富水卵石土地層陡坡斜井修建關鍵控制技術

陳凌

摘 要：本文通過對新建張唐鐵路燕山隧道4號斜井在富水卵石土段軟巖開挖過程中結合現場的投入資源情況與揭露地層的具體特點，在對不斷對開挖方法、支護措施及后續輔助控制加固措施等的持續改進，有效的控制了在此類地層中隧道施工的坍塌、下沉等風險的出現，保證了隧道施工的安全快速推進。

關鍵詞：卵石土斜井 工法 支護

我國幅員遼闊，山區眾多，地質條件復雜，在修建隧道工程中，經常碰見各類復雜的地質情況。在軟巖地段隧道塌方、下沉等不僅威脅著開挖的安全，還對后續的使用及結構安全產生威脅，所以在施工過程中合理的開挖、加固控制措施的選擇，顯的尤為重要。

1.工程概況

1. 1工程簡介

燕山隧道是張唐鐵路最長的重點控制性工程。為雙洞單線隧道，該隧道左線改DK52+953至改DK74+106，全長21153m；右線改DK52+960至改DK74+114，全長21154m。該隧道西起自李家堡村東附近的黃土坡上，向東經周家窯后穿越轎頂山剝蝕中山區、西水泉村北、李家窯村南、龍關鎮南、止于八里莊村東南隧道；洞身主要穿越晚太古界水地莊巖組片麻巖、變粒巖及花崗片麻巖，上侏羅統張家口組凝灰巖、安山巖，長城系常州溝組石英砂巖，燕山期二長花崗巖，燕山期正長斑巖、石英正長斑巖。燕山隧道設置斜井7座。其中4號斜井長1465m，最大坡度10.2%，綜合坡度9.2%，高差143.6m。

1.2工程地質概況

4號斜井井身Ⅴ級圍巖占井身長度77.7%，Ⅳ級圍巖占井身長度的22.3%，斜井涌水情況見表1。

斜井井身4斜14+65～4斜8+68段長度597m均處于富水、淺埋的粗圓礫土、卵石土等軟弱圍巖中，圍巖穩定性較差。

1.3設計支護情況

斜井為無軌雙車道臨時斜井，采用噴錨支護的方法作為加固措施，井身在粗圓礫土、卵石土段均為Ⅴ級圍巖，開挖采用上、下臺階法進行，具體支護參數見表2。

2.施工出現情況

斜井自2010年12月18日進洞施工，揭露圍巖為粗圓礫土、卵石土，其中卵石的粒徑為10cm～30cm，地下涌水以線狀、股狀出水為主。

超前支護采用長度為3.5m的φ42小導管，拱部130°范圍環向間距為40cm設置，要求每環搭接長度不小于1m，間隔1榀拱架施工1環超前支護，但因卵石土段內卵石含量較多，鉆孔不能順利完成，每循環小導管施工中打入長度及數量不足，且部分多次調整鉆孔位置，多次鉆孔沖擊造成了拱部圍巖松動嚴重，開挖后掉塊嚴重，多個循環拱部掉塊深度為60cm～80cm左右，嚴重部位達到1.5m。

此外因滲水較嚴重，造成了上臺階掌子面圍巖不穩，經常出現滑塌，開挖后因機械擾動及滲水的浸泡，承載力下降，造成機械不能正常作業，初期支護沉降速率快，累計沉降大，威脅施工安全。

3.施工中采取相應措施

3. 1開挖工法的調整

通過現場查看圍巖穩定性狀況和現場設備適應狀況的分析，將二臺階調整為三臺階開挖，同時上臺階開挖過程中預留核心土，各級臺階長度控制在5m左右，提高掌子面的圍巖穩定性，具體調整見圖1。

此外因上臺階的一次開挖方量減小及減除了人工搭建簡易作業臺架的時間，上臺階開挖結束后即可進行上臺階立拱支護作業，與中、下臺階開挖形成平行作業，每循環上臺階支護封閉時間提前1.5h～2.0h，通過“早支護，快封閉”，減少了圍巖暴露時間和坍塌風險。

3.2支護參數的調整

通過對現場圍巖構成情況和拱部坍塌發生調查分析，其原因如下：①超前小導管施工中成功的概率相當低，未能起到相應支護作用；②小導管環向間距過大，因鉆孔引起圍巖松動，開挖后松動的卵石不斷從小導管間掉出，最終造成拱部坍塌嚴重；③拱架間距過大，因73%的超前小導管實際施工深度在1.3m～1.6m，而拱架的間距為1.2m，掌子面圍巖稍有不穩，出現坍塌后超前小導管前端掉落，引起整個超前支護失效；④圍巖開挖后較松軟，承載不足，同時拱架鎖腳錨管的加固不足，造成開挖后的拱架沉降量較大。

針對以上情況，對支護參數進行了如下調整：①拱架采用Ⅰ18型鋼，間距由1.2m調整為1.0m；②超前小導管長度由3.5m調整為3.0m，環向間距由0.4m調整為0.2m，每榀拱架均施工；③每榀拱架連接處增加3組6根長度為3m的φ42鎖腳導管，并通過“U”卡與鋼架焊接牢固。

3.3其他輔助措施

3.3.1底部換填

為及時有效的提高隧道底部開挖后的承載力，在加強隧道滲水抽排的同時，在下臺階拱架安裝前采用隧道開挖的洞碴對隧道底部2m范圍內進行換填，保證底部的承載滿足需要拱架受力及施工機械行走需求。

3.3.2底板施工

為提高底板的施工質量，后期底板與掌子面間距控制在30m以內，且在底板施工過程中增加網格尺寸為25cm×25cm的φ16鋼筋網，同時在分幅施工過程中橫向預留長度0.6m的鋼筋作為橫向連接使用，保證初期支護與底板快速封閉成環。

3.3.3涌水截排措施

為有效解決滲水的影響，在已施工底板段按照間隔20m設置1道尺寸為10cm（寬）×15cm（深）的橫向截水槽，將后方滲漏水截流至斜井邊溝。同時因斜井坡度較大，為減少底部水流入掌子面，間隔60m設置1道1.2m（寬）×1.5（深）的截水溝，減少底部滲水。同時針對滲水中泥沙含量高，一般污水泵極易磨損且被堵塞，后改用渣漿泵進行抽水，降低了故障，提高了排水效率。

3.3.4徑向注漿

為進一步提高初期支護結構的安全性及控制后方滲水對開挖的影響，對底板完成封閉段采用全環徑向注漿止水加固措施，提高結構的安全性。

注漿孔按漿液擴散半徑2m布設，梅花型布置，每環設13孔，孔口環向間距約200cm，孔底環向間距約300cm，縱向間距260cm。注漿孔采用風機鉆開孔，孔徑為50mm，孔深200cm。孔口管采用φ42mm，壁厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長1m，孔口管應埋設牢固，并有良好的止漿措施。

4.結語

（1）開挖工法是隧道施工中控制安全的第一要素。施工中要結合現場的圍巖實際狀況，采用滿足要求的相應工法，同時要不斷總結，適當的調整能有效的提高施工安全性。

（2）此類圍巖的施工控制，并不是通過某一項措施就能達到一勞永逸，需根據實際情況采用多種措施相輔相成，以“事前加固，過程控制，過后補強”的綜合措施為主。

（3）在斜井施工中涌水對隧道施工影響較大，特別是此類圍巖狀況下，為確保施工安全、進度更要采取有效措施在保證抽排、減少涌水量上進行有效控制。

參考文獻：

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