胡 剛

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧沈陽 110136）

1 工程概況

胡麻嶺隧道是蘭渝鐵路蘭州東向重慶方向的第一條長(zhǎng)大隧道，是蘭渝鐵路的控制性工程，位于甘肅省蘭州市與定西市境交界處，全長(zhǎng)13 611 m。為鐵貨共運(yùn)雙線大斷面隧道，設(shè)計(jì)車速160 km，線間距4.4 m。DK72+510—DK72+683、DK76+350—DK79+600、DK80+605—DK80+778 為第三系富水粉細(xì)砂地層，共計(jì)3596 m，其中2880 m 處于石門水庫和楊灣水庫水位線下。第三系富水粉細(xì)砂地層最大埋深約280 m。

2 第三系富水粉細(xì)地層的地質(zhì)災(zāi)害

胡麻嶺隧道第三系富水粉細(xì)砂地層主要為泥質(zhì)弱膠結(jié)，局部形成鈣質(zhì)半膠結(jié)或膠結(jié)的透鏡體，固結(jié)不均勻，屬極軟巖，自穩(wěn)性極差[1-2]。地下水位線高出隧道頂部（40～80）m，含水率4.3%～19.5%，粉細(xì)砂巖長(zhǎng)時(shí)間受水浸潤(rùn)或浸泡后，經(jīng)開挖擾動(dòng)，巖軟化現(xiàn)象明顯，在地下水富集地段，掌子面出現(xiàn)片狀剝落、股狀涌水、突泥、坍塌等現(xiàn)象，隧道仰拱存在股狀涌水和振動(dòng)液化現(xiàn)象。經(jīng)常造成隧道初支大變形、下沉、坍塌和突水涌泥等災(zāi)害，最大突水涌泥達(dá)2000 m3/d。對(duì)隧道施工生產(chǎn)造成極大影響。

3 九部雙側(cè)壁綜合施工方法

3.1 九部雙側(cè)壁施工

3.1.1 工法原理及支護(hù)參數(shù)

九部雙側(cè)壁工法是一項(xiàng)邊開挖邊支護(hù)的施工技術(shù)。其原理是利用兩道中隔壁和兩道橫撐把大斷面隧道開挖支護(hù)，人為分割成九個(gè)小格，左右兩側(cè)壁導(dǎo)坑先行、中間斷面緊跟，仰拱封閉成環(huán)后，拆除橫豎支撐。九部雙側(cè)壁工法把大斷面隧道分割九個(gè)小斷面開挖支護(hù)，每部開挖支護(hù)循環(huán)時(shí)間較短，能有效減少第三系富水粉細(xì)砂地層在開挖后圍巖弱化對(duì)初支循環(huán)時(shí)間的限制，保持掌子面穩(wěn)定，減少掌子面弱化造成坍塌、突水和涌泥的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，能有效控制初支變形，確保施工安全。九部雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工序橫斷面設(shè)計(jì)示意如圖1 所示。

圖1 九部雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工序橫斷面設(shè)計(jì)示意

初期支護(hù)參數(shù)：全環(huán)采用I25a，間距0.5 m/榀；Ф22 mm 雙層連接筋，Z 字形連接，環(huán)向間距1 m；Ф8 mm 雙層鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm；C30 早高強(qiáng)噴射混凝土，厚度33 cm。臨時(shí)支護(hù)：采用I20b 工字鋼，Ф22 mm 連接筋，間距1 m；C30早高強(qiáng)噴射混凝土，厚度20 cm。掌子面封閉采用：C30 早高強(qiáng)噴射混凝土，厚度10 cm。

3.1.2 施工步驟

（1）首先在上循環(huán)①部已架立的拱架上施做超前支護(hù)，然后進(jìn)行①部土體開挖及支護(hù)，并在拱腳處打設(shè)鎖腳錨管。

（2）②部的開挖及支護(hù)滯后①部3～5 m，⑤部再滯后②部3～5 m，②部和⑤部施工時(shí)注意鎖腳錨管的施作質(zhì)量和接頭板的連接質(zhì)量。

