永寿梁特长隧道侏罗系豆渣状砂砾岩地层施工

侯建国

(中铁第一勘察设计院集团，陕西西安 710043)

1 工程概述

永寿梁隧道位于陕西省永寿县、彬县境内,地处渭北黄土塬的南缘,泾(河)渭(河)分水岭东端，全长17.127 km，为西平铁路的控制性工程。隧道穿越渭河与泾河水系的分水岭永寿梁，其中有8.8 km洞身围岩为侏罗系豆渣状砂岩夹砾岩、泥岩地层。

2 地层岩性及工程性质

本文涉及的该套侏罗纪地层在《陕西省区域地质志》中定义为侏罗纪直罗组(J2z),该套地层下伏于白垩系,上部岩性以泥质砂岩夹泥岩为主,局部夹薄层砾岩,多呈不等厚互层状产出。下部岩性以砾岩夹砂岩为主,局部夹薄层泥岩,泥质胶结。

工程勘察过程中完成的深孔有四个钻孔(YZ-2、YZ-3、YZ-6、YZ-10)于不同的孔深所揭露的该套地层工程性质较差,钻探岩芯虽可成柱状,但胶结差或无胶结,以砂岩夹砾岩为主,大部分岩芯手掰即碎,部分岩芯锤击即碎。区域调查中该套地层的地表露头较少。上述四孔岩芯描述见表1。

施工过程中,工作面开挖完成时洞型尚完整,但工作面围岩暴露很短时间后就出现拱顶、拱腰、边墙坍塌,手可掰碎,捻之成砂。永寿梁隧道工程有8.8 km通过该层,是工程性质最差的岩层。该套岩层主要的物理力学指标见表2、表3。

3 构造特征

该套侏罗纪地层为陆相含煤建造,区域内广泛分布,但地表露头不多,层位下部与三叠系主要以平行不整合和角度不整合接触,上部与白垩系以角度不整合接触。区域地层划分有下统富县组，中统延安组、直罗组、安定组。其中永寿梁地区主要出露中统,该套地层为区域上最软弱岩层,岩性以泥质砂岩夹泥岩、砾岩,多呈不等厚互层状产出。剖面上上部岩层岩体较完整,下部岩体软弱且软硬不均,成岩作用较差。钻探揭示岩芯破碎,工程性质较差。

永寿梁地区地处中朝准地台的陕北台凹和北缘挠褶带的结合部,三叠纪主要接受海相沉积,形成了巨厚的砂页岩沉积。三叠纪末期印支运动,陕甘宁盆地南部和西部隆起,地势上升,区域内普遍形成海退,上升为陆,这时的地壳运动比较缓和,特点是东升西降,在西部形成若干内陆盆地。早侏罗世的沉积起了填平补齐的作用,中侏罗世形成以河流相为主的沉积,中侏罗世末期的燕山运动,区域整体隆起,普遍缺失晚侏罗世沉积,仅有零星的山麓相堆积。

表1 深孔钻探岩性概况汇总

表2 永寿梁隧道主要地层岩性物性参数

表3 永寿梁隧道岩石物理力学指标统计

永寿梁地区主要在中侏罗世有广泛的沉积,区域资料显示在三叠纪末,印支运动使本区前期地层褶升成山。早侏罗世早期,气候炎热,地壳振荡频繁,陕北进一步隆起,彬县一带相对沉降,由于周边构造应力的影响,使区内地壳呈现凹凸不平的复杂地貌。晚期向准平原演化,以冲洪积河流相为主,在洼地起到了填平补齐的作用。中侏罗世早期比较复杂,气候潮湿,植物生长迅速,发展为泥炭沼泽相,形成煤层；中期演化为冲积平原洪积相,晚期转化为湖泊相。隧道施工中该套地层颜色由紫红色与灰绿色交替出现,显示了该套地层多旋回的沉积韵律,也反映出当时地层的垂直振荡较频,中侏罗古气候的强烈变化也加剧了该套地层沉积成岩性的巨变。

4 隧道施工主要工程措施

隧道工程在进入该段岩层时采用Ⅳ级围岩加强衬砌支护(Ⅳ级围岩衬砌断面1/50),拱墙设H125型钢钢架,拱架间距为1榀/1.2 m。局部坍塌严重地段,钢架间距调整为1榀/m,配合钢架。拱部120°～150°范围设超前小导管预支护,长3.5 m,间距30 cm,渗水地段、拱部掉快、坍塌严重地段,拱部小导管加长为4 m,间距调整为20 cm。拱墙网喷C25混凝土厚度20 cm,拱墙设φ22药卷锚杆,长3.0 m,间距1.0 m×1.2 m, 拱墙设置φ6.5钢筋网,网格间距25 cm×25 cm。

5 施工监测变形

隧道初期支护施工完成后即严格按照《铁路隧道监控量测技术规程》开始监控量测。该套岩层围岩级别为Ⅳ级围岩,采用台阶法施工,监控量测布点采用拱顶测点和2条水平测线、2条斜测线的布点方案进行量测,测点位置分别为拱顶下沉观测点、2个拱脚部位净空变化观测点、2个边墙底部净空变化观测点。本段工程自2009年开始至今仍在施工中。本文仅列出2010年4月份观测的拱顶下沉观测点数据(见表4)。表中数据表明自4月11日开始测量至4月23日拱顶下沉观测数据已经稳定。其他未列出测点数据也同样显示了在初期支护完成一周后收敛变形基本结束,其变形速率满足《铁路隧道监控量测技术规程》的要求,说明隧道洞身围岩变形已基本稳定。

6 结束语

该套地层受构造变迁及古气候的影响,成岩性工程性质较差。在勘察设计阶段充分考虑到其工程性质对隧道工程的影响,确定其围岩级别以Ⅳ-Ⅴ级围岩为主。在隧道施工过程中根据围岩变化以及现场施工情况不断调整施工工艺及工程措施,经过一年的施工充分证明了隧道工程在通过该套岩层时采用Ⅳ级围岩加强支护断面是合理的,也是经济的。

表4 现场监控量测记录

[1]TB10012—2007 铁路工程地质勘察规范[S]

[2]J721—2007 铁路隧道监控量测技术规程[S]

[3]TB 10003—2005 铁路隧道设计规范[S]

[4]铁道部第一勘察设计院,铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社，1999

[5]TB10077—2001 铁路工程岩土分类标准[S]