马鞍梁隧道下穿五龙沟段施工方案研究修改.docx
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马鞍梁隧道下穿五龙沟段施工方案研究修改
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马鞍梁隧道下穿五龙沟浅埋段方案研究
（IDK743+440～IDK743+620）
中铁第一勘察设计院集团有限公司
2013年12月
补目录
一、工程概况
马鞍梁隧道起讫里程IDK742+881～IDK747+070.9，隧道全长4189.9m。
洞身纵坡为4‰/2539m、20‰/1650.9的单面上坡。
隧道洞身通过的地层主要为：
第四系全新统冲洪积黏质黄土、砾砂、细圆砾土，粗圆砾土，构造岩主要为压碎变砂岩、断层角砾。
（简要说明全隧道工程地质及水文地质情况，）洞身设2座斜井辅助施工，（补洞身平面示意图，标出斜井的长度、各施工掌子面的距离等相关参数、降水井的施工情况）
示意图、五龙沟现场照片、五龙沟地质纵断面比例稍大些
二、五龙沟浅埋段施工图设计情况
马鞍梁隧道IDK743+440～+620为浅埋段下穿五龙沟，最浅埋深11m,上部沟谷富水，地表水及地下水发育，渗透性较强，为减少地下水对围岩稳定性的影响，降低施工风险，地表沿线路两侧各设一排降水井，线路左侧降水井距离左线线路中线10m，纵向间距20m；线路右侧降水井距离左线线路中线15m，纵向间距20m。
降水井底部深入轨面以下5m。
采用降水井一次施工完成，分段降水措施，即当开挖面距降水井10m时，开始该降水井的降水，直至二次衬砌超过降水井10m时，方可结束该降水井降水。
施工图设计该段采用双侧壁导坑法施工，采用VI-II型衬砌，全断面设I25a型钢钢架，间距1榀/0.5m，拱部设Ф89管棚及拱墙Ф42小导管注水泥浆超前支护。
二次衬砌采用钢筋混凝土，拱墙厚度65cm，仰拱厚度75cm。
为防止地表水下渗，对沟内水进行疏导，并对IDK743+452及IDK743+490处的两个水沟沿沟心对冲沟上游50m，下游30m共计80m范围进行铺砌，隧道顶中线左右各10m采用C25钢筋混凝土进行铺砌，其余段落采用C25混凝土进行铺砌，厚度30cm。
三、现场施工情况
2013年12月12日，马鞍梁隧道进口上导掌子面里程：
DK743+326，仰拱里程：
DK743+292，二衬里程：
DK743+259.9。
马鞍梁隧道进口浅埋段里程：
IDK743+440～+620，现掌子面距浅埋段114m。
五龙沟隧道中心线上游50m，下游30m共计80m范围按设计进行了铺砌。
按照原设计施做J1（28米）、J11（正在开挖）降水井，最近一天的井点降水情况，不抽水时降水井是满水的，采用60方/小时、扬程35m的抽水机抽水，水位下降11m后不再下降（设计拱顶以上2.32m）。
四、IDK743+440~620段工程、水文地质特征及施工风险
1、工程地质特征
马鞍梁隧道IDK743+440～+620浅埋段，下穿五龙沟，最浅埋深11m（实测），上部沟谷富水，地表水及地下水发育，隧道洞身通过地层主要为第四系全新统（Q4）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。
详述如下：
（1）第四系全新统黏质黄土（Q4al+pl3）：
主要分布于五龙沟沟谷内，浅黄色，土质不均，局部夹细角砾土层，硬塑，II级普通土，σｏ=120KPa；地下水位以下局部软塑，II级普通土，σｏ=80KPa。
（2）第四系全新统砾砂（Q4al+pl5）：
分布于五龙沟沟谷内，呈层状夹于细圆砾土层中，厚约2～5米，饱和、中密，Ⅰ级松土，σ0=220KPa。
（3）第四系全新统细圆砾土（Q4al+pl6）：
分布于五龙沟沟谷内，主要呈层分布于粗圆砾土层中，圆砾成分主要为花岗岩、变质砂岩等，粒径2～20mm的约占55%，大于20mm的约占10%，其余为砂土充填，圆棱状，稍湿-饱和，潮湿-饱和，10m以上中密，II级普通土，σｏ=350KPa；10m以下密实，σｏ=400KPa。
（4）第四系全新统细角砾土（Q4al+pl6）：
灰黄色，砾石主要成分为砂岩、花岗岩等，砾石呈尖棱状，粒径2～5mm约占15%，5～10mm约占15%，10～20mm约占25%，大于20mm约占5%，其余为砂土充填，潮湿-饱和，II级普通土，10m以上中密，σｏ=350KPa；10m以下密实，σｏ=400KPa。
（5）第四系全新统粗圆砾土（Q4al+pl6）：
主要分布于五龙沟沟谷内台阶地，灰褐色，主要成分为花岗岩、变质砂岩等，磨圆度较好，呈圆棱状，粒径20～60mm的约占55%，大于60mm的约占10%，其余为砂土充填，潮湿-饱和，10m以上中密，以下局部密实，Ⅲ级硬土，σｏ=500～550KPa。
2、水文地质特征
