富水粉细砂地层隧道施工技术论文

1工程概况

胡麻岭隧道地表水较发育，下穿水库及河流段，且穿越富水粉细砂山体地段，又处在地震连发带，库水补给岩体裂隙。地下水以孔隙水为主，粉细砂地层段含水偏高或地下水相对富集，以大气降水渗入和岩体容积储量水为主要补给来源。雨季洞内日出水量骤增，单口日涌水量达700～1500m3。洞身设计预测正常涌水量为1429m3/d，最大涌水量为4287m3/d。

2第三系富水粉细砂地层施工概况

2.1第三系富水粉细砂地层围岩特性

根据隧道施工揭示的情况，结合补充地质勘察工作，经综合分析，第三系富水粉细砂地层围岩具有以下工程特性：

①围岩大部分为泥质弱胶结、局部夹有钙质胶结的薄层、成岩性极差、围岩固结不均匀、结构较紧密、渗透系数小、地下水位高，含水率4.3～19.5%。

②钻孔揭示圆砾土中未见地下水，下部粉细砂岩地层中（地表补勘水位在隧道拱顶上40m）有地下水，说明地下水以孔隙水为主，且分布具有不均匀性。

③粉细砂岩的成分组成、胶结及含水情况具有不均一性。开挖后受水浸泡及外部条件的影响，稳定性随时间延续显著变差。

2.2隧道施工过程中出现的现象

①掌子面、拱腰渗水。渗水浸泡导致围岩软化，核心土崩塌。在开挖时围岩层层剥离，导管上方及拱脚背后脱空，造成上断面沉降变形、拱架接腿和下段面无法施工。

②地下水位高。受水压作用，底板涌水呈喷射状；拱脚、基底浸泡成淤泥，机械无法施工。开挖下台阶经常出现突然沉降，沉降量最大1205mm，平均630mm；开挖底板时突然收敛，收敛值最大360mm，平均170mm。

③经常遇见水囊。开挖后受重力和水压的作用水囊突然涌出，形成突水涌砂，造成掌子面及拱墙后方初期支护脱空，围岩松动圈加大，支护突然变形或塌方。

④底板封闭和二衬实施后，还有整体沉降现象。

3富水粉细砂隧道斜井围岩开挖工法与设计参数

3.1围岩开挖工法

3#斜井采用三台阶中隔壁+临时仰拱法施工。

3.2设计参数

①开挖。机械配合人工开挖，断面宽6.327m，高8.386m。

②超前支护。拱部150°范围，Φ42mm超前小导管（4m）注双液浆，纵向间距2.6m/环，环向间距0.3m。

③预留变形量，15cm。

④初期支护。

1）钢拱架。全环设I20b钢拱架，间距0.5m/榀，纵向设［25槽钢托梁，钢架底部设35×25×15cm混凝土垫块；纵向连接采用双层准22螺纹钢筋，Z字形连接；Φ8单层钢筋网，间距20×20cm。

2）拱墙。喷射27cm厚的C30超早强混凝土；采用准42小导管（长1.0m，环×纵间距1.0×1.0m）径向回填注水泥浆。

3）锁脚锚管。16根Φ42钢管，长度4m。

4）掌子面临时封闭。喷射5cm厚C25混凝土。

5）拱墙及仰拱。仰拱开挖设准42密排钢管（2.5m）排桩，纵向间距3m/排；设竖向临时支撑，采用2根I20b型钢（2m）对焊，横向设置I20b型钢横撑，间距1.0m；C30混凝土。仰拱基底施做25cmC20混凝土，30cmC25混凝土干拌料垫层。

⑤二次衬砌。采用C30钢筋混凝土模筑衬砌结构；每段衬砌长5m，衬砌间隔5m。

4富水粉细砂地层隧道斜井洞内降水方案设计及施工

3#斜井采用真空轻型井点降水+负压真空管井降水+集水坑抽排水。洞内综合降水方案如下：

①掌子面。水平真空降水，上台阶下返50cm，布设角度与斜井纵坡一致的3根4m长直径Φ75mmPPR管真空井点降水管，再接入真空自吸泵。

②台阶及拱脚。真空井点降水，在上、中台阶两侧各布置3排直径Φ32mmPPR管，外插角60°，间距0.75m，降水管深4m；底部两侧设两根降水管，外插角30°，长度5m。井点管集中与Φ75mmPPR管主管道连接，再接入7.5KW真空自吸泵。

