第三系强富水粉细砂半成岩砂岩隧道关键施工技术

第三系强富水粉细砂半成岩砂岩隧道关键施工技术

张志国

(中铁隧道局集团建设有限公司 云南临沧  677008)

摘要：第三系强富水粉细砂半成岩砂岩隧道施工中出现的问题,因半成岩砂岩具胶结差，岩质极软、孔隙比大、饱和度高、失水干裂、水稳性差，受扰动易发生溃砂、流土、突泥涌沙破坏等特点,揭示了第三系强富水粉细砂半成岩砂岩工程特性和水稳特性;结合现场工程试验，制定了“地表深井降水+洞内综合排水+管棚+超前周边注浆+四台阶五步交错开挖工法+快速应急响应”的关键施工技术,确保了施工安全。

关键词：强富水;粉细砂半成岩;深井降水;工法；施工技术

1.工程概况

临清高速公路是云南省“五出境”的国际大通道之一，其中王家寨隧道因极其复杂的地质环境和极高的施工风险，为全线卡脖子的关键控制性工程。王家寨隧道全长8040米，最大埋深约1022米。进口端特殊不良地质主要以第三系富水弱胶结砂性土夹黏性土为主，属半成岩，结合差，呈散体状结构，富水性强，围岩呈流塑状，无自稳能力（地层含水率超过24%、围岩饱和度达到85～97%），开挖扰动后易发生液化现象，出现溃砂、流土、突泥涌水等地质病害，施工技术难度大，安全风险极高，水文地质条件国内罕见 世界难题。

2.第三系强富水粉细砂半成岩隧道综合施工技术

王家寨隧道主要以第三系半成岩强富水为主，施工过程中发生了数次突泥涌水，施工安全、工期压力，建设投资压力均非常之大。隧道复杂地质常用的帷幕注浆、水平旋喷桩等加固措施都未能起到比较好的效果。简而言之，本地层难以用“一套功夫打天下”，需采用多种处治方案，综合方案多措并举。

2.1 地表深井群井降水技术

王家寨隧道第三系半成岩区域因其富水性较强，围岩含水率常年超过24%，在隧道掘进过程中多次发生涌水、突泥等地质灾害，洞内降水及掌子面帷幕注浆效果较差。第三系半成岩段强富水区按照纵向10～20m/井布设，偏距为隧道边墙外4～10m,井身为隧底标高下30m，降水前掌子面孔隙水压力峰值分别为95kpa、100kpa，经地表降水35天后，孔隙水压力值分别下降至32kpa、25kpa，较最大值分别降低了68%、73%，地表深井降水能有效降低掌子面周边的孔隙水压力，确保了施工安全。

2.2 洞内综合排水技术

   掌子面封闭注浆加固完成后，开挖面前方形成积水水囊，水压冲击作业面影响施工安全。每循环注浆完毕后，通过在掌子面两侧拱脚、拱腰和隧道拱顶及核心土顶部下1m位置打设前置超前排水孔；在已成环仰供初支段小角度打设远距离排水孔，通过多种排水系统排水降低掌子面开挖前的水压。

2.3 超前管棚+周边注浆技术

  将粉细砂地层常用的全断面帷幕注浆和水平旋喷桩改变为超前周边注浆+管棚，管棚间距20cm,每开挖循环密排小导管，用过管棚和密排小导管形成钢管加固圈，防止漏渣漏砂等风险。

2.4 四台阶五步交错开挖工法

  针对在王家寨隧道进口端强富水粉细砂地层中，通过采用四台阶五步交错开挖工法，开挖高度降低，压缩开挖临空面和临空时间，达到了“快挖快支快封闭”的施工组织目的，大大降低了强富水粉细砂地层开挖后发生溜塌和滑塌的施工安全风险，有效解决了在强富水粉细砂地层中安全风险高、作业效率低、施工进度慢等主要矛盾问题。

2.5 快速应急响应

隧道施工现场涌水突泥已成施工常态，在应急处置减少涌水流砂要求下施工已成必要条件。通过应急要求，现场采用应急石笼堵住溃口，“龙吸水”大功率污水泵快速抽水，自制式移动抽水泵、机械手等快速高效设备，快速处置并快速恢复正常施工。

3. 总结与展望

通过对王家寨隧道第三系强富水粉细砂半成岩安全施工技术的研究，为今后类似复杂地质的隧道施工指导提供了参考，也为未来的研究提出了新的要求。未来，可以通过实践验证，不断改进、完善施工工艺，完善支护方案，优化更先进有效的注浆加固措施，加强施工现场的安全管理，从而更好地推进隧道施工的安全和质量快速发展。

参考文献

[1] 熊春庚.第三系富水泥质弱胶结粉细砂岩隧道施工关键技术.兰州交通大学学报,2017

[2] 李世才.桃树坪隧道富水未成岩粉细砂试验段施工技术