铁路山岭隧道穿越富水破碎带施工技术_侯欣.pdf

图 2 施工步骤示意图收稿日期：2022-05-16作者简介：侯 欣（1985-），女，助理工程师，研究方向：桥梁、隧道等施工领域。第 30 卷 第 1 期Vol30 No1鄂州大学学报Journal of Ezhou University2023 年 1 月Jan.2023doi:10.16732/ki.jeu.2023.01.037铁路山岭隧道穿越富水破碎带施工技术侯 欣（中铁十八局集团 第五工程有限公司，天津 300459）摘要:铁路山岭深埋隧道穿越富水破碎带时，容易导致涌水、塌方，这是隧道施工的难题。以和邢铁路天河山隧道穿越富水破碎带时的工况作为研究对象，通过 FLAC3D 有限差分软件对不同施工工艺对比分析，最终选用最为合理的“台阶法开挖+喷锚、拱架等常规支护+管棚+小导管+注浆加固”综合施工技术。针对塌方体施工，采用早强性好、强度高的硫铝酸盐水泥砂浆进行帷幕注浆，实现快速固结、有效止水、防止继续塌方的目的，从而确保安全快速施工。关键词:铁路；山岭隧道；富水；破碎带；施工技术中图分类号：U455.4文献标识码：A文章编号：1008-9004（2023）01-0106-04滑坡、涌水、岩堆、危岩、岩爆、岩溶、断裂带、瓦斯、采空区等是山岭隧道工程常遇到的地质灾害，也是施工难题。在山岭深埋隧道穿越富水破碎带的勘测、设计和施工过程中，务必确保隧道工程的安全稳定。1 工程概况及不良地质情况和邢铁路天河山隧道项目全长约 12Km，隧道出口地处河北省邢台市白岸乡洛水村西边区域，进口地处山西左权县拐儿镇骆驼村北部区域。通过 地 质 勘 查，隧 道 区 间 D2K39+119.9D2K39+140.8 穿越富水断层破碎带，最大埋深约319.8m，不良地质带和铁路线路斜交，夹角约69.9，斜交宽度约 14.9m，围岩节理裂隙非常发育，如果不采取科学有效的支护措施，就会导致出现坍塌现象。2 隧道变形控制措施分析借助 FLAC3D 有限差分软件1对隧道富水破碎带采取不同支护措施的所取得的效果进行仿真分析和研究。计算模型详见图 1，施工步骤示意图详见图 2。（a）隧道横向断面（b）三隧道维模型图 1 计算模型图第 1 期侯 欣：铁路山岭隧道穿越富水破碎带施工技术2.1 物理力学参数围岩及支护结构物理力学参数详见表 1。表 1 围岩及支护结构物理力学参数一览表围岩及支护结构密度（kg/m3）弹性模量（MPa）泊松比黏聚力（MPa）内摩擦角（）围岩2.091033000.291.0127初期支护2.2910323 0000.193.5236二次衬砌2.4910330 0000.194.4336管棚加固区2.2910312 0000.191.8131小导管加固区2.2910310 0000.191.5129管棚+小导管加固区2.2910318 0000.193.01332.2 施工工艺介绍天河山隧道穿越富水破碎带时通过两台阶法施工工艺2，隧道施工时，将 3种不同支护措施展开数值模拟计算分析，3 种支护措施如表2 所示。隧道两台阶法施工工艺的断面控制变形内容主要为：拱顶沉降、仰拱凸起以及左右横向收敛3。模型中心的横断面作为隧道研究分析断面，在隧道断面的拱顶、隧道仰拱底部以及隧道左右边墙对应位置对测点展开布置，如图 3 所示。表 2 三种施工工艺一览表施工工艺名称具体施工工艺施工工艺 1台阶法开挖+喷锚、拱架等常规支护+小导管施工工艺 2台阶法开挖+喷锚、拱架等常规支护+管棚+小导管施工工艺 3台阶法开挖+喷锚、拱架等常规支护+管棚+小导管+注浆加固2.3 不同施工工艺断面测点位移情况图 4 为三种不同施工工艺，距离掌子面不同距离的隧道拱顶沉降量变化曲线图；图 5 为三种不同施工工艺，距离掌子面不同距离的隧道拱顶隆起量变化曲线图；图 6 为三种不同施工工艺，距离掌子面不同距离的隧道左侧边墙位移变化曲线图。表 3 为三种施工工艺，隧道变形稳定后断面相关测点位移情况。图 3 测点布置图图 4 拱顶沉降时程曲线图图 5 仰拱隆起时程曲线图图 6左侧边墙位移时程曲线图107鄂州大学学报第 30 卷表 3 三种施工工艺变形稳定后隧道断面相关测点位移情况施工工艺名称拱顶沉降情况（mm）仰拱隆起情况（mm）边墙位移情况（mm）施工工艺一9.311.66.4施工工艺二7.6115.9施工工艺三6.610.35.3通过 FLAC3D 有限差分软件对三种不同施工工艺对比可以得出以下结论：选用超前管棚、小导管超前注浆以及隧道掌子面超前注浆的综合支护工艺取得比较好的支护效果，能够更好地抑制隧道的收敛变形程度，隧道围岩变形渐渐开始稳定。