内蒙古自治区风积沙铁路隧道施工技术

(1呼和浩特铁路局新包神铁路有限责任公司；2呼和浩特铁路局恒诺(集团)呼和浩特公司，内蒙古 呼和浩特 010000)
摘 要：文章介绍了包西铁路通道200km/h双线电气化铁路新响沙湾隧道洞口段，风积沙地层采用超前长管棚加小导管注浆相结合的超前支护措施，安全成洞，取得了较好的效果。
关键词：风积沙地；长大管棚；小导管；施工技术；质量控制
中图分类号：U459.1(226)  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)07—0088—02
1 工程概况

新响沙湾隧道位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内库布齐沙漠边缘，设计为双线电气化铁路隧道，隧址区属于高原丘陵地貌，沙丘呈波状起伏，冲沟较发育。隧道全长3 430m，隧道进口里程GDK47+330，隧道出口里程GDK50+760。隧道进口段为浅埋，实测最小埋深约8m，隧道开挖净宽13.7m，高度11.94m。
2 施工方案

新响沙湾隧道进口掌子面范围上部为风积粉细砂层，厚度大于15 m，隧道拱部位于风积砂层内，松散易坍塌，在震动作用下更易形成流沙。下部为泥质粉砂岩，层理发育，长时间暴露或遇水易风化崩解，为ⅤI级围岩。为保证施工安全,顺利成洞，隧道进暗挖段设置20m超前长管棚,拱部开挖前沿隧道衬砌外缘一定距离打入，并且内注浆以固结拱顶外风积沙及充填钢管与孔壁之间的空隙。开挖施工时在管棚之间打设超前小导管并注浆，保证将管棚注浆未固结完全的风积沙加固完全，防止其从管棚固结缝隙中渗漏入隧道，造成掌子面坍塌。
3 长大管棚施工
3.1 长大管棚施工工艺

大管棚采用Ф108×6mm的热轧无缝钢管加工而成，管棚设置0.5°的外插角，可根据实际情况适当调整，但不应大于1.5°，环向间距为40cm，管棚施工前先施工护坡兼止浆墙，止浆墙厚度不小于200mm(图1)。
3.1.1 制作导向墙。施工时先作砼导向墙，导向墙采用C20砼浇注，截面尺寸为1 000mm×620mm，为保证管棚施工精度，导向墙内设置2榀Ⅰ18钢架，钢架外缘设Φ140mm壁厚5mm的导向套管。
3.1.2 钢花管制作。钢花管上钻注浆孔，孔径为10～16mm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段150cm，编号为双号的管不钻孔，编号为单号的采用钻孔的钢花管，施工时先打设钢花管并注浆，然后，在打设钢管的同时检查钢花管的注浆质量。

3.1.3 钻孔及清孔。采用脚手架搭设管棚钻孔作业平台；以导向墙内留的孔口管定位、定向，严格控制钻孔上抬量和角度；选用管棚钻机风动干钻法钻进成孔，风动冲击回旋钻头直径、钻压、转速、风量、风压等钻进参数应满足施工需要。用Ф108岩芯管扫孔，其目的是顺孔及清碴。
3.1.4 顶管。钻孔检测合格后，将钢管连续接长，用钻机旋转顶进将其装入孔内，钢管采用Φ140mm丝扣。为使钢管接头错开，第一节管采用4m和6m交替布置，搭接长度为3m，编号为奇数的第一节管采用4m长钢管，编号为偶数的第一节采用6m长钢管，以后每节均采用6m长钢管。同一断面内的接头数量不得超过钢管总数的50%，相邻钢管接头错开1m，钢管用钻机顶进，双号孔顶进无孔花钢管，单号孔顶进有孔钢管。如遇故障，需清孔后再将钢管插入。
3.1.5 注浆作业。采用全孔压入式向大管棚内压注水泥浆液或水玻璃——硫酸双液浆等浆液，具体注浆作业见注浆施工工艺。
3.2 长大管棚质量控制
3.2.1 钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔进行编号。
3.2.2 钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20cm～30cm。
3.2.3 严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
3.2.4 经常量测孔的斜度，为保证施工精度，应使用测斜仪进行钻孔偏斜度测量，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
3.2.5 掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
3.2.6 在遇到松散的堆积层和破碎地质时，钻进中考虑了增加套管护壁，确保钻机顺利钻进和钢管顺利顶进。
4 超前小导管的施工
4.1 小导管结构及布置

小导管采用直径为Ф42热轧钢管，长3.5m/根，环向每米3根，纵向每2.4m打一环，纵向水平搭接长度为1.1m，外插角为10°。小导管超前支护布置见下图。小导管前端加工成锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻直径为8mm的注浆孔，注浆孔呈梅花形布置(防止注浆出现死角)，间距为75mm，尾部0.5m范围内不钻孔以防漏浆，末端焊直径为6mm的环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接。

