗參考，具有極高的可借鑒性。

作者:舒麗紅單位:西安鐵路職業技術學院