（1）地表水：
马鞍梁隧道进口附近的五龙沟内为常年流水，枯水期流量约4675m3/d。
（2）地下水：
马鞍梁隧道五龙沟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，富水性较好。
勘察阶段在五龙沟内布置有石BZ-19和石BZ-20两孔，对两孔进行了抽水试验，根据抽水试验资料计算主要参数见表1。
从表1可以看出，五龙沟沟谷地带第四系细、粗圆砾土含水层渗透系数K值达到10.0～13.74m/d，渗透性较强，补给较充足；设计预测IDK743+440～+620浅埋段正常涌水量约16167m3/d，最大涌水量约24251m3/d，涌水量较大。
钻孔抽水试验参数及渗透系数计算表表1
序号
钻孔编号
里程
孔深（m）
静水位（m）
含水层厚度（m）
降深（m）
出水量（m3/d）
渗透系数K（m/d）
1
石BZ-19
IDK743+452右8.3m
40.10
7.40
7.0
2.60
145.84
10.009
1.60
115.78
11.062
2
石BZ-20
IDK743+485右16m
42.60
12.30
15.7
1.68
327.72
13.604
0.63
151.20
13.743
3、施工风险分析
（1）IDK743+440～+620浅埋段隧道洞顶距沟心埋深仅11m，施工中存在有地表水严重渗漏及地面塌陷的可能性，施工风险极大，因此施工时宜采取预加固处理措施，确保施工安全。
（2）隧道施工排水会疏干浅埋沟附近村民泉水水源，造成附近村民生活、生产用水困难。
（3）目前，在DK743+440左10m施工一眼降水井J1，井深28m，井径300mm，静水位6.5m，水泵流量60m3/h，扬程35m，抽水3小时后，水量达到稳定，水位稳定在17.5m（降深11m）不再下降，未能达到水位降至27m的设计要求。
可见，该段落地下水补给量较大，渗透性较强。
（4）马鞍梁隧道进口工区为单面上坡掘进施工，洞内有水需抽排至马鞍梁进口外。
而目前马鞍梁进口段路基排水不畅，大量排水将浸泡正在施工的石家湾段路基，因此，洞内出现大量抽排水的情况应尽量避免。
五、IDK743+440~620段设计方案研究
方案一：
“地表井点降水+洞内超前管棚”的原施工图设计方案存在以下问题：
1、现场施工在DK743+440左10m施工一眼降水井J1，井深28m，井径300mm，静水位6.5m，水泵流量60m3/h，扬程35m，抽水3小时后，水量达到稳定，水位稳定在17.5m（降深11m）不再下降，未能达到水位降至27m的设计要求。
可见，该段落地下水补给量较大，渗透性较强；
2、马鞍梁隧道进口工区为单面上坡掘进施工，洞内有水需抽排至马鞍梁进口外。
而目前马鞍梁进口段路基排水不畅，大量排水将浸泡正在施工的石家湾段路基，因此洞内出现大量抽排水的情况应尽量避免。
方案二：
“洞内帷幕注浆堵水”方案存在以下问题：
1、因洞内施做帷幕注浆，无法采用双侧壁导坑或CRD等工法施工，加之IDK743+440～+620浅埋段隧道洞顶距沟心埋深仅11m，施工中存在有地表水严重渗漏及地面塌陷的可能性，施工风险极大。
2、洞内帷幕注浆工艺要求高，注浆效果难以保证，施工周期长，工期压力大。
综上所述，针对马鞍梁隧道下穿五龙沟段不同段落的地层及地形条件，采用地表注浆或洞内帷幕注浆，注浆工艺成熟，在确保施工质量和注浆效果前提下，可以注浆固结地层，有效降低隧道开挖风险，避免地下水进入隧道进而威胁进口路基工程；同时，由于地表注浆在地表作业，无注浆加固盲区、注浆加固作业简单、质量可控，可以与洞内开挖施工同步作业，不占用循环作业时间，有效保障工期，因此本次开展了“地表袖阀管注浆”方案的研究。
1、注浆方案设计
（1）分段措施
综合五龙沟沟谷场地地形条件、隧道工程地质、水文地质以及袖阀管注浆的成本考虑，本次地表袖阀管注浆加固纵向范围初步考虑IDK743+430~+566共计136m，环向加固至隧道开挖断面周边5m，采用Φ65mmPVC袖阀管。
IDK743+566~+620共计54m由于受到地表地形限制，结合地质资料，考虑采用洞内全断面超前帷幕注浆施工方案。
（2）配合注浆进行地形平整
IDK743+430~522段位于五龙沟沟谷内，地形平缓，地表高程1051~1061；IDK743+522~+566段位于坡面前缘，地表高程1061~1069。
根据地形条件初步考虑IDK743+430~522段92m场地平整后地面标高为1051m，IDK743+522~+566段44m场地平整后地面标高为1060.5m。
（3）分区段注浆
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20m，以便于控域注浆。
