粉细砂含水地层隧道施工技术

第三系富水粉细砂地层固结圈施工技术王广宏【摘要】胡麻岭隧道第三系富水粉细砂地层原岩致密,但具有易扰动、扰动后快速软化的特性,传统的施工工艺,无法彻底的避免围岩的扰动.针对此现象,经过研究确定采用控制围岩周边精确扰动软化后常压注浆加固的方法.该项技术适合第三系富水粉细砂地质小断面斜井施工,工效高、进度快,施工成本大大降低,规避了该地质高压帷幕注浆时浆液难以扩散、或沿着随机大裂隙延伸的状况,能精确固结有效范围,保证后续施工稳定,对于正洞大断面第三系富水粉细砂施工也起到了一定的借鉴作用.【期刊名称】《高速铁路技术》【年(卷),期】2018(009)003【总页数】4页(P83-86)【关键词】第三系富水粉细砂;固结圈;注浆加固【作者】王广宏【作者单位】兰渝铁路有限公司, 兰州730000【正文语种】中文【中图分类】U455.91兰渝铁路胡麻岭隧道位于甘肃省定西市地区，共设有7座斜井(竖井)辅助施工，其中3号、4号斜井施工中于2009年首次遇到第三系富水粉细砂地层，此类地层国内外均未见报导，各方专家、院士多次现场踏勘后认为该地层隧道施工为“国内罕见、世界难题”。

该地层为浅红色粉细粒结构，成岩性差，开挖后围岩扰动迅速液化呈流塑状，钟贻军等人在砂土振动液化危险性分析方法比较研究[1]、高金川等人在饱和粉砂土的振动液化性分析研究[2]文中，分别分析了沙土振动液化现象和机理，并阐述了其危险性;王志伟等人在饱和砂土和粉土振动液化的危害与防治[3]文中介绍了振动液化的防治措施；朱新华在中深孔注浆技术在饱和富水砂层浅埋暗挖地道中的应用[4]、南深等人在饱和动态含水砂层浅埋隧道施工中的注浆技术[5]、周书明等人在软流塑淤泥质地层地铁区间隧道劈裂注浆加固[6]等文中，分别介绍了常压注浆、高压注浆、帷幕注浆、双液注浆、劈裂回退注浆等多种形式；彭振华等人在井点降水在富水粉砂地层隧道施工中的应用[7]文中介绍了降水方法；李迎春在富水砂层大跨度平顶浅埋暗挖隧道施工技术[8]文中介绍了一些针对此地层的开挖方式。

富水粉细砂地层铁路隧道降水施工技术隧道是在铁路建设过程中经常会遇到的建设工程，而在富水粉细砂地层的隧道施工中，由于开挖面经常出现涌水、涌泥、涌砂等现象，存在着塌方的风险，严重影响施工安全、进度、工期，在这种地质条件下做好降水成为工程施工的关键。

标签：隧道；降水；富水粉细砂；CRD工法前言隧道是在铁路建设中经常遇到的建设工程，而在一些富水粉细砂地层开挖隧道，开挖面涌水涌泥涌砂等会破坏围岩的稳定性，这就需要做好地下水降水，文章将就如何做好铁路隧道的降水施工进行介绍。

1 富水粉细砂地层简介在隧道施工中，富水粉细砂地层是一种施工难度较大的地层，这种地层围岩的成岩性较差，围岩在土质较为干燥时，土质的情况较为稳定，而当施工路段处于地下水较多的地段时，由于其长期受到地下水的浸泡侵蚀，再加上施工作业时会造成一些扰动，容易产生塌方的危险，同时由于地下水的原因会造成施工路段出现涌水、涌泥、涌砂的现象，对于在此地层上进行隧道施工造成了极大的困扰，而且在这种地质条件下，其他措施如管棚，注浆等，效果都不太理想，工法大都采用六部CRD法。

2 第三系富水粉细砂地层施工中需要注意的问题在第三系富水粉细砂地层进行隧道施工时会面临着如下地层状况：富水粉细砂地层隧道施工的围岩质地较软，其所含有的土质多为泥质弱胶结整体的岩石性不高、渗透系数小、地下水的水位较高，土层中的含水率为4%-19%之间，含水率较高。

由于此种土层的地质结构不均匀，造成土层中的地下水的渗透以孔隙渗水为主，使得整段的土层结构较为复杂。

粉细砂岩中的土层结构、胶结以及土壤中的含水情况各部分各不相同，同时当进行铁路隧道施工时，由于受到地下水的渗透浸泡影响以及其他因素的影响，使得铁路隧道的开挖面的土壤的稳定性随着时间的持续而显著降低，极大的增大了铁路隧道的难度。

同时在此种土层中进行施工时会面临着以下问题：（1）由于受到地下水的浸泡导致铁路隧道施工时的围岩出现一定程度的软化，从而造成铁路隧道在进行施工的过程中由于围岩层之间的粘性层层缺失而导致土层的粘性下降，从而造成在施工的过程中导管的上方以及拱脚背后出现脱空，从而造成铁路隧道的上断面出现沉降变形致使隧道变形以及拱架接腿等地方无法进行施工。