（3）③部拉開①部適當(dāng)距離，③部、④部、⑥部的開挖支護(hù)程序和步驟如同①部、②部、⑤部。

（4）在上一循環(huán)⑦部已架立的鋼拱架上施做超前支護(hù)。

（5）⑦部拉開③部適當(dāng)距離，⑦部、⑧部、⑨部的開挖和支護(hù)步驟如①部、②部、⑤部。

（6）根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分段鑿除⑨部?jī)蓚?cè)的臨時(shí)支撐中間的噴射混凝土，一次性鑿除長(zhǎng)度控制6 m 左右，并及時(shí)施做仰拱及填充混凝土。

（7）仰拱及填充混凝土施作長(zhǎng)度夠一模二襯長(zhǎng)度后，拆除仰拱以上部分臨時(shí)支護(hù)。

（8）采用液壓二襯臺(tái)車澆筑二次襯砌。

3.2 施工輔助措施

胡麻嶺隧道第三系富水粉細(xì)砂地層地質(zhì)災(zāi)害主要誘因是地下水，施工中除了采用了九部雙側(cè)壁工法外還采用堵排水輔助措施。堵水主要采用雙液回退劈裂注漿。排水主要采用洞內(nèi)外重力深井降水、超前水平真空降水、輕型井點(diǎn)負(fù)壓降水綜合降水措施。

3.2.1 雙液回退劈裂注漿

胡麻嶺隧道第三系富水粉細(xì)砂地層結(jié)不均勻，大部地段存在水囊、涌泥、涌水等現(xiàn)象，單一的降水有時(shí)不能解決工程施工問題，對(duì)水害采用堵排相結(jié)合的措施，堵水采用雙液回退劈裂注漿?；赝伺炎{是通過控制灌注膠凝材料的壓力把需要加固的巖土體進(jìn)行劈裂，注入膠凝材料，在巖土體內(nèi)形成網(wǎng)狀固結(jié)體，以減小巖土體滲透率，提高其穩(wěn)定性[3]。

注漿根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水囊和突水涌泥的位置和大小，確定布孔位置和間距。成孔采用水壓成孔，成孔后下入Ф20 mm 注漿管，長(zhǎng)度（6～8）m。注漿采用雙液漿，水膠比0.8∶1～1∶1，漿液比1∶0.8～1∶1。注漿壓力控制在（2.5～5）MPa。

3.2.2 洞內(nèi)外深井降水

洞內(nèi)真空負(fù)壓深井沿隧道兩側(cè)交錯(cuò)布置，間距10 m；降水井成孔直徑60 cm，孔內(nèi)下直徑30 cm 濾水管，降水井深15 m，濾水管為圓孔式厚壁PVC 管。濾水井管與孔壁間采用粗砂作濾料，孔頂以下3 m 采用粘土進(jìn)行封孔。井內(nèi)采用真空泵負(fù)壓抽水，壓力控制在-0.06 MPa 以內(nèi)。

地表深井沿隧道兩側(cè)外10 m 對(duì)稱布置，間距20 m，井底深入仰拱底面10 m；地表深井成孔直徑60 cm，孔內(nèi)下混凝土透水管，透水管直徑30 cm，外包棕衣作濾網(wǎng)，井管與井壁間采用砂礫做濾層。用多級(jí)泵抽排地下水，降低地下水位。

3.2.3 超前水平真空降水

超前水平真空降水是沿開挖輪廓打設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為15 m 的真空降水管，環(huán)向間距1 m，相鄰兩環(huán)搭接5 m。鉆孔采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)斜向上3°～5°沖擊成孔，孔長(zhǎng)15 m。成孔后孔內(nèi)下入一根Ф60 mm 的PVC 真空降水管，管長(zhǎng)15 m；PVC 降水管上提前鉆好Ф8 mm 的孔（后4 m 不鉆眼），孔眼距離20 cm，降水管外包濾網(wǎng)，濾網(wǎng)規(guī)格200 目。超前水平真空降水管通過Ф75 mm降水主管與真空泵連接。