由于该地段施工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；浆液采用快硬硫铝酸盐单液浆为主，普通水泥—水玻璃双液浆为辅，采取静压注浆，分段注浆工艺，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。
2、注浆材料
考虑到地层为含水层，为了有效地控制浆液的扩散区域，保证注浆材料在地层中凝胶化性能，以及浆液凝胶后的时效性，注浆材料采用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，双液浆浆液的凝胶时间控制在10～40sec以内，从而达到可控域注浆的目的。
原材料：
快硬硫铝酸盐水泥，P42.5普通硅酸盐水泥，45-50Be'水玻璃（M=1.7～3.1）。
材料配比：
（1）硫铝酸盐单液浆：
水灰比W:
C=0.8:
1～1:
1；
（2）水泥-水玻璃双液浆：
水灰比W:
C=0.8:
1～1:
1；水泥—水玻璃体积比C:
S=1:
1；水玻璃波美度：
33～38Be'。
3、机械设备、材料
注浆施工所采用的机械设备、材料如表1所示。
机械设备、材料表表1
序号
类别
名称
型号
单位
数量
备注
1
机
械
多功能钻机
台
根据需要
Φ120mm套管钻机
2
注浆泵
台
3
搅拌桶
台
4
储浆桶
个
自制
5
材料
膨润土
t
308
封孔套壳料
6
普通水泥
t
308
7
PVC袖阀管
Φ65
m
66495
含配件
8
注浆量
硫铝酸盐水泥
方
21156.7
圆砾土孔隙率取30%
9
普通水泥-水玻璃双液浆
P42.5#
4、施工工艺
注浆孔布设采用等边三角形布孔模式，试验注浆设计参数如表2。
注浆加固布孔平面如图2-2、图2-3。
设计参数表表2
序号
参数名称
参数值
1
浆液扩散半径
0.8m
2
加固范围
纵向IDK743+440~+556共116m
3
环向开挖轮廓线外5m
4
加固深度
拱顶以上5m至仰拱以下5m
5
注浆孔间距
等边三角形，间距1.2m
6
孔深
30-39m
图3注浆孔布设平面图（单位：
cm）
图4注浆孔布设断面图
5、施工工艺
（1）施工工艺流程
图5袖阀管注浆施工工艺流程图
（2）钻孔
①采用测量仪器、皮尺等工具按设计要求定出注浆孔孔位；
②采用多功能钻机按标出的孔位垂直于地面进行钻孔，钻孔孔位水平偏差≤5cm，钻孔垂直度误差≤1/150；
③在钻孔过程中，做好详细的钻孔记录，对钻孔进行地质描述，经过同原设计地质图相比较，进行变更和指导下一步的注浆作业施工；
④在钻孔过程中应做好详细的钻孔记录，以利于注浆作业施工；
⑤钻孔深度按设计施工。
（3）安设袖阀管
钻孔完成后先退内钻杆，在袖阀管底部加下闷盖，将注浆管沿套管下到孔底。
边退出套管边用粗砂回填，在孔底至距地面6m段采用粗砂填充，在孔口以下6m及孔口部位采用速凝水泥砂浆填充，以防止注浆时返浆。
顶部加上闷盖。
图6注浆工艺流程图
（4）浆液配制
1）水泥浆的配制
首先在搅拌机中加入水，启动搅拌机，根据计算，加入水泥，强力搅拌，混合均匀，待用。
2）水玻璃的稀释
首先在拌浆桶中加入45-50Be＇浓水玻璃，然后加水稀释，用玻美计测试浓度，进行搅拌，当达到规定浓度时，待用。
（5）注浆参数
注浆参数如表3所示。
注浆参数表表3
参数名称
参数值
浆液扩散半径（m）
0.8
注浆终压（Mpa）
2.0～3.0MPa
浆液凝胶时间（min-sec）
20sec～30min
注浆速度（l/min）
20～30
注浆分段长（或称注浆步距）（m）
0.5~1.0
单孔每米注浆量（L）
406.9
（6）注浆施工
采用双液注浆泵进行注浆作业。
注浆顺序原则上采取由外到内约束——发散性方式，从而有效控制浆液扩散区域，确保注浆后形成完整的注浆加固体。
注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆带内由孔底进行注浆，每次注浆段长0.5m，注完第一注浆段后，后退注浆芯管，进行第二注浆段的注浆，以此下去，直至完成注浆带。
注浆过程中应做好详细的注浆记录，并对浆液进行凝胶时间的测定，确保注浆施工效果。
注浆终孔交圈图见图2-6。
图7注浆终孔交圈图（单位：
cm）
考虑到地层渗透系数大，透水性强，为有效地控制注浆材料的扩散区域，保证注浆材料在地层中凝胶化性能，周边孔注浆材料采用普通水泥——水玻璃双液浆，中间孔采用硫铝酸盐水泥单液浆从而达到可控域注浆的目的。
1）注浆原材料
水泥：
新鲜P42.5#普通硅酸盐水泥；425硫铝酸盐水泥；
水玻璃：
40～50Be'水玻璃（M=1.7～3.1）；
2）注浆材料配比
水灰比：
W:
C=0.8:
1～1:
1；
水泥—水玻璃体积比：
C:
S=1:
1
水玻璃浓度：
33～38Be’
六、投资估算
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