蒋胜光

粉细砂地层具有异常复杂的岩性特征和水稳特性，隧道施工安全风险极高，施工过程中易出现坍塌、突水涌砂、软岩大变形等现象。如何安全、有效地穿越粉细砂地层仍是摆在众多隧道工作者面前的难题。本文详细阐述了针对太达村隧道穿越粉细砂地层采取的各项处理措施，为类似工点提供参考。

The silty-fine sand stratum is featured by extremely complex lithologic characteristics and water stability， and crossing such stratum is subject to extremely high safety risk， which means that collapse， water inrush， and sand gushing， large deformation of soft rock， and other phenomena are easy to occur during tunneling. How to safely and effectively cross the silty-fine sand stratum is still a difficult problem for tunneling. In this paper， various treatment measures for Taidacun Tunnel crossing silty-fine sand stratum are elaborated in detail， which can provide a reference for similar construction sites.

一、引言

隧道工程穿越飽和粉细砂地层，由于其胶结物质差、围岩强度较低、开挖临空后岩层间结合力及稳定性差、饱水遇临空面时呈流沙状等特点，坍塌、突水涌砂、沉降变形大等时常发生。粉细砂地层具有异常复杂的岩性特征和水稳特性，隧道施工安全风险极高。如何安全、有效地穿越粉细砂地层仍是摆在众多隧道工作者面前的难题，极有必要进一步研究。

新建玉磨铁路太达村隧道DK241+504～DK241+594、DK241+694～DK241+784段180m穿越下第三系全风化粉细砂段，自稳性极差，现场施工中多次出现坍方、突水涌砂、初支变形等。为此，中铁二院通过采用音频大地电磁法（AMT法）和瞬变电磁法（TEM法）等物探测试辅以地表深孔钻探等综合超前地质预报手段，对粉细砂段施工关键技术进行了研究、专家论证和工程实践，提出了全断面帷幕注浆、加强衬砌结构及支护措施、增设迂回平导开辟工作面、洞内降水、隧道均布竖向旋喷桩加固等综合处理措施，有效缩短了施工工期，确保了现场施工及后期运营结构安全。

二、工程背景

（一）工程概况

太达村隧道位于中老铁路国内段玉溪至磨憨段宁洱站至普洱站区间，为设计时速160km客货共线铁路双线隧道，隧道进口里程为DK239+810，出口里程为DK245+625，全长5815m。隧区属低中山地貌，洞身分布下第三系渐新至始新统（E2-3）砾岩、砂岩夹泥岩，白垩系下统曼岗组中段（K1m2）泥岩夹砂岩等。该隧道地处青藏滇缅印尼“歹”字型构造中段的东支哀牢山西侧及永平-思茅槽地的东南部，构造行迹属于经向构造体系，洞身发育普洱断裂西支和蛮帕山断层，地震动峰值加速度为0.15g。

（二）穿越粉细砂地层情况

根据超前地质预报、钻孔勘探及掌子面开挖揭示情况，太达村隧道洞身DK241+504～DK241+594、DK241+694～DK241+784段180m岩性为全风化粉细砂岩（E2-3）。

（三）粉细砂段物理力学特性研究

太达村隧道全风化粉细砂岩，颗粒组成以细粒为主，颗粒较均一，泥质弱胶结，成岩差。矿物成分以石英、长石为主。天然状态时处于密实状，开挖扰动或遇水后成散砂、稀糊状，局部伴有涌水、涌砂现象，工程性质迅速恶化。补勘深孔钻探过程中该地层均出现埋钻现象。

强风化状砂岩经取样浸泡后，1h～2 h出现崩解。强风化泥岩浸泡后，2.5h出现崩解。砂状松散全风化砂岩，浸泡约0.5h崩解。

据取样分析，以细粒为主，占71.9%～75.5%，黏粒含量平均约占10.4%。含水程度存在不均，含水率5%～20%;渗透系数5×10-5～2×10-4cm/s，孔隙率26%～31%。具体物理指标见表1。

三、施工中出现的问题

太达村隧道斜井工区小里程DK241+784处开挖揭示地层为第三系全风化粉细砂层，施工过程中多次出现坍塌、突水涌砂、软岩大变形等情况（见图1），施工难度极大、安全风险高。

