马殷军

（敦煌铁路有限责任公司，甘肃 敦煌 736200）

当金山隧道施工关键措施

马殷军

（敦煌铁路有限责任公司，甘肃 敦煌 736200）

在复杂的工程地质与水文条件下进行隧道工程施工时，确定适宜的施工技术措施是关键与必要的。结合敦格铁路当金山隧道的具体情况，对断层破碎带及富水带、隧道出口洪积扇细角砾土地段、隧道大变形处理及预防隧道发生失稳等施工关键措施进行研究。其中，针对断层破碎带及富水带的施工采取径向注浆、帷幕注浆、局部注浆方法，并介绍突涌水等情况的应对措施。对关键技术措施的应用效果进行论证，研究成果为同类隧道的施工提供借鉴。

隧道工程；敦格铁路；当金山隧道；施工关键技术

0 引言

敦格铁路北起甘肃省敦煌市，南至青海省格尔木市，正线全长509 km。当金山隧道为全线控制性工程，全长20.14 km，隧道通过地面海拔为2 864～3 700 m，平均海拔3 000 m。当金山隧道具有“三高、两低、三长、两多”和“两大”的工程特点，其中“三高”指高海拔、高地应力、高地震烈度；“两低”指气温低、气压低；“三长”指单面坡长、独头通风距离长、反坡排水距离长；“两多”指断层破碎带多、不良地质多；“两大”指埋深大、水量大。因此，当金山隧道的施工评估为高风险隧道。结合具体地质状况和水文特征进行合理设计，制定切实可行的工程施工关键措施，保证隧道顺利贯通[1-9]。

1 工程地质与水文特征

1.1 工程地质

当金山隧道位于祁连山脉与阿尔金山脉的结合部——当金山中高山区褶皱带，洞身通过的主要地层为：志留系下统（S1）以云母石英片岩为主，局部为大理岩，岩体较完整；志留系中统（S2）以绿泥石英片岩为主，局部夹千枚岩，岩体受构造影响严重，节理裂隙发育，岩体较破碎；加里东期花岗岩（γ3），斑状结构，块状构造，岩质坚硬，局部岩体受构造影响强烈，岩体较破碎。由于受多期地质构造的影响，地质构造较为复杂，其中Ⅱ～Ⅲ级围岩9.345 km，占46.4%，Ⅳ～Ⅴ级围岩10.435 km，占51.9%。部分段落地下水较发育，隧道共通过10条断层破碎带，其中区域性断裂带2条（F4、F5），F5断层（825 m）为活动断层，次级断裂带8条。当金山隧道地质复杂，塌坍、涌水处理困难，施工安全风险大。

1.2 水文特征

隧道区地下水较发育，以基岩裂隙水和构造裂隙水为主，主要受大气降水、冰雪融水及地表沟水补给，水质较差，对混凝土有侵蚀性。预测正洞折减后的正常涌水量18 689 m3/d，可能出现的最大涌水量56 069 m3/d；平导的正常涌水量为19 671 m3/d，可能出现的最大涌水量59 013 m3/d。隧道基岩裂隙弱富水区的7个亚区（Ⅱ-1—Ⅱ-7）总长为11.860 km，占隧道总长的58.9%；中等富水区的4个亚区（Ⅰ-1—Ⅰ-4）总长为8.265 km，占隧道总长的41.1%。当金山隧道地质纵断面见图1。

2 施工关键措施

当金山隧道施工面临围岩失稳、地应力高、岩爆、大变形、突涌水等工程风险。因此，必须结合隧道的具体状况，对施工过程中的关键措施进行研究，以确保隧道施工的质量、进度和安全。

图1 当金山隧道地质纵断面

2.1 断层破碎带及富水带

针对当金山隧道通过的几条断层破碎带及富水带，根据不同的断层特征和超前地质预报结果，采用径向注浆、帷幕注浆、局部注浆等措施。

2.1.1 径向注浆

径向注浆包括平导、斜井径向注浆及正洞径向注浆。

（1）平导、斜井径向注浆：在周边衬砌结构面上，径向布置注浆花管，注浆管环向布设间距100～140 cm，纵向布设间距2.2 m，孔深3.2～4.4 m，按梅花形布置。注浆工艺实施全孔一次性注浆，顺序由外圈到内部、由下到上，并采取跳排跳孔的约束型注浆方式进行控制。

