兴旺峁隧道3#斜井优化方案

李 猛

中铁二十二局集团第一工程有限公司，北京 100040

1 工程概况

1.1 地理位置

兴旺峁隧道处于太原至中卫（银川）铁路绥德至靖边段SJS-V合同段，位于陕西省横山县和靖边县境内，进口位于横山县双城乡西1km位置，出口位于靖边县高家沟乡鲍渠村，兴旺峁隧道是全线的重点控制工程之一，其中3＃斜井位于横山县境内。

1.2 地质条件

1.2.1 地质条件

兴旺峁隧道所属区域为黄土梁峁沟壑区，地势呈西北高，东南低，海拔高程为700m～1200m，地形起伏较大，最大高差约为375.35m。山体上覆新老黄土、粉质黏土及中砂，下伏基岩。冲沟发育，沟壁见基岩出露。

1.2.2 地层岩性及地质构造

隧道区域为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl），第四系上更新统风积层（Q3eol），第四系中更新统风积层（Q2eol）、上第三系（N2）粉质黏土、白垩系（K1）砂岩、侏罗系（J2）砂岩、泥岩。沿线所在区域的大地构造部位属鄂尔多斯台拗之陕北台凹。区内岩层产状平缓，倾向西、西北，倾角5°～10°，区域地质构造简单，未见褶皱及断层现象，属稳定区域。

1.2.3 水文地质

沿线较大河流主要是蚂蚁河，为季节性河流，平时水量不大，雨季河水暴涨，具有典型的雨洪特征，流量、水位与降水量成正比，动态极不稳定。地表水对普通混凝土一般不具侵蚀性。

本线路经过区地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于沟谷或山坡、山梁上新黄土和老黄土与下部上第三系粉质黏土的接触面，水量受季节影响较大，雨季水量较大，干旱季节无水或水量较小，隧道洞身出口附近第四系松散堆积物中雨季有少量水，干旱季节无水。基岩裂隙水主要赋存于砂岩、泥岩中，隧道区强风化基岩裂隙发育，岩体存在不均匀风化现象，由于降水入渗，容易在表层风化带内形成囊状富水带，局部水量较大；弱风化基岩裂隙较发育，岩体内含少量水。

1.2.4 工程地质

隧道通过区表层新黄土具湿陷性，湿陷系数δs=0.016～0.033，为非自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅰ（轻微）。

隧道3#斜井段上覆新黄土、第三系粉质黏土，新黄土具湿陷性；下伏白垩系砂岩，强风化，呈砂夹碎块状。隧道通过基岩为砂泥岩，产状平缓，层理及节理较发育，受地下水的影响较大，易产生冒顶塌落现象。

2 3#斜井原设计与优化后方案对比

2.1 参数对比

3#斜井原设计平面长度1145m，斜井井身长为1146.99m，平均纵坡为5.9%，井身倾角3.35°，位于主洞右侧，与主洞呈50°夹角相交于DK356+720处，出口高程为1318.75m。斜井出口位于冲沟沟底，距横山县双城乡约12km；出口处沟壑纵横，两边山坡陡峭，场地狭窄。支护后断面宽度为5.6m，高度为7.13m。

3#斜井优化后平面长度642m，斜井井身长为644.285m，平均纵坡为8.445%，井身倾角4.818°，位于主洞左段，与主洞呈28.95°夹角相交于DK356+430处，出口高程为1304m。斜井出口位于冲沟沟底，距靖边县高家沟乡肖家畔村2km；出口位置沟壑纵横，但有几处地势平坦位置可供临建之用。支护后断面宽度为6.6m，高度为7.13m。

优化前后3#斜井平面参数见表1。

表1 兴旺峁隧道3＃斜井平面参数

从表1中可以清楚的看出，优化后斜井的总长度减少了500m，这表示出优化后斜井施工最少可以提前4个月达到正洞的施工条件，为减轻进度压力做出较大贡献。优化前后3#斜井断面参数见图1。

图1

2.2 展开施工情况对比

2.2.1 场地布置及便道引入情况

原设计3#斜井洞口位于冲沟沟底，沟底河床宽10m，其余为坡度大于70°的黄土坡体，至坡顶高差最低为103m，洞口周围及沟底很难选择一处安全的位置作为生产及生活场地，场地布置只能在坡顶选择，而坡顶至洞口位置的便道通过各级领导的一致认同是无法选择一条简短而快速达到通车条件的线路。只能选择从双城乡经隧道进口、1#、2#斜井位置延冲沟一侧引入，从2#斜井至3#斜井需新建3.5km的施工便道，此便道新建长度达9km，地势险要，修成后路况较差，这势必会对将来材料的运输及整个项目的统一管理造成影响。

