宝兰客专马鞍梁隧道下穿沟谷浅埋段施工方案研究

陈花顺

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)

宝兰客专马鞍梁隧道下穿沟谷浅埋段施工方案研究

陈花顺

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)

宝兰客专马鞍梁隧道下穿沟谷浅埋段地表常年流水，地下水渗透性强、补给条件好，施工中产生涌水的风险性大，并可能引起地表塌陷，因此拟订了地表井点降水及地表袖阀管注浆2种方案，并从工程风险、对周围环境的影响、工程投资等方面进行了全面比较分析，最终确定采用地表袖阀管注浆方案。

浅埋段;井点降水;袖阀管注浆;隧道;施工方案

1 工程概况

1.1 工程地质情况

宝兰客专位于陕西、甘肃省境内，自宝鸡向西经天水、定西至兰州。线路全长400.74 km，设计时速250 km［1］。马鞍梁隧道位于天水市麦积区元龙镇与伯阳镇之间渭河南岸黄土梁卯区，地形起伏较大。全隧道均位于渭河F1断裂带内。隧道全长4 189.9 m，为单洞双线隧道。

隧道IDK743+430—IDK743+540为下穿沟谷浅埋段，主要地层为第四系全新统冲洪积黏质黄土、砾砂、细圆砾土、粗圆砾土，地下水渗透性极强［2］，最小埋深11 m。下穿沟谷浅埋段地质图见图1。

图1 马鞍梁隧道下穿沟谷浅埋段地质图(单位:m)

1.2 水文地质情况

马鞍梁隧道沟谷内为常年流水，枯水期流量约4 675 m3/d;沟谷及其附近发育有泉水［3］，其中IDK744 +160右810 m处泉水为小坪村唯一的生活用水水源。

隧道沟谷浅埋段地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水，主要接受大气降水补给，含水层为细、粗圆砾土及砾砂，富水性较好。勘察阶段在沟谷区对地质钻孔(石BZ-19和石BZ-20)进行了抽水试验;在阶地区对地质钻孔(石BZ-22)进行了提水试验。试验结果见表1。表中静水位指钻孔完成后，抽水试验前地下水水面的高程。动水位指抽水试验后地下水下降一定高度，地下水水面稳定后的高程。

表1 钻孔抽、提水试验结果

从表1可以看出:沟谷区第四系细、粗圆砾土及砾砂含水层渗透系数达到10.01～13.74 m/d，渗透性较强，补给较充足;阶地区渗透系数较小，渗透性较弱。

2 方案研究

2.1 地表井点降水方案

地表沿隧道两侧各设1排降水井，降水井距隧道中线的距离均为12.5 m，纵向间距20 m。降水井底部深入轨面以下5 m。采用降水井一次施工完成，分段降水措施［4］，即当开挖面距降水井10 m时，开始该降水井的降水，直至二次衬砌超过降水井10 m时，方可结束该降水井的降水。

现场在DK743+440左、右侧各施工1个降水井J1和J11，并进行了降水试验。降水试验采用流量60 m3/h，扬程40 m的水泵，抽水23～25 min后，出水量基本达到稳定。试验结果见表2和表3。

表2 降水井J1单独降水试验结果

表3 降水井J1和J11同时降水试验结果

从表2可见，降水井J1单独抽水水位下降11.11 m，动水位稳定在高程1 034.63 m，位于轨面高程(1 030.77 m)以上约3.86 m，降不下去，未能达到水位降至轨面高程以下1 m的设计要求。

从表3可见，降水井J1和J11同时抽水，J1水位下降15.22 m，动水位稳定在高程1 030.52 m，位于轨面高程以下约0.25 m，接近设计要求的深度;J11水位下降14.02 m，动水位稳定在高程1 031.5 m，位于轨面高程以上约0.73 m，未达到设计要求的深度。

可见，降水井J1和J11同时降水取得了一定的降水效果，只要略微加大泵流量，即可达到降水要求。但降水井位于阶地区地层厚度相对较薄，渗透系数相对较小的地段，随着隧道洞身在河谷区向前掘进，含水层厚度从4.5 m递增到18 m，渗透系数也不断加大，洞身涌水量会大幅增加，降水会越来越困难。

2.2 地表袖阀管注浆方案

2.2.1 方案设计

1)IDK743+430—IDK743+540段长110 m，地表采用袖阀管分段注浆，固结地层，封堵地下水。注浆范围为拱墙开挖轮廓线外5 m，仰拱开挖轮廓线外2 m，钻孔直径120 mm，钻孔间距1.5 m，浆液扩散半径100 cm。采用φ65PVC袖阀管和双向皮碗式止浆塞，采用φ25 mm镀锌钢管做芯管分段注浆［5］。地表袖阀管注浆断面示意如图2。

2)为了有效控制注浆加固范围和保证注浆效果，采取分区段注浆，纵向长度不大于20 m［6］。

3)由于该段范围内以圆砾土和砾砂为主，且地下水有流动性，成孔困难，施工宜采用多功能钻机跟管钻进施工工艺垂直地面进行钻孔施工，通过钻孔将袖阀管经套管下入地层，然后退出套管进行封孔注浆［7］。采用的浆液以快硬硫铝酸盐水泥单液浆为主，普通水泥-水玻璃双液浆为辅;周边2排孔采用普通水泥-水玻璃双液浆，浆液的凝结时间控制在10～40 s以内［8］。其他孔采用硫铝酸盐水泥单液浆。采取静压、由外到内、分段后退式注浆工艺，使浆液在压力条件下注入地层，降低地层的渗透能力，从而形成注浆截水帷幕，达到防渗堵漏和加固地层的目的［9］。注浆参数见表4。

