季节性冻土区富水砂卵石隧道综合止水措施研究

随着 世 界 经 济 一 体 化 的 飞 速 发 展，跨 国 基 础 设 施项目建设不断增 加，与 此 同 时 我 国 是 一 个 人 口 基 数 庞 大 、能 源 匮 乏 的 国 家 ，每 年 需 要 从 国 外 进 口 大 量 的石油和天然气。虽然中亚与西伯利亚地广人稀， 地下蕴藏着巨大的 油 气 等 自 然 资 源，而 且 进 口 这 些 资源经济安全的方 式 就 是 通 过 铺 设 管 道 来 运 输，但 我 国 北 部 与 西 部 山 地 较 多 ，且 部 分 地 区 气 候 恶 劣 ，冬 季 漫 长 ，寒 冷 干 燥 ，保 障 这 些 管 道 安 全 高 效 的 运 营 需 要通过修建隧道来得以实现。
成果 Ｆｒｕｉｔｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
与应用
季节性冻土区富水砂卵石隧道综合止桥工程有限公司，北京 １０１５００）
摘 要：我 国 东 北 地 区 河 流 众 多，水 资 源 丰 富，浅 埋 隧 道 施 工 经 常 受 到 所 处 地 质 环 境 中 水 资 源 分 布 的 影 响 ；此 外 ，冬季寒冷而漫长的气候特征，使季节性冻土区形成较多，对冬季施工造成很大的困难；极寒条件下，砂卵石 地层在富水地段易发生涌水问题 。在以中俄原油管道二线工程呼玛河穿越隧道进口施工的基础上，结合施工 环境地层中地下水的分布情况 ，分析 了 该 问 题 发 生 的 成 因 条 件，给 出 了 相 应 治 理 和 防 水 措 施，取 得 了 良 好 效 果 ，达到了规范要求，实现了复杂地质条件下浅埋隧道开挖水灾害的稳定控制，保证了呼玛河穿越工程顺利完工。 关 键 词 ：隧 道 ；极 寒 地 区 ；富 水 ；砂 卵 石 地 层 ；止 水 ＤＯＩ：１０．１３２１９／ｊ．ｇｊｇｙａｔ．２０１９．Ｓ１．０２７ 中 图 分 类 号 ：Ｕ４５５．４９ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１６７２－３９５３（２０１９）Ｓ１－００８２－００３
２ 隧道工程地质特性
２．１ 围岩组成 隧道 施 工 区 位 于 呼 玛 河 自 然 保 护 区 内，周 围 山
高林密，植被发育 茂 盛，为 山 间 河 谷 地 貌，且 临 近 塔 河 县 水 源 地 ，含 水 丰 富 ，河 床 底 部 多 为 砾 石 、卵 石 ，无 岩溶地貌。施工区地层在勘探揭露的深度内共分为 ７ 层，各层特征综述如下：
①粉质 粘 土，黄 褐 色 ～ 灰 褐 色，土 质 不 均 匀，表 层１ｍ 范围内不均匀，夹粉砂。层厚０．７０～３．１０ｍ。 土石等级为Ⅱ级（在两岸的地表向下０．２～０．４ｍ 范围 内 ，埋 藏 一 薄 层 泥 炭 化 粉 质 粘 土 植 被 层 ）。
②全风 化 花 岗 岩，灰 色 － 灰 白 色，中 密 ～ 密 实。 具有残余花岗岩 原 岩 结 构，大 部 分 风 化 成 砂、土 状、 有残余强度。 岩 样 呈 砂、土 状。 主 要 矿 物 成 分 为 石 英 、正 长 石 ，含 有 少 量 的 黑 云 母 、角 闪 石 和 其 他 矿 物 。 土 石 等 级 为 Ⅲ 级 。 层 厚 ０．５０～２．８０ ｍ。
１ 工程概况
中俄原油管线二线工程线路位于呼玛河自然保 护 区 内 ，塔 河 县 新 建 取 水 口 及 铁 路 取 水 口 下 游 ，隧 道 穿越段起始 里 程 为 ０ｋｍ＋４７．１ ｍ，终 止 里 程 为 １ ｋｍ＋５１７．７ｍ 水平长度为１ ４７０．６ｍ。呼玛河北岸 为宽阔的河 漫 滩，表 层 为 卵 砾 石，河 床 底 部 多 为 砾 石、卵 石，其 下 为 强 风 化 的 花 岗 岩。 隧 道 穿 越 采 用
对于 富 水 砂 卵 石 地 层 的 隧 道 施 工，目 前 国 内 较 多 地 采 用 地 表 注 浆 、设 置 降 水 井 、隧 道 内 安 放 排 水 管 以及超前管棚等技术［１］，但对极寒条件下，尤其 是 小 断 面 的 富 水 砂 卵 石 地 层 ，因 其 应 用 对 象 特 殊 ，施 工 条 件较新，相关方 面 的 研 究 及 文 献 资 料 较 少。 本 文 以 中俄原油管线二线工程中的呼玛河穿越隧道进口处 为工程背景，研究探 索 在 极 寒 条 件 下 富 水 砂 卵 石 地 层中小断面隧道的 施 工 止 水 技 术，以 期 为 类 似 工 程 施工提供借鉴。
收 稿 日 期 ：２０１８－１２－１８ 作 者 简 介 ：庞 拓 （１９７１— ），男 ，高 级 工 程 师
“斜井＋平巷＋斜井”方 案，处 于 河 卵 石 地 层 的 斜 井 采用明挖结构，中风 化 以 下 的 斜 井 和 隧 道 洞 身 采 用 暗挖结构。本次穿 越 隧 道 口 位 于 河 流 北 岸，距 离 河 床北侧直线距 离 不 足 ２００ ｍ，埋 深 不 足 １０ ｍ，受 呼 玛 河 河 流 影 响 ，施 工 区 域 土 层 结 构 松 散 ，卵 石 层 具 有 高渗透性，遇水易 坍 塌，而 且 受 其 地 理 位 置 影 响，冬 季漫长，寒冷而干燥，最低极端气温 －４５．８ ℃，存在 季 节 性 冻 土 ，冬 季 施 工 难 度 较 大 。 因 此 ，施 工 区 域 地 下含水量丰富、土质 松 软 和 季 节 性 冻 土 成 为 了 此 次 穿越施工的重点和难点。
③中风 化 花 岗 岩，灰 色 － 灰 白 色，岩 体 较 完 整，
国防交通工程与技术 ８２ ２０１９年５月 １７，（Ｓ１）
·成果与应用· 季节性冻土区富水砂卵石隧道综合止水措施研究 庞 拓
裂隙较发育，岩体 被 切 割 成 岩 块，全 晶 质 粗 粒 结 构， 块状构造。岩芯碎裂块状及短柱状。属酸性深成侵 入岩体，主要矿物 成 分 为 石 英、正 长 石，含 有 少 量 的 黑 云 母、角 闪 石 和 其 他 矿 物。 岩 石 较 完 整，为 坚 硬 岩。主要物理力学指标平 均 值：天 然 容 重ρ ＝ ２．８１ ｇ／ｃｍ３，饱和 单 轴 抗 压 强 度 Ｒ ＝ ８７．９１ ＭＰａ。 土 石 等 级 为 Ⅸ 级 。 已 揭 露 的 层 厚 为 ７．８０～２０．８０ ｍ。