川藏铁路富水软岩隧道排水及隧底加固施工方法

铁道技术监督

RAILWAYQUALITYCONTROL

研究与交流

STUDYANDCOMMUNICATIONS

川藏铁路富水软岩隧道排水及隧底加固施工方法

许庆君

（中铁九局集团第六工程有限公司，辽宁沈阳110013）

摘要：采用逐级泵站结合袖阀管后期隧底加固施工方法，解决拉林铁路杰德秀1号隧道内富水软岩

地带的排水和隧道底部围岩稳定性问题。逐级泵站可将水及时排除，有效防止施工面围岩受大量地下水长时间浸泡，保留围岩自身的有效强度和自稳能力。袖阀管注浆通过劈裂、渗透、挤压密实等作用，使浆液与土体充分结合，形成较高强度的水泥土固结体和树枝状水泥网脉体，有效提高隧底处围岩的稳定性。逐级泵站结合袖阀管注浆方法相辅相成，解决了川藏铁路隧道富水软岩地带防排水和隧底加固施工的技术难题，为其他类似工程提供参考。

关键词：富水软岩隧道；隧道排水；隧底加固；袖阀管注浆中图分类号：U255.4

文献标识码：B

文章编号：1006-9178（2019）12-0059-05

Abstract：Inordertosolvetheproblemsofwaterrichsoftrockzonedrainageandstabilityofsurroundingrockatthethebottomofthetunnelinthelaterstageofstepbysteppumpingstationcombinedwithsleevevalvepipeisadopted.constructionsurfacefrombeingimmersedinalargenumberofgroundwaterforalongtime,andretainstheeffective

bottomofthetunnelintheJiedexiuNo.1TunnelofLasa-LinzhiRailway,theconstructionmethodofstrengtheningThestepbysteppumpingstationcanremovethewaterintime,whicheffectivelypreventsthesurroundingrockofthestrengthandself-stabilityofthesurroundingrockitself.Sleevevalvepipedrainagethroughtheeffectsofsplit,infil⁃trationandcompaction,theslurryandsoilcanbefullycombinedtoformhighstrengthcement-soilconsolidationbodyanddendriticcementnetvein,whichcaneffectivelyimprovethestabilityofsurroundingrockatthebottomofwhichsolvesthetechnicalproblemsofwaterproofanddrainageandbottomreinforcementconstructioninwater-richsoftrockzoneofSichuan-TibetRailwaytunnel,andprovidescertainreferenceforothersimilarprojects.

thetunnel.Stepbysteppumpstationcombinedwithsleevevalvepipegroutingmethodcomplementseachother,

Keywords：Water-richSoftRockTunnel;TunnelDrainage;TunnelBottomReinforcement;SleeveValvePipeDrainage

1概述

拉林铁路即拉萨—林芝铁路，西起青藏铁路拉

地。山高谷深，气候极端恶劣。山脉呈东西向纵贯延展，谷岭相间，地势起伏跌宕，山势异常陡峭，越岭隧道较多，桥隧相连，10km以上的特长隧道6座，5km以上的长大隧道15座，且地质条件复杂，洞口危岩落石、风积砂、活动断裂、高地温、硬质岩岩爆、软岩大变形、穿越富水地层等不良地质分布广泛且地势陡峻，具有一系列西藏高原特色的工程地质问题。

软质板岩隧道常表现出极强的流变特性，在施工中因常出现大变形而难以控制。尤其是处于高烈度地震区的软质板岩隧道，在施工过程中孔隙潜水和基岩缝隙水的浸泡，极大降低了围岩的强度和自稳能力。针对以上情况，结合工程实际，采用逐级泵站结合袖阀管后期隧底加固施工方法，可及时将反坡隧道内的积水排出洞口，同时，对隧底进行注浆加固，可以提高围岩的强度和自稳能力。

2019年12月（总第398期）

萨站，东至林芝地区林芝站，起点DK0+000—

DK33+500，含新建及电气化改造工程。新建正线48.73km，拉林铁路运营长度435.48km。

长度403.14km，拉萨地区既有线电气化改造共计

拉林铁路位于西藏自治区东南部，所处地段平

均高程3564m，最高高程可达5438m，相对高差

1890m线路从在建拉日铁路协荣站引出，向东经贡嘎、扎囊、乃东、桑日、加查、朗县、米林至林芝，是西藏自治区对外运输通道的重要一段，也是川藏、滇藏铁路的重要组成部分。所经路段位于冈底斯山与念青唐古拉山、喜马拉雅山之间的藏南谷