3.2.4 輕型井點(diǎn)負(fù)壓降水

胡麻嶺隧道在第三系弱膠結(jié)粉細(xì)砂巖地層隧道中下臺(tái)階采用輕型井點(diǎn)降水。在隧道側(cè)壁上臺(tái)階兩側(cè)拱腳斜向下外插打設(shè)豎向降水管，井點(diǎn)位于距上、中臺(tái)階上50 cm 處，長(zhǎng)度4 m，外插角30°；在正洞兩側(cè)底腳增加降水管，降水管外插角30°，管長(zhǎng)5 m；相鄰兩根降水管縱向距離0.75 m，輕型井點(diǎn)降水管采用Ф32 mm 鋼管，包雙層100 目濾網(wǎng)；輕型井點(diǎn)降水管通過三通與Ф75 mm 降水主管連接，并在連接部位設(shè)置閥門用以控制各井管降水情況；降水主管與真空泵采用Ф75 mm 鋼絲軟管進(jìn)行連接。

輕型井點(diǎn)降水主要解決中、下部掌子面施工的水害問題。采用高壓水進(jìn)行降水管的鉆孔和下管，鉆孔及下管過程中控制好降水管外插角；井點(diǎn)降水時(shí)，控制好壓力值，壓力應(yīng)控在-0.06 MPa以下，壓力異常時(shí)，逐根檢查降水管連接處氣密性和降水管與土體的密封性，漏氣處采用密封措施。

4 施工注意事項(xiàng)

（1）隧道須堅(jiān)持“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)，襯砌緊跟”的施工原則。

（2）開挖方式均采用人工開挖。

（3）各部開挖時(shí)，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順，減小應(yīng)力集中。

（4）為保障鋼拱架基礎(chǔ)穩(wěn)定，每部拱腳外側(cè)有土體時(shí)，在鋼架（或臨時(shí)鋼架）拱腳處設(shè)置鎖腳錨桿。

（5）同一層左、右兩側(cè)兩部縱向間距不宜大于15 m，且應(yīng)在臨時(shí)支護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行。同側(cè)上下部縱向間距宜為3～5 m，且待噴混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后開挖相鄰部位。

（6）施工中嚴(yán)格按照規(guī)范要求對(duì)初支變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果須及時(shí)反饋，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果適時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和確定二次襯砌的澆筑時(shí)機(jī)。

（7）第三系富水粉細(xì)砂地層主要受水害影響，輔助施工措施采用堵排相結(jié)合的原側(cè)。注漿時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。綜合降水一定要注意排水管打設(shè)位置和角度，適時(shí)檢查排水管的暢通與否。

（8）隧道施工是在一相對(duì)比較密閉和狹小空間進(jìn)行作業(yè)，要求洞內(nèi)施工車輛車況必須良好，配備倒車聲光報(bào)警裝置，洞內(nèi)掉頭和倒車有專人指揮。為減少車輛尾氣對(duì)洞內(nèi)環(huán)境的影響，可配備尾氣處理裝置。

（9）富水粉細(xì)砂地層含水量較大，為防止抽排水設(shè)備意外故障和意外停電，導(dǎo)致隧道被水淹，影響隧道作業(yè)。需加強(qiáng)洞內(nèi)外抽排水設(shè)備日常保養(yǎng)和管理，配備足夠備用抽排水設(shè)備及備用電源，必要時(shí)設(shè)置兩套抽排水管路。

5 結(jié)束語

胡麻嶺隧道第三系富水粉細(xì)砂地層因突水、涌泥、坍塌、振動(dòng)液化等現(xiàn)象，易造成初支大變形、下沉，塌方、冒頂?shù)刭|(zhì)災(zāi)害。工程施工中通過不同試驗(yàn)和總結(jié)，形成九部雙側(cè)壁工法，堵排相結(jié)合綜合治理水害的九部雙側(cè)壁綜合施工方法，攻克第三系富水粉細(xì)砂地層隧道施工的難題，降低工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)胡麻嶺隧道勝利貫通。隨著基礎(chǔ)建設(shè)不斷發(fā)展，復(fù)雜地質(zhì)條件的長(zhǎng)大隧道將會(huì)更多，九部雙側(cè)壁綜合施工方法能有效解決富水粉細(xì)砂地層突水、涌泥、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害具有對(duì)隧道施工的影響，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。