馬鞍梁隧道下穿五龍溝段施工方案研究修改

1、;.新 建 鐵 路寶雞至蘭州客運(yùn)專線馬鞍梁隧道下穿五龍溝淺埋段方案研究（IDK743+440IDK743+620） 補(bǔ)目錄一、工程概況馬鞍梁隧道起訖里程IDK742+881IDK747+070.9，隧道全長(zhǎng)4189.9m。洞身縱坡為4/2539m、20/1650.9的單面上坡。隧道洞身通過的地層主要為：第四系全新統(tǒng)沖洪積黏質(zhì)黃土、礫砂、細(xì)圓礫土，粗圓礫土，構(gòu)造巖主要為壓碎變砂巖、斷層角礫。（簡(jiǎn)要說明全隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，）洞身設(shè)2座斜井輔助施工，（補(bǔ)洞身平面示意圖，標(biāo)出斜井的長(zhǎng)度、各施工掌子面的距離等相關(guān)參數(shù)、降水井的施工情況）示意圖、五龍溝現(xiàn)場(chǎng)照片、五龍溝地質(zhì)縱斷面比例稍大些二、五龍

2、溝淺埋段施工圖設(shè)計(jì)情況馬鞍梁隧道IDK743+440+620為淺埋段下穿五龍溝，最淺埋深11m,上部溝谷富水，地表水及地下水發(fā)育，滲透性較強(qiáng)，為減少地下水對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，地表沿線路兩側(cè)各設(shè)一排降水井，線路左側(cè)降水井距離左線線路中線10m，縱向間距20m；線路右側(cè)降水井距離左線線路中線15m，縱向間距20m。降水井底部深入軌面以下5m。采用降水井一次施工完成，分段降水措施，即當(dāng)開挖面距降水井10m時(shí)，開始該降水井的降水，直至二次襯砌超過降水井10m時(shí)，方可結(jié)束該降水井降水。施工圖設(shè)計(jì)該段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，采用VI-II型襯砌，全斷面設(shè)I25a型鋼鋼架，間距1榀/0.5m，拱

3、部設(shè)89管棚及拱墻42小導(dǎo)管注水泥漿超前支護(hù)。二次襯砌采用鋼筋混凝土，拱墻厚度65cm，仰拱厚度75cm。為防止地表水下滲，對(duì)溝內(nèi)水進(jìn)行疏導(dǎo)，并對(duì)IDK743+452及IDK743+490處的兩個(gè)水溝沿溝心對(duì)沖溝上游50m，下游30m共計(jì)80m范圍進(jìn)行鋪砌，隧道頂中線左右各10m采用C25鋼筋混凝土進(jìn)行鋪砌，其余段落采用C25混凝土進(jìn)行鋪砌，厚度30cm。三、現(xiàn)場(chǎng)施工情況2013年12月12日，馬鞍梁隧道進(jìn)口上導(dǎo)掌子面里程：DK743+326，仰拱里程：DK743+292，二襯里程：DK743+259.9。馬鞍梁隧道進(jìn)口淺埋段里程：IDK743+440+620，現(xiàn)掌子面距淺埋段114m。五龍溝

4、隧道中心線上游50m，下游30m共計(jì)80m范圍按設(shè)計(jì)進(jìn)行了鋪砌。按照原設(shè)計(jì)施做J1（28米）、J11（正在開挖）降水井，最近一天的井點(diǎn)降水情況，不抽水時(shí)降水井是滿水的，采用60方/小時(shí)、揚(yáng)程35m的抽水機(jī)抽水，水位下降11m后不再下降（設(shè)計(jì)拱頂以上2.32m）。四、IDK743+440620段工程、水文地質(zhì)特征及施工風(fēng)險(xiǎn)1、工程地質(zhì)特征馬鞍梁隧道IDK743+440+620淺埋段，下穿五龍溝，最淺埋深11m（實(shí)測(cè)），上部溝谷富水，地表水及地下水發(fā)育，隧道洞身通過地層主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）沖洪積黏質(zhì)黃土、礫砂、細(xì)圓礫土、粗圓礫土,地下水滲透性極強(qiáng)。詳述如下：（1）第四系全新統(tǒng)黏質(zhì)黃土（Q4a

