蘭渝鐵路胡麻嶺隧道第三系含水粉細(xì)砂巖地表降水試驗(yàn)研究

凍結(jié)法施工是一種有效應(yīng)對富含水不良地質(zhì)段的隧洞施工方法,然而深埋輸水隧洞采用水平凍結(jié)法施工尚無先例且缺少可參考的工程案例.本文依托引洮供水一期工程總干渠7#隧洞富含水疏松粉細(xì)砂巖洞段的凍結(jié)法施工實(shí)踐,通過對施工全階段風(fēng)險(xiǎn)因素的識別及分析,研究提出了國內(nèi)少見的富含水疏松粉細(xì)砂巖隧洞凍結(jié)加固工程的施工風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)措施,達(dá)到預(yù)期目的,為隧洞水平凍結(jié)法施工的風(fēng)險(xiǎn)控制提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).

針對蘭渝鐵路桃樹坪和胡麻嶺隧道第三系富水泥質(zhì)弱膠結(jié)粉細(xì)砂巖施工中出現(xiàn)的問題,通過對圍巖物性、力學(xué)參數(shù)和特殊復(fù)雜水穩(wěn)特性的研究,揭示了第三系富水泥質(zhì)弱膠結(jié)砂巖工程特性和水穩(wěn)特性;結(jié)合現(xiàn)場工程試驗(yàn),確定了“重降水、密導(dǎo)管、強(qiáng)支護(hù)、輔注漿、快挖快支快封閉”的關(guān)鍵施工技術(shù),確保了施工安全.

在隧道軟弱地層施工中，crd法（交叉中隔壁法）是一種常用的施工方法。利用crd法進(jìn)行施工可以有效防止支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)下沉和變形，防止土體出現(xiàn)水平位移，降低地面沉降。以馬家坡隧道為例，對隧道工程地質(zhì)情況進(jìn)行了分析，經(jīng)過研究后設(shè)計(jì)采用crd法進(jìn)行隧道的開挖施工，并對crd法施工技術(shù)進(jìn)行探討，為類似隧道工程施工積累參考經(jīng)驗(yàn)。

蘭州地區(qū)分布的第三系含水砂巖具有異常復(fù)雜的工程特性,北環(huán)隧道洞身將穿越該套地層。介紹北環(huán)隧道的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)特征、巖體物理力學(xué)參數(shù),并取巖樣做水穩(wěn)特性試驗(yàn)。在綜合參考各試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下,分析控制隧道地質(zhì)條件的工程地質(zhì)問題,總結(jié)了北環(huán)隧道第三系砂巖的水穩(wěn)特征。

以胡麻嶺特長鐵路隧道為代表,第三系富水弱膠結(jié)砂巖地層成巖性差,遇水浸潤(泡)易發(fā)生塑性流坍、滑移或產(chǎn)生外擠現(xiàn)象,施工難度極大。通過計(jì)算表明在大埋深、軟流塑地層通過圍巖加固和降水疏干采取礦山法施工可行。介紹了該地層暗挖施工工法、輔助工法及參數(shù)。施工實(shí)踐證明技術(shù)體系適合,對胡麻嶺隧道成功建設(shè)起到了重要技術(shù)支持作用。

研究目的：以蘭渝鐵路桃樹坪、胡麻嶺隧道施工為切入點(diǎn)，結(jié)合施工遇阻情況，重點(diǎn)分析蘭州地區(qū)第三系砂巖地質(zhì)背景、成巖特征、物理力學(xué)性質(zhì)以及對隧道施工工作的不利影響。在大量施工數(shù)據(jù)，觀測記錄基礎(chǔ)上，開展水穩(wěn)性特征的專項(xiàng)科研攻關(guān)，增強(qiáng)對蘭州地區(qū)第三系砂巖認(rèn)識程度，提出較為前沿的施工處理方法。研究結(jié)論：第三系砂巖具有異常復(fù)雜的水穩(wěn)性特征，圍巖受擾動及水浸泡影響，穩(wěn)定性隨時(shí)間顯著變差，在國內(nèi)外地下洞室施工中極其罕見。超前降水控制圍巖含水率低于砂巖塑性變形含水率，保持圍巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，是有效解決第三系含水砂巖穩(wěn)定性的重要措施。

隧道是在鐵路建設(shè)過程中經(jīng)常會遇到的建設(shè)工程,而在富水粉細(xì)砂地層的隧道施工中,由于開挖面經(jīng)常出現(xiàn)涌水、涌泥、涌砂等現(xiàn)象,存在著塌方的風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重影響施工安全、進(jìn)度、工期,在這種地質(zhì)條件下做好降水成為工程施工的關(guān)鍵。