4.2 小导管安装方法

在预定的位置用风动凿岩机钻孔。把管子插入孔内，带好丝扣保护帽，专用顶头顶入到要求的深度，使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧。然后再用CS胶泥填充孔口。注浆管的外露长度为30cm。以便连接孔口阀门和管路。顶管时注意保护钢管尾部不被损坏，以便与高压注浆管连接。

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5 注浆施工工艺
5.1 注浆施作

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5.1.1 浆液的选择。浆液采用水泥浆或水泥水玻璃双液浆。
5.1.2 注浆量。为了获得良好的固结效果，必须注入足够的浆液量，确保一定的有效扩散范围。注浆范围按开挖轮廓线外0.3～0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散。

浆液单孔注入量Q和围岩的孔隙率有关，根据扩散半径及岩层的裂隙进行估算，其值为：

Q=πR2Lη(m³)
式中：R—浆液扩散半径(m)；R=0.6d,d为注浆钢花管中至中的距离；

L—压浆段长度(m)；

η—岩层孔隙率，砂质黄土取30%，风积沙取40%，其余围岩取20%。
5.1.3 注浆压力。注浆压力是促使浆液在岩(土)层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩(土)内天然水头压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。因此，在浆液的粘稠度固定的情况，注浆压力直接与岩(土)层的裂隙宽度和粗糙度、裂隙发育程度、裂隙水头压力有关。压力过高亦会劈裂岩(土)体，因此注浆压力为0.5～1.0MPa。
5.1.4 止浆盘。由于采用低压加固注浆，止浆盘为5～10cm厚喷射砼封闭，防止跑浆。
5.2 浆液配比

水泥浆采用425普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1。水泥水玻璃双液浆采用425普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度35～40Bｅ",水灰比1∶2，水泥水玻璃质量比1∶0.35。水玻璃硫酸双液浆采用15Be"水玻璃与15％的硫酸及适量缓凝剂混合，水玻璃液与硫酸液的配比为7∶1左右，浆液的PH值在4～7之间。
5.3 注浆质量控制
5.3.1 待止浆层有一定强度时方可注浆，防止浆液从各岩面裂隙中反渗。
5.3.2 安装注浆管时，应在注浆管与孔口岩面相交处用麻丝缠绕和胶泥(水玻璃与水泥)填塞，使之与钻孔孔壁充分挤压塞紧，实现注浆管的止浆和固定。胶泥未凝固到一定强度不得注浆。
5.3.3 及早、准确地做好各种试验配合比，现场严格控制各种材料用量，精确配制混合料。
5.3.4 浆液应先经过过滤网过滤，防止杂物进入注浆泵或进入小导管。
5.3.5 注浆时应先注无渗水孔，后注有渗水孔。
5.3.6 严格控制注浆压力，以防压裂开挖面。注浆机压力应与规定压力配套，不宜升压过快。注浆压力达到规定时应予以稳压一定时间，以利浆液进一步渗缝；注浆时密切监视压力变化，发现异常及时处理。
5.3.7 制的浆液应在规定的时间内用完。
5.3.8 注浆时注意防止串浆和跑浆，若发生串浆和跑浆要停止注浆，分析原因随时解决。做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项记录。
6 结语

新响沙湾隧道通过大管棚预加固，小导管增加，注浆等一系列措施，安全顺利的成洞，对洞内围岩收敛，拱顶沉降及地表下沉进行观测，无明显变化，隧道的顶拱下沉最大值为23mm，成功形成隧道。实践证明，对于风积沙层隧道，采用超前长管棚注浆及超前小导管注浆相结合的措施，提前发挥超前支护作用，增加了隧道施工安全度，提高隧道的稳定性，起到较好的加固效果，在管棚支护下开挖，可减少地表下沉和防止围岩坍塌，有显著的经济效益和社会效益。

在内蒙古118万km²广袤的土地上，红红火火的铁路建设正在成为支撑内蒙古经济社会又好又快发展的钢铁脊梁。风积沙在内蒙古地区分布非常广泛，内蒙古从西到东分布有巴丹吉林、腾格里、乌兰布和、库布齐、巴音温都五大沙漠和毛乌素、浑善达克、乌珠穆沁、呼伦贝尔五大沙地，沙区总面积约075亿hm²，占全区土地总面积的63．3％。超前长管棚注浆及超前小导管注浆相结合施工工艺的成功使用，对风积沙地层的处理是合理有效的，对内蒙古自治区风积沙地区隧道施工技术的探索迈开了新的步伐。
［参考文献］
［1］ 铁道部第二设计院主编.隧道［M］.中国铁道出版社,1999.
［2］ 铁道部第二工程局主编.隧道［M］.中国铁道出版社,2004.
［3］ 中华人民共和国铁道部.铁路隧道施工规范［S］.中国铁道出版社,2002.

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