六盤山隧道穿越富水大涌水洞段安全速施工技術探討

1、<p>　　六盤山隧道穿越富水大涌水洞段安全速施工技術探討</p><p>　　摘 要：全長16687m的在建天平鐵路六盤山隧道為全線第一特長隧道，隧道在DIK85+120～DIK85+295段垂直通過該斷層，且在隧道上方地表有一條前河，埋深約80m，在DIK84+930附近前河穿越隧道正上方，在DIK85+160附近河流距線路中線約250m，在斷層線上距離線路430m左右的部位水系發(fā)達，地表巖性為砂巖

2、夾礫巖。論文在分析隧道穿越該段施工涌水基礎上，提出了并采取了“以抽排為主，小導管四周封堵，強化支護”的綜合方案，經濟、安全通過了該富水洞段，確保了隧道的施工安全，取得了良好的效果。 </p><p>　　關鍵詞：隧道工程；富水大涌水地段；防治措施；施工技術 </p><p>　　中圖分類號：U45 文獻標識碼： A </p><p><b>　　1工程概況

3、 </b></p><p>　　新建天平鐵路六盤山隧道位于甘肅省平涼市華亭縣六盤山山脈，隧道起訖里程DIK83+498～DIK100+217，全長16719m，為全線最長的小斷面越嶺隧道。隧道進口位于華亭縣麻庵鄉(xiāng)三角城左側河谷內，出口位于華亭縣西華鎮(zhèn)青林村。隧道全部段落均為下坡，坡率分別為5‰/2752m、6‰/400m、13‰/13550m、0‰/17m。進口端574m為蓮花臺車站雙線隧道。根據(jù)區(qū)域

4、地質資料及現(xiàn)場調查顯示，隧道通過二條區(qū)域性大斷裂和一條次級斷層，二處不整合接觸節(jié)理密集帶等。 </p><p>　　六盤山隧道洞身經過地區(qū)受地貌單元、地層巖性、地質構造等因素的控制與影響，地下水賦存條件各不相同，水文地質情況比較復雜，地下水分布類型為巖溶裂隙潛水、承壓水及構造基巖裂隙潛水。隧道涌水量預測：DIK83+498～DIK86+750段為中等富水區(qū)，預測單位正常涌水量5753m3/d，最大涌水量17259

5、 m3/d。DIK86+750～DIK91+050段為弱富水區(qū)，預測單位正常涌水量3440 m3/d，最大涌水量10320 m3/d。其中，DIK91+050～DIK93+700段為中等富水區(qū)，預測單位正常涌水量3816 m3/d，最大涌水量19080 m3/d。DIK93+700～DIK95+700段為弱富水區(qū)，預測單位正常涌水量480 m3/d，最大涌水量960 m3/d。DIK95+700～DIK100+185段為弱富水區(qū)，預測單

6、位正常涌水量2085 m3/d，最大涌水量4170 m3/d。進口斜井位于中等富水區(qū)，順坡排水長度203m，預測單位正常涌水量1729 m3/d，最大涌水量5190 m3/d。趙家山斜井工區(qū)弱富水區(qū)，預測單位正常涌水量931 m3/d，最大涌水量2792 m3</p><p>　　2. 隧道穿越用水地段施工技術 </p><p>　　2.1 隧道突涌水情況 </p><

7、p>　　2011年7月10日凌晨3：00分，六盤山隧道進口進行DIK85+149掌子面鉆孔作業(yè)，在施工過程中拱頂一直有較大涌水，且拱頂局部存在小坍塌；至8月1日，在掌子面施工至DIK85+163時，拱頂右側突然出現(xiàn)較大涌水，估計1天涌水量達5500m3。在1臺75KW 、7臺7.5kw水泵抽水下，洞內依然存在較大積水。為之，結合六盤山隧道進口出水情況，研究其突涌水的治理技術。 </p><p>　　2.2

8、隧道涌水治理總體思路 </p><p>　　根據(jù)設計地質資料，六盤山隧道進口工區(qū)DIK83+500～DIK92+150地層為一套紅色碎屑巖建造，巖性主要以紅色砂巖為主，局部為砂巖夾礫巖。莊浪至固關F4段層調查及物探測試，推斷隧道在DIK85+120～DIK85+295段垂直通過該斷層，斷層走向為N80°W，傾向南，傾角約40°～50°，斷層帶寬度175m。目前掌子面開挖為頂部為泥巖夾