5、l+pl3）：主要分布于五龍溝溝谷內(nèi)，淺黃色，土質(zhì)不均，局部夾細(xì)角礫土層，硬塑，II級(jí)普通土，=120KPa；地下水位以下局部軟塑，II級(jí)普通土，=80KPa。（2）第四系全新統(tǒng)礫砂（Q4al+pl5）：分布于五龍溝溝谷內(nèi)，呈層狀?yuàn)A于細(xì)圓礫土層中，厚約25米，飽和、中密，級(jí)松土，0=220KPa。（3）第四系全新統(tǒng)細(xì)圓礫土（Q4al+pl6）：分布于五龍溝溝谷內(nèi)，主要呈層分布于粗圓礫土層中，圓礫成分主要為花崗巖、變質(zhì)砂巖等，粒徑220mm的約占55%，大于20mm的約占10%，其余為砂土充填，圓棱狀，稍濕-飽和，潮濕-飽和，10m以上中密，II級(jí)普通土，=350KPa；10m以下密實(shí)，=400

6、KPa。（4）第四系全新統(tǒng)細(xì)角礫土（Q4al+pl6）：灰黃色，礫石主要成分為砂巖、花崗巖等，礫石呈尖棱狀，粒徑25mm約占15%，510mm約占15%，1020mm約占25%，大于20mm約占5%，其余為砂土充填，潮濕-飽和，II級(jí)普通土，10m以上中密，=350KPa；10m以下密實(shí)，=400KPa。（5）第四系全新統(tǒng)粗圓礫土（Q4al+pl6）：主要分布于五龍溝溝谷內(nèi)臺(tái)階地，灰褐色，主要成分為花崗巖、變質(zhì)砂巖等，磨圓度較好，呈圓棱狀，粒徑2060mm的約占55%，大于60mm的約占10%，其余為砂土充填，潮濕-飽和，10m以上中密，以下局部密實(shí)，級(jí)硬土，=500550KPa。2、水文地質(zhì)

7、特征（1）地表水：馬鞍梁隧道進(jìn)口附近的五龍溝內(nèi)為常年流水，枯水期流量約4675m3/d。（2）地下水：馬鞍梁隧道五龍溝淺埋段地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，含水層為細(xì)、粗圓礫土，富水性較好。勘察階段在五龍溝內(nèi)布置有石BZ-19和石BZ-20兩孔，對(duì)兩孔進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，根據(jù)抽水試驗(yàn)資料計(jì)算主要參數(shù)見表1。從表1可以看出，五龍溝溝谷地帶第四系細(xì)、粗圓礫土含水層滲透系數(shù)K值達(dá)到10.013.74m/d，滲透性較強(qiáng)，補(bǔ)給較充足；設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)IDK743+440+620淺埋段正常涌水量約16167m3/d，最大涌水量約24251m3/d，涌水量較大。鉆孔抽水試驗(yàn)參數(shù)及滲透系數(shù)計(jì)算

8、表 表1序號(hào)鉆孔編號(hào)里程孔深（m）靜水位（m）含水層厚度（m）降深（m）出水量(m3/d)滲透系數(shù)K（m/d）1石BZ-19IDK743+452右8.3m40.107.407.02.60145.8410.0091.60115.7811.0622石BZ-20IDK743+485右16m42.6012.3015.71.68327.7213.6040.63151.2013.7433、施工風(fēng)險(xiǎn)分析（1）IDK743+440+620淺埋段隧道洞頂距溝心埋深僅11m，施工中存在有地表水嚴(yán)重滲漏及地面塌陷的可能性，施工風(fēng)險(xiǎn)極大，因此施工時(shí)宜采取預(yù)加固處理措施，確保施工安全。（2）隧道施工排水會(huì)疏干淺埋溝附近

9、村民泉水水源，造成附近村民生活、生產(chǎn)用水困難。（3）目前，在DK743+440左10m施工一眼降水井J1，井深28m，井徑300mm，靜水位6.5m，水泵流量60m3/h，揚(yáng)程35m，抽水3小時(shí)后，水量達(dá)到穩(wěn)定，水位穩(wěn)定在17.5m（降深11m）不再下降，未能達(dá)到水位降至27m的設(shè)計(jì)要求?？梢?，該段落地下水補(bǔ)給量較大，滲透性較強(qiáng)。（4）馬鞍梁隧道進(jìn)口工區(qū)為單面上坡掘進(jìn)施工，洞內(nèi)有水需抽排至馬鞍梁進(jìn)口外。而目前馬鞍梁進(jìn)口段路基排水不暢，大量排水將浸泡正在施工的石家灣段路基，因此，洞內(nèi)出現(xiàn)大量抽排水的情況應(yīng)盡量避免。五、IDK743+440620段設(shè)計(jì)方案研究方案一：“地表井點(diǎn)降水+洞內(nèi)超前管棚”