四、粉细砂段施工控制技术

（一）全断面帷幕注浆加固

（1）DK241+786～+756段帷幕注浆加固

DK241+784～+786段上断面施作2m厚C25混凝土止浆墙后，对DK241+786～+756段（30m）于上断面施作全断面超前帷幕注浆加固（如图2）。注浆范围为开挖轮廓线外5m，注浆材料以水泥浆为主，水量较大部位采用水泥-水玻璃双液浆（体积比1：1），注浆压力根据现场试验确定。由于岩质软弱，成孔困难，拱部采用前进式注浆，其余部位原则上采用后退式注浆。注浆施工完毕后通过钻孔取样（如图3），帷幕注浆施工效果明显，基本满足设计要求。

（二）加强衬砌结构及支护措施

根据施工揭示地质条件、围岩变化情况、专家会意见及结构计算结果，为保证施工安全及运营安全，对衬砌结构及支护措施予以调整。

变更设计采用VI级K0.5加强复合式衬砌，初支采用全环I25b钢架，间距0.5m/榀;拱部161°密排φ108大管棚，纵向间距10m/环，每根长15m，搭接5m，环向间距0.108m，每环175根，外插角3°～5°;二衬采用ANSYS进行结构检算，施工图设计衬砌经验算仰拱受拉控制，受力不利，考虑调整增大仰拱矢跨比。变更设计衬砌仰拱矢跨比采用1：8.4（原设计1：12.6），检算时二衬纵向长度取1m，隧道按承受0.5Mpa水压力考虑，二衬采用65cm～75cm厚钢筋混凝土满足承载力和裂缝要求。

（三）增设迂回平导

为缩短施工工期，确保太达村隧道按期贯通，太达村隧道建设者通过先后增加进口迂回平导（807m施工完成）、斜井工区左侧迂回平导（施工90m因涌砂封闭）、斜井工区右侧迂回平导（施工158m因探孔涌砂封闭），实现了“长隧短打”“超前地质预报”“超前泄水”“多工作面超前预处理”等多种目标，对穿越长段落第三系弱胶结含水砂岩十分必要。

（四）洞内降水

因粉细砂岩具有十分复杂的水稳特性，稳定性随含水率变化和時间延续具有显著变化的特点。为提高围岩自稳能力，太达村隧道采取了“平导辅助正洞泄水+拱墙超前泄水+径向泄水+真空降水”的综合降水措施，有效疏干了围岩，提高了围岩的自稳能力。泄水孔内安装φ76无缝钢管，钢管采用丝扣连接，沿钢管纵向间距50cm设置1环5个溢水孔，溢水孔φ20mm。溢水孔采用纱布包裹，溢水孔两端5cm加设φ6钢筋箍，保证纱布安装质量和泄水效果。

（五）隧底均布竖向旋喷桩加固

太达村隧道DK241+552～DK241+594段、DK241+622～DK241+634段、DK241+680～DK241+764段洞身揭示下第三系渐新至始新统（E2-3）弱胶结砂岩，砂岩黏粒含量极低，胶结物质差，具有一定的渗透性，受开挖的扰动及地下水渗透作用，其物理力学指标降低。开挖揭示呈粉砂状，饱水时自稳性极差。根据施工中多次出现地下水位水压较高及现场施工扰动导致的涌突事件，显示其具有类似震动液化特征，对施工及运营不利。为提高隧底承载力、增强地基抗液化能力及有效控制基底沉降，隧底采用均布旋喷桩加固。竖向旋喷桩桩径φ600mm，间距按2m（纵向）×1.0m（横向），桩长按底部高程低于仰拱底8m控制。

五、粉细砂段支护及施工控制效果评价

项目部于2019年11月13日至19日在掌子面施作8个检查孔，其中1孔取芯验证（如图4），其余风钻成孔验证，以检测在此地质条件帷幕注浆的加固效果。从注浆取芯形态来看，成块成岩效果比较明显。从溢浆现象来观察，部分浆液从平导溢出，注浆压力及扩散半径满足要求。

六、结论及建议

隧道穿越粉细砂地层时极易出现坍塌、涌砂等风险事故，对该地层采用全断面帷幕注浆加固辅以洞内降水能有效提高洞内围岩的自稳能力。对粉细砂地层隧道处理建议如下：

（一）施工处理前应加强地质勘察工作，尽可能探明粉细砂地层不良地质体边界;

（二）全断面帷幕注浆加固处理因其造价高昂，容易出现注浆盲区等，需施作试验段对比其他处理措施，评判方案的可行性;

（三）工期紧张的情况下，增设迂回平导增加工作面，探明前方围岩情况很有必要;

（四）洞内降水疏干围岩可有效改善围岩，提高围岩的自稳能力;

（五）若隧底仍存在粉细砂地层，需详细研究隧底加固处理方案，开挖仰拱时应注意对隧底围岩的保护。