马鞍梁隧道下穿五龙沟段施工方案研究修改Word格式文档下载.docx

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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；

（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：

水泥—水玻璃体积比C:

S=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

类别

名称

型号

单位

数量

备注

机

械

多功能钻机

台

根据需要

Φ120mm套管钻机

注浆泵

3

搅拌桶

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

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

参数名称

参数值

浆液扩散半径

0.8m

加固范围

纵向IDK743+440~+556共116m

环向开挖轮廓线外5m

加固深度

拱顶以上5m至仰拱以下5m

注浆孔间距

等边三角形，间距1.2m

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

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：

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:

水泥—水玻璃体积比：

C:

水玻璃浓度：

33～38Be’

六、投资估算