10、的原施工圖設(shè)計(jì)方案存在以下問題：1、 現(xiàn)場(chǎng)施工在DK743+440左10m施工一眼降水井J1，井深28m，井徑300mm，靜水位6.5m，水泵流量60m3/h，揚(yáng)程35m，抽水3小時(shí)后，水量達(dá)到穩(wěn)定，水位穩(wěn)定在17.5m（降深11m）不再下降，未能達(dá)到水位降至27m的設(shè)計(jì)要求?？梢?，該段落地下水補(bǔ)給量較大，滲透性較強(qiáng)；2、馬鞍梁隧道進(jìn)口工區(qū)為單面上坡掘進(jìn)施工，洞內(nèi)有水需抽排至馬鞍梁進(jìn)口外。而目前馬鞍梁進(jìn)口段路基排水不暢，大量排水將浸泡正在施工的石家灣段路基，因此洞內(nèi)出現(xiàn)大量抽排水的情況應(yīng)盡量避免。方案二：“洞內(nèi)帷幕注漿堵水”方案存在以下問題：1、因洞內(nèi)施做帷幕注漿，無法采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑或CRD等

11、工法施工，加之IDK743+440+620淺埋段隧道洞頂距溝心埋深僅11m，施工中存在有地表水嚴(yán)重滲漏及地面塌陷的可能性，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。 2、洞內(nèi)帷幕注漿工藝要求高，注漿效果難以保證，施工周期長(zhǎng)，工期壓力大。綜上所述，針對(duì)馬鞍梁隧道下穿五龍溝段不同段落的地層及地形條件，采用地表注漿或洞內(nèi)帷幕注漿，注漿工藝成熟，在確保施工質(zhì)量和注漿效果前提下，可以注漿固結(jié)地層，有效降低隧道開挖風(fēng)險(xiǎn)，避免地下水進(jìn)入隧道進(jìn)而威脅進(jìn)口路基工程；同時(shí)，由于地表注漿在地表作業(yè)，無注漿加固盲區(qū)、注漿加固作業(yè)簡(jiǎn)單、質(zhì)量可控，可以與洞內(nèi)開挖施工同步作業(yè)，不占用循環(huán)作業(yè)時(shí)間，有效保障工期，因此本次開展了“地表袖閥管注漿”方案的研

12、究。1、注漿方案設(shè)計(jì)（1）分段措施綜合五龍溝溝谷場(chǎng)地地形條件、隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及袖閥管注漿的成本考慮，本次地表袖閥管注漿加固縱向范圍初步考慮IDK743+430+566共計(jì)136m，環(huán)向加固至隧道開挖斷面周邊5m，采用65mmPVC袖閥管。IDK743+566+620共計(jì)54m由于受到地表地形限制，結(jié)合地質(zhì)資料，考慮采用洞內(nèi)全斷面超前帷幕注漿施工方案。（2）配合注漿進(jìn)行地形平整IDK743+430522段位于五龍溝溝谷內(nèi)，地形平緩，地表高程10511061； IDK743+522+566段位于坡面前緣，地表高程10611069。根據(jù)地形條件初步考慮IDK743+430522段92m場(chǎng)地

13、平整后地面標(biāo)高為1051m，IDK743+522+566段44m場(chǎng)地平整后地面標(biāo)高為1060.5m。（3）分區(qū)段注漿為了有效控制注漿加固范圍和保證注漿效果，采取分區(qū)段注漿，縱向長(zhǎng)度不大于20m，以便于控域注漿。由于該地段施工范圍內(nèi)以圓礫土和礫砂為主，且地下水有流動(dòng)性，成孔困難，施工宜采用多功能鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)施工工藝垂直地面進(jìn)行鉆孔施工，通過鉆孔將袖閥管經(jīng)套管下入地層，然后退出套管進(jìn)行封孔注漿；漿液采用快硬硫鋁酸鹽單液漿為主，普通水泥水玻璃雙液漿為輔，采取靜壓注漿，分段注漿工藝，使?jié){液在壓力條件下，注入地層，降低地層的滲透能力，從而形成注漿截水帷幕，達(dá)到防滲堵漏和加固地層的目的。2、注漿材料考慮到

14、地層為含水層，為了有效地控制漿液的擴(kuò)散區(qū)域，保證注漿材料在地層中凝膠化性能，以及漿液凝膠后的時(shí)效性，注漿材料采用快硬硫鋁酸鹽水泥單液漿為主，普通水泥水玻璃雙液漿為輔，雙液漿漿液的凝膠時(shí)間控制在1040sec以內(nèi)，從而達(dá)到可控域注漿的目的。原材料：快硬硫鋁酸鹽水泥，P42.5普通硅酸鹽水泥，45-50Be'水玻璃（M=1.73.1）。材料配比：（1）硫鋁酸鹽單液漿：水灰比W:C=0.8:11:1； （2）水泥-水玻璃雙液漿：水灰比W:C=0.8:11:1；水泥水玻璃體積比C:S=1:1；水玻璃波美度：3338 Be'。3、機(jī)械設(shè)備、材料注漿施工所采用的機(jī)械設(shè)備、材料如表1所示。機(jī)