优化后3#斜井洞口位置位于靖边县高家沟乡肖家畔村南2Km位置，洞口有几处较平坦的耕地可以展开生产及生活设施的建设之用，施工便道可从肖家畔村已有道路引入，且可以通过原青银高速公路施工便道与隧道出口形成统一的道路网，路况较好，可以很快的达到通车条件，使材料及设备运至施工现场展开施工，更有利于斜井与出口的相互协调，保证整个施工生产的顺利进行。这也降低了前期施工、材料运输及便道养护的成本。

2.2.2 生产用水

原设计位置沟底有少量畜水，可供临建之用，但不能保证在机井完成（开工后两个月）前的生产用水，会影响到斜井施工的顺利开展。

优化后洞口位置距青银高速公路只有500m，该路段有一座大桥，桥下设有拦水坝，畜水量较大，事实证明，因机井投入正常使用时间较晚，此畜水提供了斜井2个多月的施工用水，保证了施工生产的顺利进行。节省了2个多月时间生产用水的运输费用。

2.2.3 穿越特殊地质地段情况

优化后斜井在施工至3斜3+20里程时底部（高程为1275.884）出现细砂层，在施工至3斜2+31里程（高程为1268.165）时砂层出现地下水，形成流砂，给施工增加了较大的难度，施工至3斜1+45里程（拱顶高程为1260.700）砂层消失，穿越砂层斜井长度为175m，在这段砂层及含水砂层的施工中，施工速度明显下降，只能保证在65m/月，造成工期的严重滞后。

按优化后斜井砂层高程推算原设计斜井穿越砂层情况示意图

图2 优化后斜井穿越砂层情况示意图

按优化后斜井砂层出现及消失的高程推算原设计斜井位置穿越砂层的施工里程为3斜4+00.4～3斜1+42.6，地下水将在3斜2+81.8里程出现，隧道穿越砂层总长度为257.8m，比优化后斜井位置穿越砂层长度增加82.8m，如果按原设计施工，那就意味着在长度增加500m的基础上又增加了83m的含水砂层段，整个斜井施工工期将增加5个多月，就造成工期压力凸显。优化后斜井及原设计斜井穿越砂层示意图如图2。

2.2.3 施工中配套机械使用

原设计支护后断面宽度×高度=5.6m×7.13m，每200m设置错车平台，WA402小松装载机尺寸（长×宽×高）9545mm×3445mm×3980mm，A25沃尔沃自卸汽车（长×宽×高）9675mm×2805mm×3500mm，优化后断面宽度×高度=6.6m×7.13m。

原设计采用装载机来回退到错车平台处装碴，机械使用率严重下降，出碴时间长，机械费用高，优化后可直接平行作业，虽然增加了开挖方量，但提高了机械利用效率和加快了施工进度，从工期及成本考虑，都是大大有益的。

3 实际施工中出现的问题

3.1 场地布置及施工便道

场地布置时没有考虑到气候及地貌特征，优化后斜井洞口位置附近虽然有几处平坦地势可供生产及生活设施建设之用，但位置较低，且多背靠黄土山体，雨后山体易发生滑坡现象，07年夏季曾发生过多起滑坡事故，造成施工中断及财产损失，搅拌站基础位置雨后常被水淹，造成基础下沉墙体开裂存在极大的安全隐患。

从肖家畔村引入施工便道线路存在问题，主要表现在坡顶至坡底段线路的选择，直线距离较短，高差较大，展线困难，虽然选择了延一侧坡体Z字形展线降坡，但仍存在坡陡弯急的现象，在便道修建至第一个Z字转弯时山体出现砂层，幸亏砂层只有5m高，底部就出现了比较坚硬的老黄土层，否则此条便道将无法完成。

3.2 含水砂层段施工

由于对砂层段没有施工经验，特别是当砂层含水后没有找到切实可行的施工办法，无法安全而快速的展开施工，设计院因避让砂层而进行线路标高的调整，造成停工25天，这些原因都造成了工期的严重滞后。

4 结论

通过对斜井的优化，减少了近500m的斜井开挖距离，提高了机械利用率，加快了施工进度，简化了场地布置及施工便道的修建，实现了快速施工的条件，减少了临建、便道养护及材料运输费用，虽因地质及设计原因而使实际工期没有按预期的完成，但也达到了工期及成本优化的目的，直接减少成本800万元以上。