收稿日期：2019-05-10

作者简介：许庆君，高级工程师

·59·

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2

2.1

工程与区域地质概况

工程概况

拉林铁路杰德秀1#隧道位于青藏高原东南部雅

地温及砂土液化等。特殊岩土主要为松软土、软土等。

3

3.1

隧道排水与隧底加固

隧道排水

隧道出口反坡施工，洞内涌水量大，排水问题

鲁藏布江西侧山南地区贡嘎县，进口里程为DK59+

860，出口里程为DK61+550，全长1690m。隧道

进口至出口为10.4‰的下坡，最大埋深约190m。Ⅳ级围岩1285m，Ⅴ级围岩405m。隧道所在地区主要地表水系为雅鲁藏布江，地下水为第四系孔隙潜水和基岩缝隙水。地层岩性以泥质板岩为主，构造作用强烈。地下水较发育，隧道掘进过程中会在部分地段岩体表面渗出，局部甚至出现成股涌出现象。隧底为富水软弱破碎带等不良地质基岩，裂隙水能够沿节理面下渗。2.2

区域地质概况

沿线主要分布有新生界、中生界、古生界、元古界沉积岩、岩浆岩、变质岩及雅鲁藏布江构造地层区和各种成因的松散堆积层。侵入岩形成时代主要为燕山晚期，局部为寒武纪。沿线处于西藏高原的藏南谷地，山高谷深，高寒缺氧；构造发育，内动力地质作用强烈；浅表地貌改造频繁，表生地质作用强烈。测区主要工程地质问题有高地应力、风沙、危岩落石、泥石流、崩塌、滑坡、冰害、高

尤为突出。隧道施工设置多级排水系统，每级设置集水箱，箱内安装自动水位控制器，建多级排水泵站，每个排水泵站安设钢板集水箱（降水井）。仰拱施工范围设立临时集水坑（降水井）并铺设管路连接泵站，减少围岩尤其是隧底围岩遇水浸泡，以保证在隧底围岩承载力合格期间完成仰拱施工。排水设备（反坡排水）见表1，多级排水系统如图1所示。

表1

泵站位置编号进口出口1＃2＃3＃4＃排水设备（反坡排水）抽水机参数功率/kW5.55.57.57.5流量/（m3/h）8080扬程/m10101010水泵型号QW80-10-5.5QW80-10-5.5QW100-10-7.5QW100-10-7.5100100注：以上设备均为2台。

洞门

开挖掌子面

中导

下导①临时集水井

②集水箱

②

集水箱

沉淀池

②

集水箱

①—移动潜水泵；②—自动水位控制器抽水泵

图1多级排水系统

3.2隧底加固

富水地区隧道仰拱底部持续渗水，导致细颗粒

岩层的加固处理。隧道袖阀管如图2所示。

流失，这一现象无法避免。为限制后期仰拱沉降，采用隧底袖阀管注浆加强措施，改良隧底围岩，提高仰拱底部围岩承载力，可以有效抑制整体沉降。袖阀管注浆加固能够定深、定量，并能分序、分段、间隙和重复注浆，与环向软弱围岩处理措施相辅相成，保障了富水软岩隧道施工前期及完工后期实体质量和安全。因此，该技术非常适合隧底软弱·60·

4

4.1

隧底加固施工工艺流程及关键技术方案

袖阀管注浆流程

袖阀管注浆流程如图3所示。

4.1.1试桩加固试验及取芯

注浆加固前，应先完成试桩加固试验。根据试桩加固取芯情况，选择合理的施工工艺和有关技术参数，确保注浆效果。在注浆加固28天后取芯，

铁道技术监督第47卷第12期

Φ50PVC塑料管Φ6射浆孔软橡胶套

35cm注浆芯管

止浆塞软橡胶套

导向环

射浆孔

止浆塞

Φ91钻孔

（a）袖阀管结构

隧道中线内轨顶面A

（b）注浆芯管结构

直径108mm

后浇填充层施工缝

袖阀管端头25cm深度范围采用Φ108扩孔，孔壁凿毛后回填补偿收缩C35细石混凝土封孔孔

已施工填充层

5009°6°

3°

4°30′7°30′

预埋Φ90PCV管

Φ50袖阀管加固120mm×d（环向×纵向），纵向间距d为两环钢架距离，交错布置，加固至基底以下5m

25cmΦ91钻孔Φ50PVC管

（c）袖阀管布设

图2隧道袖阀管

试桩加固试验取芯不合格测量放样合格钻机就位钻孔制拌套壳料制作袖阀管

灌注套壳料安装袖阀管分次注浆封孔口注浆设备就位配置浆液储浆罐（d）大样

3%，每组不少于3个钻孔取芯。基底注浆加固后，复核地基承载力不小于300kPa，且注浆饱满，充填密实，能有效起到固结作用。4.1.2测量放样

在正式施工前采用地质雷达与测量相结合的方法，明确隧底钢筋、钢架布置。钻孔前应尽量避开结构主筋，有效避开钢架，尽量减少对既有结构的破坏。4.1.3钻孔

根据测量放样确定孔位，采用地质钻机成孔。钻机就位后检查倾斜角度，误差不超过1%。钻孔应达到设计深度。钻进过程中，根据实际地质情况做好记录，为施工中不同注浆参数提供参考。参考配合比（重量比）为水泥∶粘土∶水=1∶1.5∶2，具体配合比根据现场试验确定。