③深管井真空降水。隧道两侧纵向交叉布置，单侧间距10m，井深15m，井管直径Φ350mm，井管内设潜水泵，井口封闭接真空泵。

④集水坑抽排水。

4.1真空轻型井点降水

①真空轻型井点降水。真空轻型井点降水由往复式真空泵、离心式水泵、水气分离器等组成。根据降水部位不同又分为台阶侧壁竖向降水和掌子面水平降水。

②真空轻型井点降水材料、设备及连接说明。

1）真空井点降水系统由井点管（管下端有滤管）、连接管、集水总管和抽水设备等组成。抽水泵采用自吸泵ZGD型，吸程9m，可带3～5根降水管。

2）真空泵采用Y型，扬程25m，可带5～10根降水管。

3）支管采用Φ32mmPPR管，主管采用Φ75mmPPR管；插入土层的井点降水管包双层100目滤网。井点降水管与主管连接，主管接入真空泵。支管和主管之间采用Φ32mm透明钢丝软管连接，并在连接部位设阀门，控制井管降水；主管和真空泵连接采用Φ75mm透明钢丝软管连接；降水过程中，真空负压控制在-0.06MPa以下。

③真空轻型井点降水管的埋设。

1）降水管下端1m钻Ф10mm梅花形孔，孔间距5cm。外包双层100目过滤网，缠8号铁丝，间距20mm。

2）降水孔采用YT28钻机钻孔

3）降水管与孔壁间用洁净中粗砂填灌密实均匀，孔口处用锚固剂封堵。

④轻型井点降水的使用。

1）使用前进行试抽水，确认无漏水、漏气等异常现象后再正常使用。

2）降水设备配备双电源，以防断电影响降水效果。

3）抽水过程中定时观测出水量及真空泵压力，出现异常及时检修。

4.2真空负压管井降水

4.2.1真空负压降水管井设计

降水管井深15m，布设于斜井两侧边墙部位，单侧间距10m，两侧梅花形布设。降水井成孔直径60cm，井径35cm，井管采用螺旋焊管钢管，滤水管为圆孔式滤水管，滤料采用粗砂，封孔材料采用粘性土，封孔深度4m。

4.2.2真空负压降水管井施工

①降水管井成井。采用正循环工程钻机钻进，泥浆护壁成孔。

②深管井降水运行。

1）抽水方法：采用真空负压、井内潜水泵抽水的方法降低隧道底部水位。每座管井用一台潜水泵，一台真空泵带两座降水管井；选用潜水泵的抽水量要大于单座管井的最大出水量，真空管路的真空度大于-0.06MPa，潜水泵和真空泵同时开启，要求开挖前的真空抽水时间不能少于2天。

2）降水运行：管井降水井施工完一座井即投入运行一座，以及时降低地下水位，确保隧道底部开挖的正常施工。4.3集水坑抽排水集水坑设置在基底部位，主要汇集掌子面及已施做支护地段斜井渗水，作为斜井轻型井点降水的辅助措施。为尽量减少掌子面渗出的水流对边墙的影响，集水坑设置在距离斜井边墙不小于1m处，集水坑采用4mm厚钢板焊接而成，尺寸为：1.0×0.8×1.2m（长×宽×深），施工时设置井盖。仰拱施做前先行设置好集水坑，确保基底渗水能顺畅流入集水坑。集水坑的水用污水泵抽排至集水箱再由分级泵站排至洞外。

5结束语

在富水粉细砂地质条件下施工隧道，采用洞内综合降水措施能有效改善围岩含水率，增强围岩的稳固性，使作业面达到无水或少量渗水的状况，从而满足隧道施工要求。该工艺为类似地质的地下工程施工提供经验参考，具有极高的可借鉴性。

作者:舒丽红单位:西安铁路职业技术学院