侯建國(guó)

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)，陜西西安 710043)

1 工程概述

永壽梁隧道位于陜西省永壽縣、彬縣境內(nèi),地處渭北黃土塬的南緣,涇(河)渭(河)分水嶺東端，全長(zhǎng)17.127 km，為西平鐵路的控制性工程。隧道穿越渭河與涇河水系的分水嶺永壽梁，其中有8.8 km洞身圍巖為侏羅系豆渣狀砂巖夾礫巖、泥巖地層。

2 地層巖性及工程性質(zhì)

本文涉及的該套侏羅紀(jì)地層在《陜西省區(qū)域地質(zhì)志》中定義為侏羅紀(jì)直羅組(J2z),該套地層下伏于白堊系,上部巖性以泥質(zhì)砂巖夾泥巖為主,局部夾薄層礫巖,多呈不等厚互層狀產(chǎn)出。下部巖性以礫巖夾砂巖為主,局部夾薄層泥巖,泥質(zhì)膠結(jié)。

工程勘察過程中完成的深孔有四個(gè)鉆孔(YZ-2、YZ-3、YZ-6、YZ-10)于不同的孔深所揭露的該套地層工程性質(zhì)較差,鉆探巖芯雖可成柱狀,但膠結(jié)差或無膠結(jié),以砂巖夾礫巖為主,大部分巖芯手掰即碎,部分巖芯錘擊即碎。區(qū)域調(diào)查中該套地層的地表露頭較少。上述四孔巖芯描述見表1。

施工過程中,工作面開挖完成時(shí)洞型尚完整,但工作面圍巖暴露很短時(shí)間后就出現(xiàn)拱頂、拱腰、邊墻坍塌,手可掰碎,捻之成砂。永壽梁隧道工程有8.8 km通過該層,是工程性質(zhì)最差的巖層。該套巖層主要的物理力學(xué)指標(biāo)見表2、表3。

3 構(gòu)造特征

該套侏羅紀(jì)地層為陸相含煤建造,區(qū)域內(nèi)廣泛分布,但地表露頭不多,層位下部與三疊系主要以平行不整合和角度不整合接觸,上部與白堊系以角度不整合接觸。區(qū)域地層劃分有下統(tǒng)富縣組，中統(tǒng)延安組、直羅組、安定組。其中永壽梁地區(qū)主要出露中統(tǒng),該套地層為區(qū)域上最軟弱巖層,巖性以泥質(zhì)砂巖夾泥巖、礫巖,多呈不等厚互層狀產(chǎn)出。剖面上上部巖層巖體較完整,下部巖體軟弱且軟硬不均,成巖作用較差。鉆探揭示巖芯破碎,工程性質(zhì)較差。

永壽梁地區(qū)地處中朝準(zhǔn)地臺(tái)的陜北臺(tái)凹和北緣撓褶帶的結(jié)合部,三疊紀(jì)主要接受海相沉積,形成了巨厚的砂頁巖沉積。三疊紀(jì)末期印支運(yùn)動(dòng),陜甘寧盆地南部和西部隆起,地勢(shì)上升,區(qū)域內(nèi)普遍形成海退,上升為陸,這時(shí)的地殼運(yùn)動(dòng)比較緩和,特點(diǎn)是東升西降,在西部形成若干內(nèi)陸盆地。早侏羅世的沉積起了填平補(bǔ)齊的作用,中侏羅世形成以河流相為主的沉積,中侏羅世末期的燕山運(yùn)動(dòng),區(qū)域整體隆起,普遍缺失晚侏羅世沉積,僅有零星的山麓相堆積。

表1 深孔鉆探巖性概況匯總

表2 永壽梁隧道主要地層巖性物性參數(shù)