·61·

图3袖阀管注浆流程

在不同位置上进行钻孔取芯试验，每个注浆段落至少要完成3组及以上试验，且不少于注浆孔的2%~

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4.1.4安装袖阀管

安装袖阀管，包括下袖阀管和钻孔封口等工作。袖阀管一定要连接紧密，不得断开。灌注套壳料后，立即将底部封闭的袖阀管插至孔底，袖阀管位置在孔中央。安插过程中如遇阻力，不能顺利插入，应查明原因，禁止用过大外力压入。安装深度应与钻孔深度一致，误差不大于20cm。4.1.5遂底注浆

0.3MPa注浆前需，做好准备工作后，方可注浆。隧底注浆2~5天的待凝时间，套壳强度达到

主要采用纯水泥浆。水泥采用普通硅酸盐42.5水

泥。参考配合比为水泥∶水=（0.5~1）∶1，注浆压力1MPa~3MPa。通过现场注浆试验确定具体注浆压力、配合比等有关参数和合理的施工工艺。

注浆采用双栓塞芯管实行注浆：①在较高压力（1.5MPa）条件下能够稳压10min即可终止注浆；②吸浆量长时间小于2.5L/min，可终止注浆；③发生窜浆、浆液漏失严重或浆液沿注浆管壁上冒、击裂封堵层时，立即停止注浆。4.1.6封孔口

注浆工作全部完成后，在袖阀管端头25cm深度范围内采用直径108mm钻头扩孔。孔壁凿毛后回填补偿收缩C35碎石混凝土，完成封孔。4.2

关键技术方案

4.2.1超前预加固

富水破碎带采用直径89mm无缝钢管，每6m一环，搭接2m设置。其余破碎段采用长3m，直径0.842有效抑制开挖过程中围岩的变形或坍塌，防止围岩mmm一环，形成搭接无缝超前小导管2m的多层小导管保护层，能0.3m环向间距布设，每松动而降低强度及稳定性。开挖时，主要采用在初支后3m范围内执行径向注浆加固，加强管控，对初支背后执行回填注浆，保证初支与围岩密贴，共同受力。富水段注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。4.2.2掌子面处理

隧道采用三台阶七步开挖法，降低边墙高度和洞室跨度，有利于墙壁及掌子面稳定。隧道开挖后，及时喷射混凝土封闭岩面，防止水蚀、风化，减少围岩强度损失。尽可能采用非爆破或弱爆破开挖方法，保持围岩强度。4.2.3初期支护处理

拱墙初期支护及临时仰拱应与开挖同步，每循环封闭。仰拱可略滞后开挖，但不宜大于30m。·62·

考虑变形情况，必要时紧跟开挖面。采用18工字钢0.8m间距闭环初支。初期支护所承受的荷载主要源自围岩的变形压力，来自于隧道的四周，包括隧道仰拱初支。钢架之间的连接及各连接处，均采用双对注浆直径42mm无缝锁脚锚管加强，辅以砂浆锚杆，避免环向出现薄弱环节，影响环向受力，导致初支变形损坏。

4.2.4围岩监控量测及控制围岩失稳对策

监控量测是新奥法的重要内容之一，也是软岩隧道施工管理的必须手段。通过监控量测及数据分析，判断隧道的变形情况及稳定性。根据量测结果确定支护参数，既保障安全又节省投资；根据变形监测，可预测塌方，及早采取措施，保证安全和质量。4.2.4.1必测项目是施工中必须作为一道工序实行监控

必测项目

量测的项目，包括拱顶下沉量测、周边收敛量测。

（1）拱顶下沉量测。拱顶下沉量测结果，最能直观反映施工安全程度，它是最重要的量测监控项目之一。若地质条件复杂，导致下沉量大或偏压明显，应同时量测拱腰下沉及基底隆起量。测点的安装应能保证在开挖后12h（最迟不超过24h）内和在下一循环开挖前测到初次读数。按每个测点分别绘制拱顶下沉回归曲线，将信息及时反馈。

（2）周边收敛量测。断面间距根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度等确定。该隧道，间距为V平收敛量测采用收敛仪按时量测，以便了解施工过级围岩5m，Ⅳ级围岩10m，Ⅲ级围岩20m。水程中围岩变化情况。水平收敛量测频率与拱顶下沉完全相同。按每条测线绘制水平收敛时间曲线，分析初期支护稳定情况，推算最终位移值，以便确定二衬进行时间。4.2.4.2必测项目测点布置如图选测项目

