高速铁路隧道粉砂层地质施工技术研究

曹 广

中铁一局集团有限公司 陕西 西安 710000

1 概述

目前我国处于经济快速发展阶段，保证国民生产总值的持续增长是必须要实现的重点，因此高速铁路的发展之于国家来说有着极其重要的战略地位。在铁路建设中，高速铁路隧道工程在铁路建设中占据非常高的比例，但在铁路隧道施工过程中会遇到更大的难度，特别是隧道穿越粉砂层地段问题，因工法不当，工序脱节等原因，导致围岩变形过大，给施工带来较大的难度。通过开展太焦铁路TJZQ-5标长板岭隧道穿越粉砂层地段工程的课题研究和总结，并结合一般隧道穿越不良地质段施工方法，经过长板岭隧道的施工实践，对施工方案及施工工艺进行了优化和完善，实现了隧道领域穿越粉砂层段大逆转，供类似工程参考。

2 铁路隧道穿越粉砂层地段的案例讨论

2.1 工程概况

长板岭隧道位于山西省襄垣县内，处于中低山区，沿线起伏较大，海拔高程约903m。地表植被茂盛，覆土一般5～45.1m。隧道区位于太行山隆起带，经过南北构造和新华夏构造体的复合作用，因而构造比较复杂，构造类型和形式也较多样。隧道区主要分布地层为黏质新黄土、老黄土、粉质黏土、粉砂、石灰岩、泥灰岩。隧道进口里程为DK151+717，出口里程DK154+854，隧道全长3137m，隧道最大埋深118.79m，隧道全段位于R=4500的右偏曲线上，全段纵坡为8.25‰下坡，为双线单洞隧道。隧道正常涌水量Qcp=3167.99m3/d，最大涌水量Qmax=9503.97m3/d。

隧道DK152+309～DK152+620，地层埋深为14m～25m之间，开挖揭示该段为粉砂层地段，粉砂层自稳能力差，受开挖扰动，粉砂呈散落流动状态，施工风险高。

2.2 穿越粉砂层段的方案确定

隧道出口粉砂层后，施工单位及时通知建设单位，并由建设单位组织设计单位、监理单位、集团公司专家组成员对现场及图纸进行查看，确定粉砂层段施工方案。

2.3 穿越粉砂层段施工工艺

2.3.1 正工法

前期隧道施工上台阶高度大，下台阶距离长，根据粉砂层地段，立即对施工工法进行了优化。根据现场实际情况，选对台阶长度、高度、循环进尺、确保掌子面空间平行利用，仰拱、二衬封闭同步跟进，符合人员适应性，设备匹配性，提高围岩稳定性。

长板岭隧道粉砂层段短台阶施工示意图

2.3.2 强预报

提前进行超前地质预报的探测工作，为后续施工工艺、施工方案提供有力保障，超前地质预报增加地表调查，并结合现场情况做好成果分析，依据TSP结果及掌子面情况，适当增加超前地质钻孔，探查砂（土）层空间分布情况，如遇复杂地质或无法判定情况，在掌子面加设超前水平钻或加深炮孔，以便明确围岩状况，更好地指导现场施工。

2.3.3 变超前

原设计为超前双层小导管，因拱部砂层受扰动后，容易出现小型坍塌，根据粉砂层情况将超前双层小导管变更为单层密排小导管。

超前单层密排小导管搭设原则为，拱部140°范围内打设单层密排小导管，小导管应从型钢断面腹部穿过，小导管长度选用5m，纵向水平投影搭接长度不小于1m，小导管搭设外插角为10°～15°，且必须进行注浆预加固，提高超前小导管刚度，确保安全，超前小导管注浆参数为：

注浆压力：0.5～1.0Mpa

浆液初凝时间：1～2min

浆液：采用硫铝酸盐水泥液浆

注浆结束标准为：单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束。

2.3.4 优工法

因粉砂层地层变化频繁，现场可根据砂层的分部情况选择合适的开挖工法。

当粉砂层分部范围小于隧道开挖面的二分之一时，现场上台阶采用弧形导坑预留核心土法+临时仰拱法施工，中下台阶采用三台阶临时仰拱法施工，上台阶临时仰拱紧跟核心土，确保钢架及时封闭成环。

当粉砂层分部范围大于隧道开挖面的二分之一时，上台阶采用CRD 法施工，中下台阶采用三台阶临时仰拱法施工，中隔壁支撑位置根据砂层位置适当进行调整，左右洞室纵向错开2-3米，然后两洞室平行作业，提高工作效率。

初期支护拱架采用Ⅰ25全环型钢架，间距为0.6m/榀，钢架纵向连接钢筋间距为环向50cm一道，同时在拱脚及连接板旁两榀钢架之间增加I18工字钢纵向连接增加初期支护钢架整体刚度；钢架锁脚采用φ50mm的钢花管，长度为5m，打设完成后进行注浆加固。

2.3.5 勤量测

测点不得焊接在钢拱架上，一定要埋设在土体或围岩内。埋设要牢固可靠、易于识别，用量测里程牌标明里程和测点的编号。

为确保现场测量数量准确，指导现场进行施工，监控量测点严禁破坏，监控量测点按照设计断面及时进行埋设，并通知测量人员8小时/次进行数据采集，测量数据实行单断面管理，定期绘制变化曲线，进行回归分析，及时掌握开挖工法的不同造成的数据变化规律，以便于更好地指导现场施工，发现异常，及时通知洞内人员及带班领导。

监控量测点位示意图

2.3.6 抓安全

采取超前地质为开挖“探好路”，监控测量全天候，仰拱成环紧跟进，各道工序做到位，确保安全无忧，质量可控。

3 结语

长板岭隧道已顺利通过粉砂层地段，监控量测在允许范围值之内，表明本隧道采用的施工工艺能满足粉砂层段围岩稳定性要求，为类似工程提供了经验借鉴。