興旺峁隧道3#斜井優化方案

李 猛

中鐵二十二局集團第一工程有限公司，北京 100040

1 工程概況

1.1 地理位置

興旺峁隧道處于太原至中衛（銀川）鐵路綏德至靖邊段SJS-V合同段，位于陜西省橫山縣和靖邊縣境內，進口位于橫山縣雙城鄉西1km位置，出口位于靖邊縣高家溝鄉鮑渠村，興旺峁隧道是全線的重點控制工程之一，其中3＃斜井位于橫山縣境內。

1.2 地質條件

1.2.1 地質條件

興旺峁隧道所屬區域為黃土梁峁溝壑區，地勢呈西北高，東南低，海拔高程為700m～1200m，地形起伏較大，最大高差約為375.35m。山體上覆新老黃土、粉質黏土及中砂，下伏基巖。沖溝發育，溝壁見基巖出露。

1.2.2 地層巖性及地質構造

隧道區域為第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl），第四系上更新統風積層（Q3eol），第四系中更新統風積層（Q2eol）、上第三系（N2）粉質黏土、白堊系（K1）砂巖、侏羅系（J2）砂巖、泥巖。沿線所在區域的大地構造部位屬鄂爾多斯臺拗之陜北臺凹。區內巖層產狀平緩，傾向西、西北，傾角5°～10°，區域地質構造簡單，未見褶皺及斷層現象，屬穩定區域。

1.2.3 水文地質

沿線較大河流主要是螞蟻河，為季節性河流，平時水量不大，雨季河水暴漲，具有典型的雨洪特征，流量、水位與降水量成正比，動態極不穩定。地表水對普通混凝土一般不具侵蝕性。

本線路經過區地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于溝谷或山坡、山梁上新黃土和老黃土與下部上第三系粉質黏土的接觸面，水量受季節影響較大，雨季水量較大，干旱季節無水或水量較小，隧道洞身出口附近第四系松散堆積物中雨季有少量水，干旱季節無水。基巖裂隙水主要賦存于砂巖、泥巖中，隧道區強風化基巖裂隙發育，巖體存在不均勻風化現象，由于降水入滲，容易在表層風化帶內形成囊狀富水帶，局部水量較大；弱風化基巖裂隙較發育，巖體內含少量水。

1.2.4 工程地質

隧道通過區表層新黃土具濕陷性，濕陷系數δs=0.016～0.033，為非自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅰ（輕微）。

隧道3#斜井段上覆新黃土、第三系粉質黏土，新黃土具濕陷性；下伏白堊系砂巖，強風化，呈砂夾碎塊狀。隧道通過基巖為砂泥巖，產狀平緩，層理及節理較發育，受地下水的影響較大，易產生冒頂塌落現象。

2 3#斜井原設計與優化后方案對比

2.1 參數對比

3#斜井原設計平面長度1145m，斜井井身長為1146.99m，平均縱坡為5.9%，井身傾角3.35°，位于主洞右側，與主洞呈50°夾角相交于DK356+720處，出口高程為1318.75m。斜井出口位于沖溝溝底，距橫山縣雙城鄉約12km；出口處溝壑縱橫，兩邊山坡陡峭，場地狹窄。支護后斷面寬度為5.6m，高度為7.13m。

3#斜井優化后平面長度642m，斜井井身長為644.285m，平均縱坡為8.445%，井身傾角4.818°，位于主洞左段，與主洞呈28.95°夾角相交于DK356+430處，出口高程為1304m。斜井出口位于沖溝溝底，距靖邊縣高家溝鄉肖家畔村2km；出口位置溝壑縱橫，但有幾處地勢平坦位置可供臨建之用。支護后斷面寬度為6.6m，高度為7.13m。

優化前后3#斜井平面參數見表1。

表1 興旺峁隧道3＃斜井平面參數

從表1中可以清楚的看出，優化后斜井的總長度減少了500m，這表示出優化后斜井施工最少可以提前4個月達到正洞的施工條件，為減輕進度壓力做出較大貢獻。優化前后3#斜井斷面參數見圖1。

圖1

2.2 展開施工情況對比

2.2.1 場地布置及便道引入情況

原設計3#斜井洞口位于沖溝溝底，溝底河床寬10m，其余為坡度大于70°的黃土坡體，至坡頂高差最低為103m，洞口周圍及溝底很難選擇一處安全的位置作為生產及生活場地，場地布置只能在坡頂選擇，而坡頂至洞口位置的便道通過各級領導的一致認同是無法選擇一條簡短而快速達到通車條件的線路。只能選擇從雙城鄉經隧道進口、1#、2#斜井位置延沖溝一側引入，從2#斜井至3#斜井需新建3.5km的施工便道，此便道新建長度達9km，地勢險要，修成后路況較差，這勢必會對將來材料的運輸及整個項目的統一管理造成影響。