4所示。

选测项目是根据围岩性质自行确定的监控测量

项目，作为必测项目的验证和补充，主要包括围岩内部变形测量、锚杆轴力量测、围岩压力量测等。

（1）围岩内部变形量测。量测断面需设在有代表性的地质地段；在一般围岩条件下，每隔200测断面布设m～5003m—设111个测点；要尽量靠近锚杆或周边个量测断面比较适宜。每个量

位移量测的测点处，以便计算分析。围岩内位移的量测频率与同一断面其他项目量测频率相同，采用

铁道技术监督第47卷第12期

拱顶下沉测点水平收敛测定水平基线

最大跨度线

隧

道中线

—拱顶下沉测点；—周边收敛测点

图4必测项目测点布置

多点位移计量测。

（2）锚杆轴力量测。隧道开挖爆破后，实施测点布设。测点布置在隧道拱顶、左右拱腰位置，每种围岩设2组。锚杆内力、抗拔力采用锚杆测力计和ZX-20型锚杆拔力计量测。控制值：抗拔力不低于设计值，内力不大于设计值的80%。

（3）围岩压力量测。对地下岩体压力、渗水压力量测测点，具体位置另视施工情况而定。各种测点布置位置，均要在安装钢拱架时将土压力盒、渗压计按设计位置安设于岩壁与钢拱架之间。每个主断面安设土压力盒4个，渗压计4个。岩体压力，采用预埋设的GDY-2土压力计定时量测；渗水压力采用DKY-51型渗压计、频率接收仪定时量测。量测频率，以开挖面到测点的前后距离控制，B为洞宽，当距离小于2B时，每天1次；当距离为2B~5B时，每2天1次；当距离小于5B时，每周1次。按时监测，及时绘制土压力曲线和渗水压力曲线，及时了解开挖周边土石压力和渗水压力，利于施工决策。

信息化施工要求以监测结果评价施工方法，确定工程技术措施。因此，对于2个主要量测项目建立变形位移等级评测表，分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级，根据不同等级采取有针对性的施工措施。若遇到紧急情况时，随时整理上报，并提出应急方案和调整措施报送监理，现场暂时停工，加强观测。变形位移等级评测见表2。

表2变形位移等级评测

等级位移值施工状态Ⅲμ＜（μn/3）正常施工Ⅱ（μn/3）≤μ≤（2μn/3）加强支护Ⅰ（2μn/3）＜μ采取特殊措施注：μ—实测变形值；μn—允许变形值。

根据信息反馈情况对围岩稳定性做出判断，提

出相应控制围岩失稳的对策：①对未支护的围岩调整支护参数，可增设超前支护或喷砼，增设钢架或加密钢架，加密系统锚杆增设钢筋网，加厚喷层厚度等；②变更开挖方法，如分部开挖、增设临时仰拱等；③对已做初期支护地段采取加密锚杆，挂网复喷砼；④提前做二次衬砌，二次衬砌改为钢筋混凝土。

与国内其他高原富水软岩隧道相比，由于工期短，采用袖阀管注浆能够多次重复补偿注浆，同时又能根据需要分段注浆，克服了传统注浆工艺的2大缺点。采用该项技术，施工效率高，1台钻机每天可成孔110m。成孔后可根据不同地层和施工需要注浆，避免不必要的浪费，注浆效果明显。同时，仰拱面操作施工方便，避免与洞内施工交叉作业，加快了施工进度。对比先注浆加固地基，加快了工序循环时间，避免了围岩受地下水浸泡产生的二次清理费用及时间。

5结语

提供一种高原富水软岩隧道控排水及拱底加固

施工方法。通过在泥质板岩富水破碎软弱带有针对性地采用沿隧道掌子面至洞口布设降水井及逐级排水泵站系统，将洞内汇集在掌子面的积水排至洞外，保证施工面围岩免受地下水浸泡，保留围岩有效强度和自稳能力。同时，通过袖阀管注浆加固隧底，大大消除了不均匀沉降对工程主体的影响，为施工生产及设备运营创造有利条件。经过实践，该项施工技术在富水软弱岩地质条件中效果理想。参考文献

1］铁路隧道设计规范：TB10003—2016［S］．

2］铁路隧道超前地质预报技术规程：Q/CR9217—2015［S］．3］高速铁路隧道工程施工技术规范：Q/CR9604—2015［S］．4］铁路隧道工程施工机械配置技术规程：Q/CR9226—2015［S］．5］铁路隧道工程施工质量验收标准：TB10417—2018［S］.6］铁路混凝土工程施工技术规程：Q/CR9207—2017［S］.7］铁路混凝土工程施工质量验收标准：TB10424—2018［S］.

（编辑吴磊）

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