9、礫巖（約拱頂以上2m到拱頂以下3m，層厚約5m），下部為砂巖夾礫巖。 </p><p>　　由于F4段層為上盤下降下盤上升的正導水斷層，且地質主要為砂巖夾礫巖，巖層節(jié)理發(fā)育，地表水系發(fā)育，泉眼多有出露。且在隧道上方地表有一條前河，埋深約80m，在DIK84+930附近前河穿越隧道正上方，在DIK85+160附近河流距線路中線約250m，在斷層線上距離線路430m左右的部位水系發(fā)達，地表巖性為砂巖夾礫巖。在掌子面開

10、挖至DIK85+140時，開始出現(xiàn)涌水，隨著向平涼方向開挖水量越來越大。進口涌水一部分為基巖裂隙水一部分為地上河補給水。 </p><p>　　基于F4斷層富水的認識，擬采取以抽排為主，小導管四周封堵，強化支護的綜合方案。具體方案為： </p><p>　?。?）加大抽排量，盡快出露作業(yè)面；在作業(yè)面具備條件下，在右側距目前掌子面30m處施作集水坑，設抽水泵站。 </p>&l

11、t;p>　?。?）集水坑正常工作后，在所有滲漏水地段周邊進行小導管水泥-水玻璃雙液注漿封堵施工；其后遵循“弱爆破、短進尺、強支護、快封閉”原則，按V級圍巖進行施工，鑒于拱頂泥巖在水的作用下不斷坍落，采用超前小導管，并注水泥-水玻璃雙液漿。 </p><p>　　由于趙家山斜井工區(qū)天水方向也出現(xiàn)較大的滲漏水，考慮到掌子面前方洞段仍會有大量滲水或涌水，本治水方案要綜合考慮，抽排水設備及能力要滿足斜井及正洞的滲、

12、涌水要求，即要有足夠的抽排水富余量。地表補給的河流水的防治。 </p><p>　　抽排水需配備多臺大功率水泵，進入正洞后，砼施工需采用砼輸送泵，用電量增加，因此洞內需綜合考慮洞內各種電氣設備的用電量，并有富余。 </p><p>　　2.3隧道涌水治理技術 </p><p>　　2.3.1 泵站（集水坑）設計 </p><p>　　泵站（集

13、水坑）設在距目前掌子面50米處右側，泵站設置要考慮2臺75KW水泵放置的空間，沿線路方向長5.5m，垂直線路方向寬8m，高4.5m；其中，近中線側2m寬不深挖，與水溝底持平，作為置放水泵用；內側6m寬度范圍為集水坑，坑深2m，坑底采用2cm厚M7.5砂漿抹面, 集水坑蓄水量約70m3。泵站洞室開挖后，洞壁施作2.5m長Φ22砂漿錨桿，采用Ⅰ12工字鋼鋼架支撐，間距80cm，鋼架間采用Φ22鋼筋縱向連接，噴射20cm厚C25砼封閉巖面，內

14、壁錨桿掛網(wǎng)并噴砼，以保證安全。水泵底座設計如下，水泵底座平臺采用4根Ⅰ12工字鋼等距排架,寬度1.2m，橫向采用8mm厚鋼板連接,并與水泵底座連接在一起。工字鋼排架設4根［16槽鋼立柱支腿，立柱埋于斜井隧底圍巖內，并填塞錨固劑或砂漿固結。泵站設2臺75KW水泵，1臺55KW水泵（應急備用），2.2～7.5KW水泵7臺；由2臺7.5KW小功率水泵抽水至集水坑，再由大功率水泵將水抽排至洞外。另外的小泵直接排至洞外。抽水管采用Φ200鋼管，鋼

15、管自水泵接出，設彎管繞過泵站洞室曲壁段，貼壁上下布置，共2根，接至洞外排水溝，小水泵采用Φ100軟管直接將水抽排</p><p>　　2.3.2 變電室設計 </p><p>　　由于仰拱、邊墻及二襯砼等施工需用砼輸送泵等電氣設備，用電量增加，平涼方向為下坡，如果滲、涌水量較大，需抽排水，因此排水需單獨增加一臺變壓器。集水泵站配備500KVA變壓器一臺，500KVA配電柜一個，500KVA

16、無功補償柜一個，蒸汽斷路器一個。高壓電纜采用502BLV，電纜長度根據(jù)實際需要確定，布設在目前的低壓線上方，與低壓線距1米，采用絕緣材料固定在墻壁上，并設警示標志。在線路右側開挖小洞室作為配電室，即其與泵站設在同側，距泵站20～30米。配電室沿斜井軸向長4米，垂直斜井軸向寬3.5米，高2.5米。洞室開挖后施作錨桿掛網(wǎng)噴砼5cm封閉巖面。配電室安裝雙開門，上鎖，由專業(yè)電工管理。 </p><p><b>