表3 永壽梁隧道巖石物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

永壽梁地區(qū)主要在中侏羅世有廣泛的沉積,區(qū)域資料顯示在三疊紀(jì)末,印支運(yùn)動(dòng)使本區(qū)前期地層褶升成山。早侏羅世早期,氣候炎熱,地殼振蕩頻繁,陜北進(jìn)一步隆起,彬縣一帶相對(duì)沉降,由于周邊構(gòu)造應(yīng)力的影響,使區(qū)內(nèi)地殼呈現(xiàn)凹凸不平的復(fù)雜地貌。晚期向準(zhǔn)平原演化,以沖洪積河流相為主,在洼地起到了填平補(bǔ)齊的作用。中侏羅世早期比較復(fù)雜,氣候潮濕,植物生長(zhǎng)迅速,發(fā)展為泥炭沼澤相,形成煤層；中期演化為沖積平原洪積相,晚期轉(zhuǎn)化為湖泊相。隧道施工中該套地層顏色由紫紅色與灰綠色交替出現(xiàn),顯示了該套地層多旋回的沉積韻律,也反映出當(dāng)時(shí)地層的垂直振蕩較頻,中侏羅古氣候的強(qiáng)烈變化也加劇了該套地層沉積成巖性的巨變。

4 隧道施工主要工程措施

隧道工程在進(jìn)入該段巖層時(shí)采用Ⅳ級(jí)圍巖加強(qiáng)襯砌支護(hù)(Ⅳ級(jí)圍巖襯砌斷面1/50),拱墻設(shè)H125型鋼鋼架,拱架間距為1榀/1.2 m。局部坍塌嚴(yán)重地段,鋼架間距調(diào)整為1榀/m,配合鋼架。拱部120°～150°范圍設(shè)超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù),長(zhǎng)3.5 m,間距30 cm,滲水地段、拱部掉快、坍塌嚴(yán)重地段,拱部小導(dǎo)管加長(zhǎng)為4 m,間距調(diào)整為20 cm。拱墻網(wǎng)噴C25混凝土厚度20 cm,拱墻設(shè)φ22藥卷錨桿,長(zhǎng)3.0 m,間距1.0 m×1.2 m, 拱墻設(shè)置φ6.5鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距25 cm×25 cm。

5 施工監(jiān)測(cè)變形

隧道初期支護(hù)施工完成后即嚴(yán)格按照《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》開始監(jiān)控量測(cè)。該套巖層圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)圍巖,采用臺(tái)階法施工,監(jiān)控量測(cè)布點(diǎn)采用拱頂測(cè)點(diǎn)和2條水平測(cè)線、2條斜測(cè)線的布點(diǎn)方案進(jìn)行量測(cè),測(cè)點(diǎn)位置分別為拱頂下沉觀測(cè)點(diǎn)、2個(gè)拱腳部位凈空變化觀測(cè)點(diǎn)、2個(gè)邊墻底部?jī)艨兆兓^測(cè)點(diǎn)。本段工程自2009年開始至今仍在施工中。本文僅列出2010年4月份觀測(cè)的拱頂下沉觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)(見表4)。表中數(shù)據(jù)表明自4月11日開始測(cè)量至4月23日拱頂下沉觀測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)穩(wěn)定。其他未列出測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)也同樣顯示了在初期支護(hù)完成一周后收斂變形基本結(jié)束,其變形速率滿足《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》的要求,說明隧道洞身圍巖變形已基本穩(wěn)定。

6 結(jié)束語

該套地層受構(gòu)造變遷及古氣候的影響,成巖性工程性質(zhì)較差。在勘察設(shè)計(jì)階段充分考慮到其工程性質(zhì)對(duì)隧道工程的影響,確定其圍巖級(jí)別以Ⅳ-Ⅴ級(jí)圍巖為主。在隧道施工過程中根據(jù)圍巖變化以及現(xiàn)場(chǎng)施工情況不斷調(diào)整施工工藝及工程措施,經(jīng)過一年的施工充分證明了隧道工程在通過該套巖層時(shí)采用Ⅳ級(jí)圍巖加強(qiáng)支護(hù)斷面是合理的,也是經(jīng)濟(jì)的。

表4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)記錄

[1]TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[2]J721—2007 鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程[S]

[3]TB 10003—2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4]鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院,鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999

[5]TB10077—2001 鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)[S]