15、械設(shè)備、材料表 表1序號(hào)類別名 稱型 號(hào)單位數(shù)量備 注1機(jī)械多功能鉆機(jī)臺(tái)根據(jù)需要120mm套管鉆機(jī)2注漿泵臺(tái)3攪拌桶臺(tái)4儲(chǔ)漿桶個(gè)自制5材料膨潤(rùn)土t308封孔套殼料6普通水泥t3087PVC袖閥管65m66495含配件8注漿量硫鋁酸鹽水泥方21156.7圓礫土孔隙率取30%9普通水泥-水玻璃雙液漿P42.5#4、施工工藝注漿孔布設(shè)采用等邊三角形布孔模式，試驗(yàn)注漿設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。注漿加固布孔平面如圖2-2、圖2-3。設(shè)計(jì)參數(shù)表 表2序號(hào)參 數(shù) 名 稱參 數(shù) 值1漿液擴(kuò)散半徑0.8m2加固范圍縱向IDK743+440+556共116m3環(huán)向開挖輪廓線外5m4加固深度拱頂以上5m至仰拱以下5m5注漿孔

16、間距等邊三角形，間距1.2m6孔 深30-39m圖3 注漿孔布設(shè)平面圖（單位：cm）圖4 注漿孔布設(shè)斷面圖5、施工工藝（1）施工工藝流程圖5 袖閥管注漿施工工藝流程圖（2）鉆孔 采用測(cè)量?jī)x器、皮尺等工具按設(shè)計(jì)要求定出注漿孔孔位；采用多功能鉆機(jī)按標(biāo)出的孔位垂直于地面進(jìn)行鉆孔，鉆孔孔位水平偏差5cm，鉆孔垂直度誤差1/150；在鉆孔過程中，做好詳細(xì)的鉆孔記錄，對(duì)鉆孔進(jìn)行地質(zhì)描述，經(jīng)過同原設(shè)計(jì)地質(zhì)圖相比較，進(jìn)行變更和指導(dǎo)下一步的注漿作業(yè)施工；在鉆孔過程中應(yīng)做好詳細(xì)的鉆孔記錄，以利于注漿作業(yè)施工；鉆孔深度按設(shè)計(jì)施工。（3）安設(shè)袖閥管鉆孔完成后先退內(nèi)鉆桿，在袖閥管底部加下悶蓋，將注漿管沿套管下到孔底。邊

17、退出套管邊用粗砂回填，在孔底至距地面6m段采用粗砂填充，在孔口以下6m及孔口部位采用速凝水泥砂漿填充，以防止注漿時(shí)返漿。頂部加上悶蓋。NoYesNoYes鉆 孔補(bǔ) 注配制漿液結(jié)束注漿安設(shè)繡閥管注水試驗(yàn)注漿作業(yè)所有段達(dá)到要求注第二段漿第一段注漿達(dá)到要求 圖6 注漿工藝流程圖（4）漿液配制1）水泥漿的配制首先在攪拌機(jī)中加入水，啟動(dòng)攪拌機(jī)，根據(jù)計(jì)算，加入水泥，強(qiáng)力攪拌，混合均勻，待用。2）水玻璃的稀釋首先在拌漿桶中加入45-50Be濃水玻璃，然后加水稀釋，用玻美計(jì)測(cè)試濃度，進(jìn)行攪拌，當(dāng)達(dá)到規(guī)定濃度時(shí)，待用。（5）注漿參數(shù)注漿參數(shù)如表3所示。注漿參數(shù)表 表3參 數(shù) 名 稱參 數(shù) 值漿液擴(kuò)散半徑（m）0.8注漿終壓（Mpa）2.03.0MPa漿液凝膠時(shí)間（min-sec）20sec30min注漿速度（l/min）2030注漿分段長(zhǎng)（或稱注漿步距）（m）0.51.0單孔每米注漿量（L）406.9（6）注漿施工采用雙液注漿泵進(jìn)行注漿作業(yè)。注漿順序原則上采取由外到內(nèi)約束發(fā)散性方式，從而有效控制漿液擴(kuò)散區(qū)域，確保注漿后形成完整的注漿加固體。注漿方式采取后退式分段注漿工藝，即在注漿帶內(nèi)由孔底進(jìn)行注漿，每次注漿段長(zhǎng)0.5m，注完第一注漿段后，后退注漿芯管，進(jìn)行第二注漿段的注漿，以此下去，直至完成注漿帶。注漿過程中應(yīng)做好