17、　　2.4 施工方案 </b></p><p>　　2.4.1 隧道掘進施工技術 </p><p>　　在施工中為了保證安全，采用短臺階法開挖，短臺階法施工將斷面分為三個臺階。每個臺階長度定為2m，為了保證開挖輪廓圓順、準確，維護圍巖自身承載能力，減少對圍巖的擾動，拱部及邊墻采用光面爆破。所有的開挖均采用自制的鉆爆臺架、YT28風動鑿巖機鉆孔。根據(jù)斷面尺寸，第一臺階開挖高度定為

18、3.75m，第二臺階高度定為4m，自內軌頂面至仰拱底為第三臺階，高度為2.4m。當?shù)谝慌_階開挖進尺達到2m時，同時開挖第一和第二臺階，當?shù)诙_階與第三臺階拉開2m時，第三臺階分左右錯開開挖，錯開距離不小于2m。 </p><p>　　為控制超欠挖及減少對圍巖的擾動，拱部弧形及邊墻周邊均采用光面爆破，在開挖過程中嚴格控制周邊眼間距和裝藥量，開挖進尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定性確定為2榀型鋼拱架的間距，即0.5m，邊墻按型鋼拱架的

19、加工單元分三個臺階施工，每個臺階相距2m，左右邊墻錯開2m。在破碎松散巖體中施作超前鉆孔，打入小導管，并壓注具有膠凝性質的漿液，漿液在注漿壓力的作用下呈脈狀快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的空氣、水分排出，使松散破碎體膠結、膠化，形成具有一定強度和抗?jié)B阻水能力的以漿膠為骨架的固結體，從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性和穩(wěn)定性;使超前小導管與固結體形成一個具有一定強度的殼體，在殼體的保護下進行開挖支護施工。 </p><p&

20、gt;　　采用4m/根的φ42mm鋼管，小導管布設在拱部，外插角5°～10°，環(huán)向間距40cm，縱向環(huán)距不大于3m，即每施作一排小導管，開挖支護2.5～3m；壓注水泥－水玻璃雙液漿，采用425#普通硅酸鹽水泥，在漿液中摻水泥用量 3～5%的水玻璃，以縮短漿液的膠化固結時間，控制漿液的擴散范圍。 </p><p>　　2.4.2 錨噴初期支護 </p><p>　　初期支

21、護參數(shù)，起拱線以上系統(tǒng)錨桿采用3m/根的φ25型帶排氣裝置的中空注漿錨桿，邊墻采用φ22全長粘結式全螺紋砂漿錨桿，縱、環(huán)向間距均為100cm，梅花型布置；拱墻設型鋼拱架，間距80cm，型鋼拱架每側拱腳設兩根3m/根的φ42鎖腳錨管；掛φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為20cm×20cm，噴射混凝土厚 25cm。噴混凝土采用混凝土噴射機，壓力為0.2～0.4MPa。水泥及細骨料：采用425普通硅酸鹽水泥；砂選用顆粒堅硬、干凈的中、粗砂，符合

22、國家二級篩分標準，細度模數(shù)大于2.5，含水率控制在5-7%。碎石選用堅硬耐久、最大粒徑不大于15mm的碎石粗骨料。水灰比過大、過小都會使混凝土回彈量增加，浪費大量的材料；因此水灰比經現(xiàn)場試驗確定。開挖后，為縮短圍巖暴露時間，防止圍巖進一步風化，先初噴3～5cm厚混凝土封閉圍巖；待型鋼拱架及鋼筋網(wǎng)安設好后，再噴混凝土10～12cm。最后在下一循環(huán)噴射混凝土時分兩次噴至設計厚度。在初噴混凝土封閉圍巖后，按設計布設錨桿和注漿，錨桿孔位誤差控制

23、在規(guī)定的誤差范圍之內。型鋼拱架按設計要求分節(jié)加工成型，型鋼拱架節(jié)間通過15mm鋼板螺栓聯(lián)接。 </p><p>　　2.4.3 地表加固止水 </p><p>　　由于本區(qū)域內區(qū)間隧道圍巖受地質條件影響，地質主要為砂巖夾礫巖，巖層節(jié)理發(fā)育，地表水系發(fā)育，泉眼多有出露。隧道上方地表有一條前河，在DIK84+930附近前河穿越隧道正上方，在DIK85+160附近河流距線路中線約250m，埋深約

24、80m，在斷層線上距離線路430m左右DIK85+200~DIK85+400段部位水系發(fā)達，埋深約90m，地表巖性為砂巖夾礫巖，透水性強，出于施工安全和工期壓力等因素考慮，在進口工區(qū)和趙家山斜井剩余段落施工前對地表距離線路430m左右DIK85+200~DIK85+400段范圍內，在河流通過斷層處河流兩側及河底采用地表注漿止水，以此方案減少地表水對斷層施工的影響。 </p><p>　　2.4.4初期支護帷幕注漿