（2）正洞径向注浆：径向注浆除洞身注浆孔间距为75～155 cm、孔深为4.5 m外，其他措施均同平导、斜井径向注浆。

2.1.2 帷幕注浆

帷幕注浆包括平导、斜井帷幕注浆、正洞周边帷幕注浆和正洞全断面帷幕注浆。

（1）平导、斜井帷幕注浆：一次注浆长度11 m，注浆加固范围为开挖轮廓周边不小于3 m。施工时，可根据实际地质情况通过试验调整一次注浆长度及注浆孔的布置。

（2）正洞周边帷幕注浆：一次注浆长度27 m，注浆加固范围为开挖轮廓周边不小于6 m。施工时，通过试验确定一次注浆长度及注浆孔的布置。

（3）正洞全断面帷幕注浆：注浆加固范围为开挖轮廓周边不小于4 m，每一循环长度27 m，注浆孔孔底间距3 m，扩散半径2.5 m。掌子面设5环周边注浆孔，1个水平注浆孔，4个超前探孔，探孔终点在开挖线外4 m。

帷幕注浆均采用后退式注浆方式，施工中若发生坍孔，则改为前进式注浆。

2.1.3 局部注浆

当局部涌水量大时，可采取局部超前注浆或通过后局部径向注浆方法。

2.2 突涌水应对

当金山隧道通过富水断层、向斜构造以及岩性接触带等地段，施工过程中容易发生突涌水现象。施工中采取超前钻、红外探水等多种手段，及时掌握前方的地质情况及涌水量，在施工中根据具体的条件按以下原则进行处理。

（1）当隧道通过断层破碎带或节理密集带时，针对不同的岩层状况及地下涌水量，以及开挖后可能出现的危害，根据表1采取不同的处理措施。

（2）当隧道通过块状围岩时，根据裂隙水发育状况、地下水对围岩的影响程度不同，采用抽水、径向注浆、局部注浆以及帷幕注浆等方式处理。现场突涌水处理见图2。

表1 断层破碎带或节理密集带的处理措施

图2 现场突涌水处理

2.3 洪积扇细角砾土地段

隧道出口处于洪积扇细角砾土地段，可采用径向注浆加固措施，洞身周边径向布置注浆花管，注浆管环向布设间距100～140 cm，纵向布设间距2.2 m，孔深2.2～3.5 m，按梅花形布置。注浆材料采用普通水泥单液浆（加速凝剂），现场注浆困难时可选用水泥-水玻璃双液浆。注浆工艺实施全孔一次性注浆，注浆顺序由外圈到内部、由下到上，并采取跳排跳孔的约束型注浆进行控制。

2.4 大变形的处理

当金山隧道洞身通过F5活动断层以及绿泥石英片岩地段，可能发生大变形，可根据变形大小采取一种或多种处理措施：（1）针对不同的地层，采用不同参数的台阶法施工技术来控制围岩变形，如对于F5断层，采用3台阶的方法；（2）根据围岩情况，适当调整开挖断面、初期支护的曲率，使其尽量接近圆形，达到抑制围岩变形的效果；（3）采用超前注浆围岩加固技术，以提高围岩的物理力学参数及应力分布的均匀性；（4）现场测试围岩松动圈的范围，根据围岩应力特征，在隧道施工中采用中长锚杆（管）围岩加固技术控制变形；（5）通过加大隧道的预留变形量，加强隧道的初期支护参数（喷射混凝土厚度、钢架间距、型钢型号、锚杆长度）及二次衬砌的结构参数等，以控制变形；（6）及时施做仰拱拱架，使初支拱架闭合成环，共同参与受力，减少围岩变形；（7）发生挤压大变形时，可采用多重支护、分次支护技术来控制变形；（8）提前施做二次衬砌，加强二次衬砌的结构厚度和钢筋布置。

