穿越软弱围岩“地质博物馆”——蒙华铁路阳城隧道建设纪实

来源:本站原创 作者:任宁 武慧 王珍珍 时间:2018-09-10 【字体:

9月6日,在十七局蒙华铁路项目部全体建设者的努力下,蒙华铁路全线重难点控制性工程、头号极高风险隧道——阳城隧道顺利贯通,攻克了在古冲沟地质中开挖隧道的技术难题。

1000多天的辛勤坚守,6个作业面,1000多名员工的努力工作……阳城隧道贯通的这一刻,该项目的员工们欢呼着,共同庆祝这令人难忘的一刻。

阳城隧道位于陕西省靖边县龙洲镇境内,属于毛乌素沙漠向黄土梁峁过渡地段,全长有7108米,最大埋深约213米,隧道围岩以IV到VI级为主,是100%的软弱围岩,被称为软弱围岩的“地质博物馆”。

复杂地质:“魔鬼区域”横亘建设者面前

2015年9月进场现场踏勘时,该项目部了解到阳城隧道地处区域冲沟发育,沟壑纵横,是典型的黄土高原侵蚀性梁峁沟谷地貌。隧道涉及地层以第四系砂质新黄土和白垩系砂岩为主,成岩作用差。他们还发现,不仅要反复通过土石分界,而且多处存在物探异常带,是隧道施工的“魔鬼区域”。

如果把隧道施工看作是开凿窑洞的话,那么土质越牢固稳定性就越好。而阳城隧道地质松散,承载力低,极易发生坍塌等事故。在这样的地质环境中开凿出一条隧道,难度可想而知。

“阳城隧道内的白垩系砂岩,具有水平成层的特点,开挖后易引起连锁反应,导致大面积塌方。同时,这种围岩遇水极易软化成泥。随着地下水含量的增加,还会形成大量泥沙混合物,初支易发生大变形、坍塌。”我司十七局集团蒙华铁路项目部经理陈自明介绍。

复杂的地质环境并没有将该项目员工吓倒,他们克服了隧道进洞、斜井挑顶等困难,在前期的V级围岩开挖中,阳城隧道每月的进尺都保持在70米以上。

专家会诊:定性罕见VI级围岩

“阳城隧道围岩等级调整为VI级,实属国内罕见!”随着阳城隧道的掘进,围岩情况却越来越复杂,为掌握围岩情况,在蒙华铁路公司的组织下,该项目邀请到西南交通大学、北京交大等单位的10多名专家多次到踏勘现场后,得出一致结论。

原来,在2016年3月底时,阳城隧道掘进到1号斜井洞身段距离正洞约100米处,遭遇富水砂层,出现边墙溜塌、隧底冒水的险情;2016年9月,从1号斜井进入正洞施工160多米后,正当大家认为施工出现曙光的时候,正洞两个掌子面遭遇土石分界,出现了和1号斜井洞身段类似的地质……阳城隧道月进尺一下子降到仅有4米,几乎处于半瘫痪状态。

让掌子面作业的工人们更加吃惊的是,阳城隧道掌子面的围岩为饱和粉细砂层和第四系砂质新黄土,它们与地下水形成独特的流塑状物质,没有一点自稳能力,随时都有溜塌的危险。

“遇见这种情况后,我们立即采用TGP、地质雷达等进行超前地质预报,确定阳城隧道正在穿越古冲沟。有时候,一个掌子面同时存在白垩系砂岩、砂质新黄土、土砂互层、砂层等多种围岩。”该项目一工区经理屈振荣感慨道。据他介绍,阳城隧道要通过的古冲沟壁、古冲沟、全风化白垩系砂岩段落,是三类不同的围岩结构。

智慧施工:让“软柿子”变成“冻柿子”

为顺利通过古冲沟围岩段,蒙华铁路公司董事长、党委书记张梅多次到阳城隧道指导施工,并组织多家单位的技术骨干成立联合现场工作组,驻扎现场解决难题,根据施工情况,不断优化施工方案,合理配置资源等。

降低古冲沟围岩内含水量是保证阳城隧道正常掘进的关键一环。经过项目人员反复试验,他们最后采用真空降水降低围岩含水量。所谓真空降水是指在掌子面及各台阶埋设一定数量的降水管,通过真空泵将围岩内的水负压排出,这样就可以保持围岩相对干燥。

围岩中的水排出后,为增强初支结构,该项目将初支混凝土厚度从27公分升级到37公分。他们还采取超前水平旋喷桩、帷幕注浆、超前导管注浆、径向注浆等措施,对周边围岩进行注浆加固,提高围岩空隙填充率和围岩自稳能力,把“软柿子”变成“冻柿子”,为隧道安全开挖打下坚实基础。

“在掌子面开挖前,我们还在拱部150度的范围内打设83根超前密排小导管,预防开挖后拱部掉块现象发生。同时,我们通过对小导管进行超前注浆,在隧道轮廓外形成拱形结构,提高掌子面拱部以上自稳能力。”该项目一工区总工程师耿启军介绍。

除了提高围岩自稳能力之外,他们还建立了信息化监控量测预警系统,每天测量数据输进电脑,相关管理人员第一时间能收到信息,提前掌握围岩情况,根据量测数据,及时采取措施。

同时,在阳城隧道施工中,他们还创新性地采用了6台24米液压长栈桥、4台湿喷机械手等大型机械设备,应用了三台阶开挖工法等,全方位实现了机械化生产,节省了资金,提高了效率。

该项目通过考察清楚围岩本质,合理组织施工,通过边施工边总结古冲沟段的施工经验,让阳城隧道每天的进尺最多可达1.2米。在他们的努力下,成功穿越了长达1166米的稀有古冲沟地质。

阳城隧道的顺利贯通,为蒙华铁路按时通车提供了保证。据悉,蒙华铁路全长1814.5公里,规划设计输送能力为2亿吨,是目前世界上一次建成里程最长的重载铁路和国内规模最大的运煤专线。建成后的蒙华铁路,在完善区域路网布局,促进华中“中三角”地区和长江中游城市群建设与经济发展上具有重要战略意义。


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