另外，在隧道所处的破碎地质环境下，隧道底部及顶部位置的变形幅度较大，这两处必须作为重点支护区域，在隧道实际施工时，通过加密拱架、钢筋网等支护方式，并将隧道断面尽早闭合成环，能够提高隧道拱顶和仰拱结构的抗剪以及抗拉强度，利于隧道安全施工。3 塌方体帷幕注浆施工技术针对隧道富水破碎带塌方施工，采用早强性好、强度高的硫铝酸盐水泥砂浆进行帷幕注浆，能够有效避免隧道涌水破坏注浆液，实现快速固结、有效止水、防止继续塌方的目的4。隧 道 环 向 加 固 区 间 为 D2K39+119.9D2K39+147.9，全长 28m，为及把掌子面固结，方便进行掘进，对涌出物采用早强性好、强度高的硫铝酸盐水泥砂浆进行帷幕注浆，注浆压力范围为3-5MPa。加 固 结 束 后，对 D2K39+119.9D2K39+142.9 区间进行开挖，详见图 7。图 7 首循环开孔3.1 第 1 循环帷幕注浆在注浆刚开始阶段，通过跳环跳孔形式将半径15mm钻头用较低速度钻入到1.2m位置，然后设置孔口管，孔口管选取半径54mm，厚度6mm无缝钢管，长1.2m，然后借助钻机冲击至规范深度，另外通过锚固剂进行锚固，从而确保孔口管的牢固性，确保不漏浆；孔口管完成安装以后展开钻孔施作。选取半径21mm无缝钢管制成袖阀管，尾部长度0.15m区间加工成尖锥状，然后进行分节下放，借助钻机依次把3段袖阀管顶进，并通过满焊牢固相连，集束多段水平袖阀管详见图8。图 8 集束多段水平袖阀管安装示意3.2 第 2 循环帷幕注浆第2循环每个循环加固长度25m，浆液扩散长度为1.8m，单循环设置51个注浆孔。注浆压力为46MPa。完成注浆后，配置3个左右出水孔泄水，如见图912所示。图 9 开孔位布置图 10 帷幕注浆纵断面示意图108第 1 期侯 欣：铁路山岭隧道穿越富水破碎带施工技术3NEGRINIS,DONZELLI2016SOSORTguidelines:Orthopitationtreatment ofidiopathic scoliosis duringgrowth JJ.Scoliosis andSpinal Disorders.2018.1(1).4新华网.习近平：在教育文化卫生体育领域专家代表座谈会上的讲话EB/OL.2020-09-22.https:/ 31 届奥林匹克运动会中国体育代表团全体成员EB/OL.2021-08-25.https:/ 99 页）图 11 25m终孔孔位布置示意图图 12 15m补充断面孔位布置示意图选用早强性好、强度高的硫铝酸盐水泥浆注浆。施工时按照实际涌水和地层吸浆工况选材，并调整配合比。第 2 循环其他施工方法如循环 1。注浆中后期通过半径 31.5mm 钻头与半径 28.5mm 钻杆连接，然后将钻孔到设计孔深位置后把 2m钻杆拆除，接着展开注浆，直到该区段注浆符合设计要求。如此循环，直至到结束该区间注浆。3.3 帷幕注浆质量保证措施在钻孔时，假如遭遇较大涌水情况，当单孔涌水量不超过 2m3/h 的时候，持续钻孔；假如单孔涌水量在 25m3/h 范围，就务必密切观测水量变化，另外及时通知技术人员，根据实际情况判断是否继续注浆；当水量超过 5m3/h，就不再钻进，将钻杆退出，另外及时联系项目技术主管亲临现场科学制定治水方案。注浆管完成安装以后，将进浆阀门关闭，详细检查注浆管路的密闭性能，确保安全。在进行注浆时，假如地层吸浆量非常大，注浆压力较长时间维持不变，采用早强性好、强度高的硫铝酸盐水泥砂浆实现快速固结、止水效果快速注浆效果。当出现串浆情况，可以将该串浆孔关闭以后继续注浆。注浆结束后，要对注浆连接件以及注浆变头应经常进行彻底清洗，保持清洁。4 结语天河山隧道富水断层破碎带通过科学综合运用施工技术，确保了安全快速施工，该隧道已于2021 年 8 月 7 日已顺利贯通，隧道安全无事故。实践充分证明，富水断层破碎带选用“台阶法开挖+喷锚、拱架等常规支护+管棚+小导管+注浆加固”综合施工技术最为合理，另外，针对塌方体施工，采用早强性好、强度高的硫铝酸盐水泥砂浆进行帷幕注浆，实现快速固结、有效止水、防止继续塌方，从而达到更安全更快速的施工目的。参考文献：1何伟华.隧道洞口偏压段斜交套拱施工技术及弹塑性数值模拟分析J.广东水利电力职业技术学院学报,2022(2):6-9.2李廷春,吕连勋,段会玲,等.深埋隧道穿越富水破碎带围岩突水机理J.中南大学学报(自然科学版),2016(10):3469-3476.3侯建伟,徐金峰,谢雄耀,等.公路隧道穿越红层多条富水断层带施工技术研究J.建筑施工,2021(9):1885-1888.4卢庆钊.高铁隧道穿越富水软弱破碎区综合地质预报及治水技术J.铁道建筑技术,2021(5):139-145.（责任编校：朱立文）109