25、止水 </p><p>　　根據(jù)隧道“防、排、堵、截相結合，因地制宜，綜合治理”的防排水原則，該段宜采取“以堵為主，限量排放”的注漿堵水方案，自DIK85+149開始在涌水地段，采用“開挖后加固圈3m徑向注漿”。注漿孔按漿液按擴散半徑R=2.0m計算布設，注漿孔按梅花型布置，孔口環(huán)向間距約120cm，孔底環(huán)向間距約190cm，縱向間距120cm。單孔注漿深度3.0m，全斷面布置注漿孔20個，注漿總長60m，平均每

26、延米注漿孔17個。注漿孔采用風機鉆孔，方向為隧道斷面徑向，孔徑為52mm，比小導管外徑大2mm。鉆孔孔位最大允許偏差為50mm，鉆孔偏斜率最大允許偏差為0.5%，即150mm。 小導管采用φ50mm(外徑)，壁厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長100cm。小導管安設在孔口，用錨固劑錨固牢，外露10cm以便于注漿操作。小導管孔口處焊接閘閥式止?jié){閥。注漿初期選擇：P1～P3=1.3～1.7Mpa作為參考使用值，轉入正常注漿后，根據(jù)注漿中的具

27、體情況再加以修正，選擇合適的注漿壓力。 </p><p>　　2.4.5 安全保證措施 </p><p>　　開挖必須邊探邊挖，即在開挖前要采用水平地質鉆機或超前炮孔（6m）探明掌子面前方的富水情況，同時爆破引線要適當加長，爆破時所有作業(yè)人員必須撤到安全距離或洞外，以保證安全。施工均應遵循“短進尺、弱爆破、強支護、快封閉”的原則施工，嚴格按施工方案和技術交底作業(yè)，保證安全。通過斷層地段的各

28、施工工序之間的距離必須滿足設計和規(guī)范要求，仰拱距掌子面距離不得大于40米，二襯距掌子面距離不得大于70米，盡快使襯砌全斷面封閉，減少巖層暴露、松動和地壓增大。 </p><p>　　斷層地段采用臺階法開挖，上臺階開挖每循環(huán)開挖支護進尺不得大于1榀鋼架間距，下臺階每循環(huán)開挖支護進尺不得大于2榀鋼架間距，仰拱開挖前必須完成鎖腳錨管，每循環(huán)開挖進尺不得大于3米。開挖爆破時必須遵循 “弱爆破、短進尺、強支護、快封閉”的原

29、則，合理選擇爆破參數(shù)，在施工中根據(jù)光爆效果隨時調整炮眼數(shù)量、深度間距及裝藥量，減少爆破對圍巖的擾動。在斷層掌子面施工過程中，除安裝施工必備的風管、水管、電纜和通風袋外，另外增設一條φ200mm的鋼管，鋼管內鋪設電話線，在掌子面附近安設電話機，以保證發(fā)生危險時洞內外的溝通和聯(lián)系。在靠近掌子面的避車洞內，要存放能保證工班應急10天的食品，并且食品每天要有專人更換。 </p><p><b>　　3. 結論

30、</b></p><p>　　全長16687m的在建天平鐵路六盤山隧道為全線第一特長隧道，隧道位于六盤山中山區(qū)，隧道洞身經過地區(qū)受地貌單元、地層巖性、地質構造等因素的控制與影響，地下水賦存條件各不相同，水文地質情況比較復雜，地下水分布類型為巖溶裂隙潛水、承壓水及構造基巖裂隙潛水。根據(jù)設計地質資料，六盤山隧道進口工區(qū)DIK83+500～DIK92+150地層為一套紅色碎屑巖建造，隧道在DIK85+120

31、～DIK85+295段垂直通過該斷層，且在隧道上方地表有一條前河，埋深約80m，在DIK84+930附近前河穿越隧道正上方，在DIK85+160附近河流距線路中線約250m，在斷層線上距離線路430m左右的部位水系發(fā)達，地表巖性為砂巖夾礫巖。2011年7月10日六盤山隧道進口進行DIK85+149掌子面鉆孔作業(yè)，在施工過程中拱頂一直有較大涌水，且拱頂局部存在小坍塌；至8月1日，在掌子面施工至DIK85+163時，拱頂右側突然出現(xiàn)較大涌水

32、，估計1天涌水量達5500m3。在分析隧道涌水基礎上，提出了并采取了“以抽排為主，小導管四周封堵，強化支護”的綜合方案，經濟、安全通過了該富水洞段。六盤山隧道進口涌水綜合治理技術為類似工</p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 王夢恕. 中國隧道及地下工程修建技術.北京：人民交通出版社，2010：30-32. </p>

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