隧洞顺利通过疏松砂岩段的施工经验

摘 要：隧洞施工过程中会遇到各种地层。但在中国西北地区施工隧洞，在施工过程中会常遇到含水量高的疏松砂岩段。此地层施工难度极大。文章将结合甘肃省引洮工程7#隧洞所遇疏松段阐述通过的施工经验。

关键词：隧洞；冻结法；通过

中图分类号：U455.49 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）6-0167-02

甘肃省引洮供水一期工程总干渠7#隧洞设计全长

17 286 m，工程区位于甘肃省渭源县内，7#隧洞出口距离兰州市区184 km，距定西市约75 km，进口距离临洮县约32 km。原计划采用一台单护盾式全断面岩石隧道掘进机（Single Shield TBM）施工，为在建项目。隧洞高程2 130.02～2 119.54 m，纵坡i=1/1 650，TBM开挖断面为圆形直径为5.75 m。7#隧洞工程于2007年9月开工建设，工程施工采用1台单户盾全断面掘进机TBM施工，掘进过程中因受含水疏松砂岩地层不良地质条件影响，目前TBM在57+835处被卡。7#隧洞所遇疏松砂岩段，含水量达10.8%～13.9%。这种地质条件，围岩岩性软弱、成岩差、结构疏松、遇水软化崩解、成洞条件差属于极不稳定的Ⅴ类围岩。开挖后不能自稳，尤其饱和时，由于系颗粒较均匀的粉细砂，过分扰动或振动易产生液化，围岩极易发生坍塌涌砂。此种地质条件TBM机无法正常掘进施工。因此在施工此地层时必须考虑超前加固支护措施。

由于此隧洞的洞底标高为2 123.280 m，地表标高为

2 365.990 m，地表距隧洞洞底的实际深度为242.71 m。经综合考虑，采用地面垂直冻结法结合普通钻爆法进行此段地层的隧洞施工。同时对卡机TBM采用“冻结法”实施解困。此施工方法科学合理、工艺简单、对安全及质量具有保证。但在实际施工过程中应着重对以下几个环节做到有效控制。

1 冻结钻孔施工时注意事项

①由于钻孔施工的施工深度必须穿过隧洞底板，终孔深度在280 m。所以在钻孔的钻进过程中肯定会穿过疏松砂岩段。此段地层对钻机造孔施工也会有一定影响。因此在选择钻机及钻塔上，一定要选择具有提升能力强、钻速高、大扭矩、速比宽等特点的钻机，钻塔要选择具有足够的承载力，以承担钻具提升负荷，又要有足够的高度，以便缩短冻结管的下放时间，在承载力方面，应不小于30 t，在高度上一般应满足下放单根冻结管20 m的需要。这样能保证在施工钻孔时不会轻易卡钻。如一旦出现卡钻现象，导致出现无法钻进情况，利用钻孔进行注浆，直到将钻孔区域内地段注成稳定地层后继续钻进。

②利用本种施工方法施工隧洞，在钻孔施工过程中，要加强孔斜监测工作，以保证钻孔的垂直深度及孔间距符合要求。

测斜方法：采用陀螺仪测斜。测斜段距一般为20～30 m。当钻孔纠偏后或处在易斜地层以及偏斜接近超限的临界点时，应缩短测斜段距，加密测斜。施工过程中要定期对使用的仪器进行检查和校验，以保证仪器的精度和测斜资料的可靠性。钻孔终孔后要进行全孔系统测量。并根据测斜结果，绘制钻孔偏斜平面图用以指导下一孔的施工。

纠偏工作：对于深冻结孔施工来说，虽然防偏工作应加强，但有效的纠偏手段和方法也是必要的。否则，要保证工程质量和工程的顺利施工是很困难的。在钻孔测斜过程中，一旦发现孔斜有超限的趋势就应立即进行纠偏。我们常采用的纠偏方法有两种：一是垫钻塔纠偏；二是螺杆钻具纠偏。一般在孔深不大于100 m时，采用第一种纠偏方法；孔深大于100 m后采用第二种纠偏方法。

2 普通钻爆法掘进施工时注意事项

①在岩壁都被冻结之后，开始进行钻爆法掘进施工。由于隧洞四周均有冻结管在进行维护冻结。所以在炮眼布置时首先要遵循多打眼、少装药原则，如图1所示。

②凿岩机械的选择，由于此段隧洞岩性属于疏松砂岩，普通风动凿岩机无法钻孔，因凿岩机工作原理为利用棘轮的旋转冲击岩石，通过冲击活塞的上下运动排出的气体进入钎杆中心孔内，将冲击岩石的粉末吹出孔外。由于凿岩机钎头在高速旋转和冲击时，会产生热量将岩体融化为黄泥，岩石粉末排不出来，所以无法钻孔。根据此实际地质情况可选用风动手持式钻机进行钻孔（俗称：风锚头）。因为此钻机适用于软岩及煤层钻进，它的工作原理主要是通过旋转，同时它排除岩粉的方式是通过螺旋钎杆将其带出孔外。所以可选择大功率风动手持钻机进行钻孔。

3 支护结构的质量保证

本段支护的结构形式为两次衬砌联合受力。一次衬砌为400 mm厚C30现浇混凝土支护，二次衬砌为预制C45钢筋混凝土拼装管片，现主要针对一次衬砌进行阐述。

此段岩壁温度为-20 ℃左右。所以在施工“一衬”结构时一定要选择经过质检部门检测合格后的建筑材料。由于岩壁温度过低可在岩壁内侧铺设一层50 mm厚度木板作为隔温层，混凝土入模温度需保证在20 ℃左右，并严格控制水灰比，控制好混凝土塌落度，如塌落度变化较大，应及时找出原因并立即进行调整。在混凝土浇筑过程中应按比例加入“防冻早强剂”。在混凝土养生期间，可采用洞内均匀布置电暖器，来加快混凝土初凝。由于冻结壁会对混凝土产生一定影响。所以一定要认真执行上述措施，来确保混凝土质量。

4 结 语

此方法施工隧洞的特殊地层。具科学合理、安全可靠、可作为在今后的隧洞施工顺利通过此类岩层的施工经验。

参考文献：

[1] 杨平.原状土和冻融土物理力学性能差异性研究[J].南京林业大学学报，2001，（2）.

[2] 杨平.冻结法用于深基坑坑壁维护的可行性研究[J].山东矿业学院学报，1994，（4）.

[3] 陈礼仪，胥建华.岩土工程施工技术[M].成都：四川大学出版社，2008.