高压富水粉细砂断层隧道施工技术摘要：本文介绍了怀邵衡铁路岩鹰鞍隧道F4高压富水粉细砂断层的地质背景、岩体结构、地下水赋存状况等工程水文地质特性，结合施工中发生的涌水涌砂情况，阐述了隧道穿越该断层时发生涌水涌砂的主要原因，详细论述了隧道穿越F4高压富水粉细砂断层采取的“迂回绕行、分水降压、注浆加固、综合治理”处理原则和相应的施工技术措施，对类似工程具有十分重要的参考价值。

关键词：隧道；断层；迂回绕行；分水降压；注浆；支护1 前言受构造运动的影响，断层内一般岩体极其破碎，自稳能力极差，受高压水的作用，易塌方失稳，发生突水突泥，造成灾害，严重影响工程进展，并可能破坏区域环境，怀邵衡铁路岩鹰鞍隧道F4高压富水粉细砂断层是其典型代表。

岩鹰鞍隧道是怀邵衡铁路I级高风险隧道，全长5302m，隧道最大埋深约600m。

隧道进口段2385m为3‰上坡，出口段2617m为9‰下坡。

测区内发育有7条断层，其中F4高压富水粉细砂断层规模宏大，沿隧道长约350米；F4主断层破碎带主要成分为全风化石英砂岩（岩芯呈砂土状）夹强～弱风化石英砂岩（碎块状），为砂石混杂状态。

受F4主断层影响，断层上盘岩体破碎、富水；断层下盘岩体较破碎、含水。

岩鹰鞍隧道F4高压富水粉细砂断层被国内隧道专家和同行公认为国内罕见。

F4断层段纵断面图2 F4断层的特性2.1 工程地质特性F4断层为碎屑岩陡倾逆断层，产状倾向大里程，倾角约78°，断层带与线路夹角51～64°。

F4断层区地处湘西山地，地形复杂，地势陡缓多变。

山脉受区域构造影响总体呈北东走向，隧道穿越区属构造侵蚀中低山区，地形起伏，山体高程为400～1100m之间，相对高差约700m，山脊多呈马鞍型。

左侧为V字形深切沟谷，主沟与线路走向大致平行或小角度相交，冲沟地表水较发育。

F4断层范围隧道围岩主要为泥盆系跳马涧组（Dt）石英砂岩、石英细砂岩及石英粉砂岩（主要产状113°∠70°、128°∠70°、87°∠50°），深灰色钙质页岩及易家湾组（Dyj）灰色粉砂质钙质泥岩，夹灰色薄层状粉砂岩（主要产状138°∠70°、130°∠50°）。

北京地铁某标段工程包括2站2区间，区间线路整体呈东西走向，区间总长度近5 km，采用盾构法施工，在区间盾构始发后需垂直下穿东五环城市主干道路。

穿越地层主要区间隧道涉及穿越粉砂粉土、粉砂、粉砂夹粉土层及粉质粘土层，以上地层承压含水层分布连续，水头高5~6 m。

隧道衬砌环采用外径6 000 mm、内径5 400 mm、厚300 mm、宽1 000 mm 的预制钢筋混凝土管片衬砌。

北京东五环路为南北走向，道路编号S50，穿越位置段原为高速公路，现道路等级为城市快速路。

三上三下六车道，两侧设应急车道，路面宽35 m。

路基结构为填方路基，穿越区域路基高约2 m。

盾构区间垂直下穿东五环路基，区间拱顶距路面约8.5 m。

1、施工难点盾构隧道下穿环路段为粉砂地层，刀盘刀具极易磨损，且在水动力条件和盾构推进作用下自稳能力较差，易产生管涌、流砂现象，对盾构的选型和施工过程中地层稳定的控制要求十分严格。

既有环路上交通繁忙，必须严格控制盾构施工参数，确保道路变形沉降满足要求。

环路及周边市政管线错综复杂，盾构穿越施工时须降低重叠风险源带来的风险。

2、穿越前的技术措施2.1 盾构机选型盾构机选型需遵循技术先进、安全可靠、环保经济等原则，根据工程地质特点和穿越风险源控制要求，需具备防喷涌、耐磨及土体改良的能力。

在螺旋机出口设2道液压闸门和一道手动闸门防止喷涌，确保在紧急情况下能将地下水阻挡在盾构外；采用3道盾尾刷，施工前用高质量盾尾油脂满嵌盾尾刷，保证盾尾密封效果；配置加泥加水系统，对土仓、螺旋机进行土体改良；配置施维英注浆泵泵送“厚浆”浆液，可进行4点注浆；配备高精度测量导向系统。

通过专家论证，最终选择加泥式土压平衡盾构机进行掘进施工。

2.2 对环路进行工前检测、设置试验段施工前对道路及周围建（构）筑物、管线进行调查、摸底及评估，并做好现状鉴定及留证。

专业机构工前检测结果显示，东五环路及匝道路面下方0~5 m范围内未发现空洞及不密实区域。