介紹了針對制約澀北氣田高效開發(fā)的防砂技術(shù)難題,通過綜合采用“穩(wěn)、固、防”等配套工藝,篩選出了較適合澀北氣田高泥質(zhì)粉細(xì)砂巖氣藏防砂的高壓一次充填防砂和纖維復(fù)合壓裂防砂工藝。截止2005年10月該項(xiàng)工藝已推廣應(yīng)用到47口井,大多數(shù)防砂井日產(chǎn)氣量有了明顯的提高,單井日產(chǎn)氣量平均增加40%以上,防砂有效期最長已達(dá)3年以上,滿足了粉細(xì)砂巖氣藏防砂和進(jìn)一步提高氣井單井產(chǎn)能的開發(fā)需要。

本文通過分析研究高泥質(zhì)粉細(xì)砂巖油井的堵塞機(jī)理,找出地層堵塞的原因,對不同的油井選擇不同的油層預(yù)處理工藝措施,再優(yōu)選防砂工藝,優(yōu)化防砂施工參數(shù),形成高效擋砂屏障,提高高泥質(zhì)粉細(xì)砂巖油井的防砂效果。

甘肅地區(qū)廣泛分布第三系咸水河組砂巖,其成巖作用差,具有復(fù)雜水穩(wěn)特性,對工程影響大。通過三條鐵路隧道砂巖物理力學(xué)性質(zhì)、遇水破壞特征及水文地質(zhì)條件的對比分析,對第三系砂巖水穩(wěn)特性進(jìn)行了簡要分析,可為隧道設(shè)計(jì)、施工及相似工程選線提供參考。

隨著建筑規(guī)模的增大,蘭州市廣泛分布的第三系砂巖已成為高層、超高層建筑物地基或修建地下建(構(gòu))物的惟一地層.本文通過大量詳實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)研究了蘭州市第三系砂巖的顆粒組成、物理性質(zhì)、變形過程和強(qiáng)度特征等工程特性,提出了確定強(qiáng)風(fēng)化砂巖地基承載力的優(yōu)選方法.

蘭州市區(qū)第三系風(fēng)化砂巖膠結(jié)弱,成巖性差,是一種極軟質(zhì)巖石。目前對于砂巖地基承載力的評價(jià)尤其是深度與寬度修正模式研究尚少,本文通過現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)對比研究,得出了風(fēng)化砂巖地基受荷后的變形特征與破壞模式,從理論上分析了其承載力特征值可以進(jìn)行深度修正;并進(jìn)一步通過模擬邊載條件下的載荷試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,其結(jié)果表明,在邊載作用下,砂巖地基承載力特征值會大幅度提高,按密實(shí)砂土修正系數(shù)進(jìn)行承載力修正結(jié)果偏于安全。本文通過現(xiàn)場試驗(yàn)研究結(jié)合理論分析,為評價(jià)風(fēng)化砂巖地基承載力提供了一個(gè)可靠實(shí)例與解決類似問題的研究思路。

筆者對黃驊坳陷下第三系儲油砂巖的成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、膠結(jié)物及膠結(jié)類型;砂巖中海綠石的特征等作了系統(tǒng)研究;并推斷了其形成的沉積環(huán)境。闡述了成巖礦物的生成順序,成巖作用,各成巖礦物的成巖環(huán)境及階段。對砂巖儲集性進(jìn)行了總結(jié)。得出如下結(jié)論:—、本區(qū)下第三系砂體成因不僅有邊緣沖積扇相、水下沖積扇相、灘壩相等,還有濁流、顆粒流等較深水重力流沉積。沉積相的多樣性與湖盆邊緣較陡,構(gòu)造活動頻繁有關(guān)。二、砂巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低。砂巖中富含碳酸鹽質(zhì)異化粒,廣泛分布有海綠石。

為提高烏審旗地區(qū)路基承載能力和穩(wěn)定性,進(jìn)行了多組三軸試驗(yàn),對不同水泥摻和比及不同圍壓下改良土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系、靜強(qiáng)度參數(shù)和剛度規(guī)律進(jìn)行了研究.試驗(yàn)結(jié)果表明,水泥改良土較粉細(xì)砂原狀土抗剪強(qiáng)度有不同程度的顯著提升.水泥改良土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線隨軸向應(yīng)變的增大,前期呈線性增長,后期增長斜率減小.隨著圍壓與水泥摻和比的增加,水泥土體的強(qiáng)度與剛度均增加.隨著水泥摻和比的增加,改良土的內(nèi)摩擦角和粘聚力均增加,水泥摻量超過7%時(shí)其脆性表現(xiàn)較為明顯,并基于試驗(yàn)分析了水泥改良土的水泥最佳配比.