图2 地表袖阀管注浆断面示意(单位:cm)

表4 注浆参数

2.2.2 现场试验

现场在DK743+430—IDK743+450段进行了地表袖阀管注浆试验，共钻孔266个，注硫铝酸盐水泥单液浆810 m3，普通水泥-水玻璃双液浆404 m3。注浆结束后，进行了地表钻孔取芯检查及洞内超前地质水平钻孔渗水量检查。结果显示，岩石质量指标(Rock Quality Designation，RQD)为60%，浆液分布均匀，填充密实，渗水量为6 m3/d。综合评价注浆效果良好［10］。

2.3 方案比较

2.3.1 地表井点降水方案的优缺点

1)虽然地表井点降水试验取得了一定的效果，但随着渗透层厚度及渗透系数的增大，地表井点降水将越来越困难，施工中产生涌水的可能性较大，施工风险较大［11］。

2)下穿沟谷段隧道洞顶最小埋深仅11 m，隧道洞身位于细圆砾土、砾砂等第四系含水地层中。隧道下穿沟谷段沟心开阔，沟谷内常年流水。地表井点降水施工中存在地表水渗漏及地面塌陷的可能性，施工难度和风险均较大。

3)隧道附近的泉水为附近村民生活用水水源，下穿沟谷段隧道施工工期长，长期井点降水会影响附近地下水水位，对附近村民生活用水造成不利影响［12］。

2.3.2 地表袖阀管注浆方案的优缺点

地表袖阀管注浆可以解决地表水渗漏、地面塌陷、地下水位下降等问题，虽然在注浆过程中存在注浆不密实，跑浆影响地下水等风险，但施工中选择专业化的注浆队伍，加强施工现场的管理，以上风险将降低。地表袖阀管注浆不但可以封堵地下水，而且可以对地层进行加固，极大降低隧道施工风险。

2.3.3 投资比较

地表井点降水方案工程投资总额为1 375万元，地表袖阀管注浆方案工程投资总额为2 211万元，比地表井点降水方案投资总额增加了836万元。

3 结论

地表井点降水方案虽然工程投资相对较小，但施工中存在涌水、地表水渗漏、地面塌陷等问题，施工难度及风险均较大;地表袖阀管注浆方案虽然投资较大，但其施工风险较小，对周围工程及环境影响较小。因此从施工安全及对环境影响方面综合考虑，在下穿沟谷浅埋段地表袖阀管注浆方案较地表井点降水方案有较多优势，因此采用地表袖阀管注浆方案。

［1］国家铁路局．TB 10621—2014高速铁路设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2014．

［2］《工程地质手册》编委会．工程地质手册［M］．4版．北京:中国建筑工业出版社，2007．

［3］中铁第一勘察设计院集团有限公司．宝兰客专马鞍梁隧道综合勘察报告［R］．西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2013．

［4］毕树兵．地表动态井点降水在沈阳地铁施工中的应用［J］．铁道建筑，2008(8):73-75．

［5］张明．隧道强透水砂砾地层袖阀管地表注浆加固工艺研究［J］．隧道建设，2014(10):58-65．

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［7］陈剑，魏义山，江红，等．一种新型袖阀管双液注浆加固工法［J］．铁道建筑，2016(4):102-105．

［8］张民庆，王汝澄，黄平先．饱和含水砂层垂直注浆技术试验研究［J］．施工技术，1998(4):28-29．

［9］黎爱清．大支坪隧道帷幕注浆施工技术［J］．铁道建筑，2012(4):93-95．

［10］吴顺川，金爱兵，高永涛．袖阀管注浆技术改性土体研究及效果评价［J］．岩土力学，2007(7):1533-1538．

［11］姜国柱．卵砾石地层深基坑降水施工实践［J］．东北水利水电，2011(12):18-19．

［12］史景革，史彦明．隧道施工对周围水环境影响研究［J］．铁道建筑，2013(5):62-64．

Study on Construction Scheme of Shallow-buried Section Passing Under Valley of Ma'anliang Tunnel on Baoji－Lanzhou Passenger Dedicated Railway

CHEN Huashun
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co．，Ltd．，Xi'an Shaanxi 710043，China)

In the region of shallow-buried section passing under valley of M a'anliang tunnel on Baoji－Lanzhou passenger dedicated railway，there is perennial surface water and ground water．Good penetrability excellent water supply conditions result in high risk of gushing water during construction．M ore important，it may lead to surface subsidence．In this research，two construction schemes are compared in terms of construction risks，impact on surrounding environment and project investment．One is well-point dewatering，and the other is surface sleeve valve pipe grouting．Finally，the latter scheme is adopted．

Shallow-buried section;W ell-point dewatering;Sleeve valve pipe grouting;T unnel;Construction scheme

U455．4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．12．13

1003-1995(2016)12-0046-04

(责任审编葛全红)

2016-07-10;

2016-10-14

陈花顺(1981—)，男，工程师。