2.5 隧道失稳的预防

隧道失稳的预防措施，主要包括以下几方面：（1）加强超前支护，对预防一般较小失稳起关键作用；（2）弱爆破时，用浅眼、密眼，选用微差毫秒爆破并严格控制用药量；（3）尽量缩短各部开挖工序间的距离，以减少围岩暴露时间；（4）当存在涌水时，采取注浆措施；（5）地质条件差的地段，应加强监测，及时采取针对性强的措施，防止围岩失稳；（6）施工中要遵循“岩变我变”原则，适时调整施工方法，采取“短开挖、早超前、强支护、勤量测、及时封闭”的施工程序。

预防隧道失稳的主要支护措施包括：超前小导管支护预注浆加固、超前管棚支护、临时护拱等，根据工程的具体情况在施工中灵活运用。

3 应用效果

截至目前，当金山隧道施工已完成70%，经过6条次级断裂带，2条区域性断裂带及大变形、突涌水等段落。

（1）针对隧道出口洪积扇细角砾土、F4、F5断层围岩易失稳地段，分别采用超前小导管、洞内中管棚超前预注浆等支护手段。现场开挖表明：浆液将断层角砾、断层泥进行固结，形成一个壳体，提高围岩的物理力学参数及应力分布均匀性；同时采取弱爆破、短进尺、强支护等措施，效果明显。开挖过程中拱顶掉块明显减少、未出现掌子面失稳塌方等现象，确保施工安全，验证施工关键措施切实有效。

（2）针对F6、F8次级断裂带，采用超前注浆围岩加固技术；针对F4、F5区域性断裂带及绿泥石英片岩易发生大变形地段，现场测试围岩松动圈的范围及应力分布，采用加强隧道的初期支护参数、径向注浆加固围岩松动圈等措施，预防和控制大变形。通过现场数据验证，变形满足规范要求。

（3）针对富水断层、向斜构造易突涌水地段，首先采用超前钻、红外探水等多种手段及时探明涌水量的大小，然后采用抽水、径向注浆、局部注浆以及帷幕注浆等措施，有效防止突涌水事故的发生。

由于对施工中的主要风险进行了准确判断，采取科学合理的施工技术措施，有效防止围岩失稳、大变形、突涌水等现象，施工关键措施效果显著。

4 结束语

通过对当金山隧道在施工过程中关键措施的研究和应用，得出以下结论：

（1）在隧道施工过程中，结合可能出现的状况采取超前注浆支护、超前钻、红外探水等措施，充分保证隧道施工的安全性和施工质量。

（2）鉴于当金山隧道复杂的工程地质条件和水文特征，在施工过程中往往存在一定的不确定性。因此，在施工中应严格按照操作规程进行，对可能出现的问题要做到提前预报、及时处理，以保证铁路建设的顺利进行。

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责任编辑 李葳

Key Construction Technologies of Dangjinshan Tunnel

MA Yinjun
（Dunhuang Railway Co Ltd，Dunhuang Gansu 736200，China）

It is necessary to determine appropriate construction technologies for tunnels amid complicated engineering geological and hydrological environment. The paper, based on detailed situations of Dangjinshan Tunnel of Dunhuang-Golmud Railway, studies the key construction technologies for fault fracture zone and water enriched zone, section with diluvial fan f ne breccia soil at tunnel exit, major deformation and instability preventions. For instance, as for fault fracture zone and water enriched zone, such construction technologies as radial grouting, curtain grouting and local grouting as well as countermeasure for water gush are introduced. The paper also validates the application effects of such technologies and the study serves as a good reference for the constitution of other tunnels.

tunnel engineering；Dunhuang-Golmud Railway；Dangjinshan Tunnel；key construction technologies

U455

A

1001-683X（2017）04-0076-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.04.076

2017-02-18

国家自然科学基金项目（51168030）

马殷军（1976—），男，敦煌铁路有限责任公司总经理。E-mail：18919881086@189.com