為提高烏審旗地區(qū)路基承載能力和穩(wěn)定性,進(jìn)行了多組三軸試驗(yàn),對不同水泥摻和比及不同圍壓下改良土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系、靜強(qiáng)度參數(shù)和剛度規(guī)律進(jìn)行了研究.試驗(yàn)結(jié)果表明,水泥改良土較粉細(xì)砂原狀土抗剪強(qiáng)度有不同程度的顯著提升.水泥改良土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線隨軸向應(yīng)變的增大,前期呈線性增長,后期增長斜率減小.隨著圍壓與水泥摻和比的增加,水泥土體的強(qiáng)度與剛度均增加.隨著水泥摻和比的增加,改良土的內(nèi)摩擦角和粘聚力均增加,水泥摻量超過7%時(shí)其脆性表現(xiàn)較為明顯,并基于試驗(yàn)分析了水泥改良土的水泥最佳配比.

在設(shè)計(jì)鐵路路基的填料時(shí),最常出現(xiàn)的是在進(jìn)行鐵路建設(shè)的地方就地取材。在以粉細(xì)砂為主的地區(qū)通常會選擇用粉細(xì)砂作為鐵路的填料,在所有的填料中,粉細(xì)砂填料屬于c組類型填料,但是因?yàn)閮蓚€(gè)方面的原因需要對其進(jìn)行一定的改良,一方面是因?yàn)榉奂?xì)砂的粒徑比較單一、級配不好,k30不能夠滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求;另一方面則是因?yàn)榇笮蜋C(jī)械不能夠進(jìn)行施工。本文通過摻入不同體積a、b組礫砂填料到粉細(xì)砂填料中進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果顯示這種操作可以在不同程度上提高k30的值,從而在達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)解決施工方面的難題。

在富水粉細(xì)砂層中進(jìn)行下穿既有鐵路的頂管施工,由于施工降水會引起鐵路路基的沉降,須采用安全快速、經(jīng)濟(jì)合理的工程措施和工法。本文以包頭市一雨污水管下穿京包、集包鐵路工程為例,詳細(xì)介紹了所采用的＂帷幕止水豎井＋超長水平旋噴樁預(yù)加固＋頂管工藝施工＂方案。該方案實(shí)現(xiàn)了＂零排水、微沉降＂,保證了施工安全,可為類似工程提供借鑒。

本文結(jié)合第三系富水未成巖砂巖地層隧道工程實(shí)際,對第三系富水未成巖砂巖地層隧道在施工時(shí)的防排水工藝和輔助坑道支護(hù)工藝進(jìn)行了探索,對第三系富水未成巖砂巖地層隧道的施工具有參考價(jià)值。

振沖法加固飽和疏松粉細(xì)砂試驗(yàn)研究——結(jié)合上海市某重點(diǎn)工程，基于吹填粉細(xì)砂的工程特性，通過現(xiàn)場試驗(yàn)探索出振沖工藝的主要設(shè)計(jì)和施工參數(shù)，對深度15m以上的飽和疏松粉細(xì)砂地基采用振沖加固的有效性進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)研究。結(jié)果證明，振沖法加固飽和疏松粉細(xì)砂...

深厚吹填粉細(xì)砂地基加固試驗(yàn)研究——結(jié)合上海某深水港集裝箱堆場地基加固工程，基于深厚吹填粉細(xì)砂的工程特性，通過對無填料振沖擠密法加固的有效性和工藝參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)研究，對加固前后的土體變形、超靜孔壓變化、工藝參數(shù)和加固效果等進(jìn)行了分析和討論。結(jié)...

結(jié)合在建的蘭渝鐵路木寨嶺隧道炭質(zhì)板巖段實(shí)際情況,尋找解決控制高地應(yīng)力大變形的方法,通過在木寨嶺隧道7#斜井進(jìn)行超前大鉆孔、超前導(dǎo)洞應(yīng)力控制方法的現(xiàn)場試驗(yàn),根據(jù)與原施工段監(jiān)控量測結(jié)果進(jìn)行對比,二者雖對變形的控制起到一定作用,但就其可行性而言,還需繼續(xù)研究和完善。

石佛寺水庫改性粉細(xì)砂筑壩試驗(yàn)研究——采用室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場原型試驗(yàn)，對遼河石佛寺水庫庫區(qū)內(nèi)摻入水泥后粉細(xì)砂的特性進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著水泥摻入量的增加，粉細(xì)砂的凝聚力和內(nèi)摩擦角增大，滲透系數(shù)減小。當(dāng)水泥的摻入量為2％時(shí)，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和滲透...