優化后3#斜井洞口位置位于靖邊縣高家溝鄉肖家畔村南2Km位置，洞口有幾處較平坦的耕地可以展開生產及生活設施的建設之用，施工便道可從肖家畔村已有道路引入，且可以通過原青銀高速公路施工便道與隧道出口形成統一的道路網，路況較好，可以很快的達到通車條件，使材料及設備運至施工現場展開施工，更有利于斜井與出口的相互協調，保證整個施工生產的順利進行。這也降低了前期施工、材料運輸及便道養護的成本。

2.2.2 生產用水

原設計位置溝底有少量畜水，可供臨建之用，但不能保證在機井完成（開工后兩個月）前的生產用水，會影響到斜井施工的順利開展。

優化后洞口位置距青銀高速公路只有500m，該路段有一座大橋，橋下設有攔水壩，畜水量較大，事實證明，因機井投入正常使用時間較晚，此畜水提供了斜井2個多月的施工用水，保證了施工生產的順利進行。節省了2個多月時間生產用水的運輸費用。

2.2.3 穿越特殊地質地段情況

優化后斜井在施工至3斜3+20里程時底部（高程為1275.884）出現細砂層，在施工至3斜2+31里程（高程為1268.165）時砂層出現地下水，形成流砂，給施工增加了較大的難度，施工至3斜1+45里程（拱頂高程為1260.700）砂層消失，穿越砂層斜井長度為175m，在這段砂層及含水砂層的施工中，施工速度明顯下降，只能保證在65m/月，造成工期的嚴重滯后。

按優化后斜井砂層高程推算原設計斜井穿越砂層情況示意圖

圖2 優化后斜井穿越砂層情況示意圖

按優化后斜井砂層出現及消失的高程推算原設計斜井位置穿越砂層的施工里程為3斜4+00.4～3斜1+42.6，地下水將在3斜2+81.8里程出現，隧道穿越砂層總長度為257.8m，比優化后斜井位置穿越砂層長度增加82.8m，如果按原設計施工，那就意味著在長度增加500m的基礎上又增加了83m的含水砂層段，整個斜井施工工期將增加5個多月，就造成工期壓力凸顯。優化后斜井及原設計斜井穿越砂層示意圖如圖2。

2.2.3 施工中配套機械使用

原設計支護后斷面寬度×高度=5.6m×7.13m，每200m設置錯車平臺，WA402小松裝載機尺寸（長×寬×高）9545mm×3445mm×3980mm，A25沃爾沃自卸汽車（長×寬×高）9675mm×2805mm×3500mm，優化后斷面寬度×高度=6.6m×7.13m。

原設計采用裝載機來回退到錯車平臺處裝碴，機械使用率嚴重下降，出碴時間長，機械費用高，優化后可直接平行作業，雖然增加了開挖方量，但提高了機械利用效率和加快了施工進度，從工期及成本考慮，都是大大有益的。

3 實際施工中出現的問題

3.1 場地布置及施工便道

場地布置時沒有考慮到氣候及地貌特征，優化后斜井洞口位置附近雖然有幾處平坦地勢可供生產及生活設施建設之用，但位置較低，且多背靠黃土山體，雨后山體易發生滑坡現象，07年夏季曾發生過多起滑坡事故，造成施工中斷及財產損失，攪拌站基礎位置雨后常被水淹，造成基礎下沉墻體開裂存在極大的安全隱患。

從肖家畔村引入施工便道線路存在問題，主要表現在坡頂至坡底段線路的選擇，直線距離較短，高差較大，展線困難，雖然選擇了延一側坡體Z字形展線降坡，但仍存在坡陡彎急的現象，在便道修建至第一個Z字轉彎時山體出現砂層，幸虧砂層只有5m高，底部就出現了比較堅硬的老黃土層，否則此條便道將無法完成。

3.2 含水砂層段施工

由于對砂層段沒有施工經驗，特別是當砂層含水后沒有找到切實可行的施工辦法，無法安全而快速的展開施工，設計院因避讓砂層而進行線路標高的調整，造成停工25天，這些原因都造成了工期的嚴重滯后。

4 結論

通過對斜井的優化，減少了近500m的斜井開挖距離，提高了機械利用率，加快了施工進度，簡化了場地布置及施工便道的修建，實現了快速施工的條件，減少了臨建、便道養護及材料運輸費用，雖因地質及設計原因而使實際工期沒有按預期的完成，但也達到了工期及成本優化的目的，直接減少成本800萬元以上。