侯建國

(中鐵第一勘察設計院集團，陜西西安 710043)

1 工程概述

永壽梁隧道位于陜西省永壽縣、彬縣境內(nèi),地處渭北黃土塬的南緣,涇(河)渭(河)分水嶺東端，全長17.127 km，為西平鐵路的控制性工程。隧道穿越渭河與涇河水系的分水嶺永壽梁，其中有8.8 km洞身圍巖為侏羅系豆渣狀砂巖夾礫巖、泥巖地層。

2 地層巖性及工程性質(zhì)

本文涉及的該套侏羅紀地層在《陜西省區(qū)域地質(zhì)志》中定義為侏羅紀直羅組(J2z),該套地層下伏于白堊系,上部巖性以泥質(zhì)砂巖夾泥巖為主,局部夾薄層礫巖,多呈不等厚互層狀產(chǎn)出。下部巖性以礫巖夾砂巖為主,局部夾薄層泥巖,泥質(zhì)膠結(jié)。

工程勘察過程中完成的深孔有四個鉆孔(YZ-2、YZ-3、YZ-6、YZ-10)于不同的孔深所揭露的該套地層工程性質(zhì)較差,鉆探巖芯雖可成柱狀,但膠結(jié)差或無膠結(jié),以砂巖夾礫巖為主,大部分巖芯手掰即碎,部分巖芯錘擊即碎。區(qū)域調(diào)查中該套地層的地表露頭較少。上述四孔巖芯描述見表1。

施工過程中,工作面開挖完成時洞型尚完整,但工作面圍巖暴露很短時間后就出現(xiàn)拱頂、拱腰、邊墻坍塌,手可掰碎,捻之成砂。永壽梁隧道工程有8.8 km通過該層,是工程性質(zhì)最差的巖層。該套巖層主要的物理力學指標見表2、表3。

3 構(gòu)造特征

該套侏羅紀地層為陸相含煤建造,區(qū)域內(nèi)廣泛分布,但地表露頭不多,層位下部與三疊系主要以平行不整合和角度不整合接觸,上部與白堊系以角度不整合接觸。區(qū)域地層劃分有下統(tǒng)富縣組，中統(tǒng)延安組、直羅組、安定組。其中永壽梁地區(qū)主要出露中統(tǒng),該套地層為區(qū)域上最軟弱巖層,巖性以泥質(zhì)砂巖夾泥巖、礫巖,多呈不等厚互層狀產(chǎn)出。剖面上上部巖層巖體較完整,下部巖體軟弱且軟硬不均,成巖作用較差。鉆探揭示巖芯破碎,工程性質(zhì)較差。

永壽梁地區(qū)地處中朝準地臺的陜北臺凹和北緣撓褶帶的結(jié)合部,三疊紀主要接受海相沉積,形成了巨厚的砂頁巖沉積。三疊紀末期印支運動,陜甘寧盆地南部和西部隆起,地勢上升,區(qū)域內(nèi)普遍形成海退,上升為陸,這時的地殼運動比較緩和,特點是東升西降,在西部形成若干內(nèi)陸盆地。早侏羅世的沉積起了填平補齊的作用,中侏羅世形成以河流相為主的沉積,中侏羅世末期的燕山運動,區(qū)域整體隆起,普遍缺失晚侏羅世沉積,僅有零星的山麓相堆積。

表1 深孔鉆探巖性概況匯總

表2 永壽梁隧道主要地層巖性物性參數(shù)

表3 永壽梁隧道巖石物理力學指標統(tǒng)計

永壽梁地區(qū)主要在中侏羅世有廣泛的沉積,區(qū)域資料顯示在三疊紀末,印支運動使本區(qū)前期地層褶升成山。早侏羅世早期,氣候炎熱,地殼振蕩頻繁,陜北進一步隆起,彬縣一帶相對沉降,由于周邊構(gòu)造應力的影響,使區(qū)內(nèi)地殼呈現(xiàn)凹凸不平的復雜地貌。晚期向準平原演化,以沖洪積河流相為主,在洼地起到了填平補齊的作用。中侏羅世早期比較復雜,氣候潮濕,植物生長迅速,發(fā)展為泥炭沼澤相,形成煤層；中期演化為沖積平原洪積相,晚期轉(zhuǎn)化為湖泊相。隧道施工中該套地層顏色由紫紅色與灰綠色交替出現(xiàn),顯示了該套地層多旋回的沉積韻律,也反映出當時地層的垂直振蕩較頻,中侏羅古氣候的強烈變化也加劇了該套地層沉積成巖性的巨變。

4 隧道施工主要工程措施

隧道工程在進入該段巖層時采用Ⅳ級圍巖加強襯砌支護(Ⅳ級圍巖襯砌斷面1/50),拱墻設H125型鋼鋼架,拱架間距為1榀/1.2 m。局部坍塌嚴重地段,鋼架間距調(diào)整為1榀/m,配合鋼架。拱部120°～150°范圍設超前小導管預支護,長3.5 m,間距30 cm,滲水地段、拱部掉快、坍塌嚴重地段,拱部小導管加長為4 m,間距調(diào)整為20 cm。拱墻網(wǎng)噴C25混凝土厚度20 cm,拱墻設φ22藥卷錨桿,長3.0 m,間距1.0 m×1.2 m, 拱墻設置φ6.5鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距25 cm×25 cm。

5 施工監(jiān)測變形

隧道初期支護施工完成后即嚴格按照《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》開始監(jiān)控量測。該套巖層圍巖級別為Ⅳ級圍巖,采用臺階法施工,監(jiān)控量測布點采用拱頂測點和2條水平測線、2條斜測線的布點方案進行量測,測點位置分別為拱頂下沉觀測點、2個拱腳部位凈空變化觀測點、2個邊墻底部凈空變化觀測點。本段工程自2009年開始至今仍在施工中。本文僅列出2010年4月份觀測的拱頂下沉觀測點數(shù)據(jù)(見表4)。表中數(shù)據(jù)表明自4月11日開始測量至4月23日拱頂下沉觀測數(shù)據(jù)已經(jīng)穩(wěn)定。其他未列出測點數(shù)據(jù)也同樣顯示了在初期支護完成一周后收斂變形基本結(jié)束,其變形速率滿足《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》的要求,說明隧道洞身圍巖變形已基本穩(wěn)定。

6 結(jié)束語

該套地層受構(gòu)造變遷及古氣候的影響,成巖性工程性質(zhì)較差。在勘察設計階段充分考慮到其工程性質(zhì)對隧道工程的影響,確定其圍巖級別以Ⅳ-Ⅴ級圍巖為主。在隧道施工過程中根據(jù)圍巖變化以及現(xiàn)場施工情況不斷調(diào)整施工工藝及工程措施,經(jīng)過一年的施工充分證明了隧道工程在通過該套巖層時采用Ⅳ級圍巖加強支護斷面是合理的,也是經(jīng)濟的。

表4 現(xiàn)場監(jiān)控量測記錄

[1]TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[2]J721—2007 鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程[S]

[3]TB 10003—2005 鐵路隧道設計規(guī)范[S]

[4]鐵道部第一勘察設計院,鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999

[5]TB10077—2001 鐵路工程巖土分類標準[S]