关角隧道正洞软弱层超前管棚小导管双液帷幕注浆止水超前预支护施工技术.doc

PAGE PAGE 1 关角隧道正洞软弱层超前管棚、小导管双液帷幕注浆 固化止水预支护施工技术 一、工程概况 改建铁路西宁至格尔木铁路在关角修建长32.645km的双洞双线隧道，该隧道是国内目前已开工建设的最长铁路隧道。工程位于新构造活动强烈的青藏高原东北缘，测区属祁连山系中段南缘支脉青海南山，呈NW-SE向横亘于中部，总体地势是中部高北东和南西低，区内峰峦叠嶂，沟壑纵横，地貌复杂多样。关角隧道施工中存在着软弱围岩大变形、突水涌水、围岩失稳等风险。 1.1 不良地质条件 DK280+550～DK291+000段地质条件复杂，隧道掘进难度大，主要不良地质条件有连续流砂、岩溶、断层等，岩石破碎，地下水丰富，多次造成塌方、淹井等事故。 1.2 区内主要断层 区内主要断层为菜挤河断裂(F2)，该断裂西起天竣县南的窝布敌鄂，向东经托洛合、鲁茫群果、勒瓦沟，沿菜挤河向东进入青海湖，断层地貌标志明显，航、卫片上线性影像明显，地貌上主要表现为宽度为70-300m宽的断层谷地和断层娅口，断裂主要发育在志留系变质砂岩与三叠系灰岩之间及志留系内部，基本上构成中部二叠、三叠沉积区的北界。延伸长度约70km，断层产状: N70°～80°W/60°～80°N，属逆断层，新活动表现为逆冲性质，主断层破碎带宽70～300m。断层穿越菜挤河，沿断线未见河流各阶地发生断错变形，说明该断裂晚更新世以来没有活动，但该断裂切断本区上新世一早更新世形成的二级夷平面，并形成断层谷地地貌，说明该断层在第四纪早期有活动，应为一第四纪早期活动断裂。该断裂位于近场区的中北部，隧道大角度通过该断层，断层破碎带较宽、岩体破碎，对隧道施工有很大影响;尽管其附近现代地震活动很少，但该断层有一定的新活动性，有发生中强地震的可能性，对隧道工程稳定性有一定的影响。 1.3 围岩地质条件软弱围岩稳定问题 (1) DK280+550～DK281+140(长590m )隧道通过的地层主要为第四系砂质黄土、粘土及细砂及F1断层。细砂松软、断层破碎。存在的风险主要为基础下沉、塌方，该段为贫水区，发生突水、涌水的可能性很小。 (2) DK281+140～DK285+395(长4255m )隧道通过的地层主要为志留系砂岩夹板岩，以变质砂岩为主，局部夹少量千枚岩，断裂构造发育，发育两条区域性断层，岩体受构造影响严重，节理发育，岩体较破碎，局部破碎，为弱富水区一中等富水区。该段地层存在围岩失稳、变形及突、涌水等风险。 1.4 软弱围岩稳定问题 隧道通过区属青海南山高山区的关角日吉山，隧道进口位于布哈河冲积平原后缘，隧道进口以北为宽阔、平坦的布哈河冲积平原，该区为河湖相沉积环境。进口段280+570～281+765第四纪地层由上至下分布顺序是砂质黄土，细砂层和粉质粘土。其中粉质粘土和细砂层为现代河床的冲积、洪积搬运、沉积作用而在山前形成的地层;砂质黄土层是由于风的搬运和沉积作用，断断续续厚度不等地覆盖在山前洪积物上的。正洞进口施工还经过河沟浅埋段281+765～282+165，局部埋深不足40m，此段围岩主要为志留系变质砂岩夹板岩，以变质砂岩为主，局部夹板岩及少量千枚岩，变质砂岩占70%，局部呈不等厚互层状。 二、 施工总体方案 针对关角隧道主洞进洞洞身围岩软弱松散的状况及隧道涌水量较大使洞身全断面围岩松散并产生流沙的问题，现采用超前长管棚结合小导管支护技术及沿洞体周边外扩5.0m用双液帷幕注浆止水固化的施工工艺进行正洞的超前预支护和涌水处理。 三、 超前长管棚结合小导管及帷幕止水预支护施工工艺 3.1 施工工艺及方法 管棚施工应从掌子面由上至下分三级施工（见图1）。管棚孔位中心布置在开挖线外0.2m，钻孔环向间距为0.4m。施工时先施工隧道洞顶的管棚，然后分别向两侧以0.8m的环向间距施工间隔的管棚，最后再施工每两个间隔管棚间的管棚。 采用C6配潜孔锤钻机跟管钻进，套管采用Φ89钢管作为管棚。因C6钻机在隧道顶两边圆弧线上无法定孔，即采用活动支架式的潜孔锤跟管成孔。本施工地段地质构造相当复杂，局部地段软硬夹层，潜孔锤跟管幅度大时，随时可调整采用活动支架式钻机套三叶钻头带压力水钻进，成孔后顶推管棚钢管根据实际钻孔速度而确定。 第一级管棚钻孔完成后，进行管棚间小导管的施工。小导管布设在相邻两管棚之间的中心位置（见图2）。该小导管成孔采用改制的煤电钻带压力水钻进，钻头为合金麻花钻头，钻杆用Φ25钢管，跟管钻进，钢管作为注浆管随孔锚入孔内。所有注浆管不加工成花管，注浆时浆液从孔底向外渗透过程中在压力的作用下向孔壁周边软弱围岩缝隙渗透扩散以此达到帷幕止水固化的目的。在已完成的管棚与小导管的基础上，增加一环帷幕止水固化的小导管，该小导管沿洞体周边布设（具体孔深孔径，布孔角度见图1）间距1.2×1.0m（环×