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新建铁路兰州至重庆线兰州至广元段桃树坪、胡麻岭隧道试验段降水设计方案中铁第一勘察设计院集团有限公司2011年1月西安-1-目录一、工程概况····························································-2-1、桃树坪隧道··························································-2-2、胡麻岭隧道··························································-2-二、工程地质和水文地质·············································-3-1、工程地质·····························································-3-2、水文地质·····························································-4-三、气象条件····························································-5-四、施工揭示第三系粉砂岩概况····································-5-五、降水方案····························································-6--2-一、工程概况1、桃树坪隧道桃树坪隧道进口位于兰州东站东端，出口位于兰州市榆中县方家泉村。起讫里程：DK3+430～DK6+655，全长3225m。根据施组安排和工程需要，桃树坪隧道共设置5座斜井，其中除0#斜井已进入正洞外，其他4座斜井均未进入正洞。以下为辅助坑道表和斜井设置示意图：桃树坪隧道辅助坑道表序号斜井相交里程长度（m）平面夹角线路关系备注10#斜井DK3+6607574°49′53″左侧单车道加错车道21#斜井DK4+21042057°0′7″左侧单车道加错车道32#斜井DK4+74062191°12′42″右侧单车道加错车道43#斜井DK5+28032545°0′0″左侧单车道加错车道54#斜井DK5+88544555°14′27″左侧单车道加错车道桃树坪隧道辅助坑道平面布置示意图2、胡麻岭隧道胡麻岭隧道位于甘肃省境内榆中县与定西市，进口位于榆中县龙泉乡下郭家庄村，出口位于定西县苦河左岸，主要穿行于黄土高原的黄土梁、峁区。起讫里程：DK68+626～DK82+237,全长13611m。根据施组安排和工程需要，胡麻岭隧道共设置7座辅助坑道，其中除1#、2#、5#斜井已进入正洞外，其他4座辅助坑道均未进入正洞。以下为辅助坑道表和斜井设置示意图：DK4+740DK4+210兰州端洞口DK3+435DK5+280DK5+885重庆端洞口DK6+655DK3+660-3-胡麻岭隧道辅助坑道表胡麻岭隧道辅助坑道平面布置示意图二、工程地质和水文地质1、工程地质（1）桃树坪隧道根据调查及钻探揭露，桃树坪隧道工程涉及的主要地层为：1）砂质黄土（Q3eol3）：主要分布于山坡上部，淡黄色，厚度15～50m，土质较均，稍湿，稍密，Ⅱ级普通土。2）砂质黄土（Q3al3）：主要分布于高阶地，淡黄色，厚度10～50m，土质较均，稍湿，中密为主，Ⅱ级普通土。2）砂质黄土（Q2eol3）：主要分布于山坡上部，浅黄色，厚度15～80m，土质较均，稍湿，中密-密实，Ⅲ级硬土。3）粗圆砾土（Q2al6）：分布于洞身及出口风积砂质黄土底部，厚度0.4～40m不等，青灰色，颗粒成分主要以砂岩、石英岩等为主，浑圆状，粒径大于60mm序号项目相交里程长度（m）平面夹角线路关系备注1坡上斜井（1#）DK71+500110359°31′48″右侧单车道加错车道2骡子沟斜井（2#）DK74+200111474°42′21″右侧单车道加错车道3东古路斜井（3#）DK77+40077051°10′7″左侧双车道4歇地山斜井（4#）DK79+50066444°50′26″左侧单车道加错车道5新增坡底下斜井（5#）DK76+00070534°30′8″左侧单车道加错车道6新增7#竖井DK78+19030---左线---7新增8#斜井DK78+80045040°右侧单车道加错车道DK76+000DK78+190DK78+800兰州端洞口DK68+626DK71+500DK74+200DK82+237DK76+850DK79+500重庆端洞口-4-约占15%，60～40mm约占30%，40～20mm约占30%，余为细圆砾及杂砂土充填，潮湿-饱和，密实，局部钙质胶结，Ⅳ级软石。4）卵石土（Q2al7）：分布于进口端，厚度0.5～4.5m不等，青灰色，颗粒成分主要以砂岩、石英岩等为主，浑圆状，粒径大于200mm约占5%，粒径200～60mm约占55%，余为圆砾及杂砂土充填，潮湿，密实，Ⅳ级软石。5）砂岩（N2Ss）:浅红色为主，矿物成分以石英、长石等为主，细粒砂状结构，泥质弱胶结，成岩作用差，Ⅳ级软石。（2）胡麻岭隧道胡麻岭隧道3#、4#斜井洞身和DK76+350～DK79+600段正洞地层以上第三系砂岩为主，夹有泥岩、砾岩薄层，成岩作用差，泥质弱胶结，岩质软。桃树坪隧道正洞及斜井大部分段落和胡麻岭隧道正洞部分段落（DK76+350～DK79+600）及3#、4#、8#斜井、7#竖井穿越第三系富水弱胶结粉细砂岩地层，浅红色，粉细粒结构，成岩性差，泥质弱胶结，局部形成钙质半胶结或胶结的透镜体，岩质软，无地下水时，围岩整体稳定性较好。当地下水发育时，此类砂岩经开挖扰动、受水长时间浸润或浸泡后，围岩软化现象明显，在地下水富集地段，掌子面还出现涌水、涌砂现象，隧道掌子面前施工扰动后基底多呈粉细砂状，基底软化，拱部及边墙变形、收敛及塌落掉块均很严重。2、水文地质（1）桃树坪隧道隧道通过区地表水不发育；地下水主要为上部第四系孔隙潜水和下部砂岩裂隙（孔隙）水，主要受大气降水补给，预测最大涌水量为1116.8m3/d。环境地下水对混凝土具氯盐、硫酸盐及镁盐侵蚀性，环境作用等级分别为L2、H2和H2。（2）胡麻岭隧道隧道通过区地表水较发育，主要为石门水库上游水塘长年积水和奶长沟长年流水。受大气降水补给；地下水主要为下部第三系基岩裂隙水，水量不大。主要受大气降水及地表水补给。-5-该段隧道洞身设计预测正常涌水量为1429m3/d，最大涌水量为4287m3/d。根据环境水对混凝土侵蚀判定标准属硫酸盐侵蚀及氯盐侵蚀，环境作用等级H2、L1。三、气象条件（1）桃树坪隧道桃树坪隧道位于温带半干旱气候区。年平均气温9.5℃，极端最高气温39.8℃，极端最低气温-21.7℃，最热月平均气温22.4℃，最冷月平均气温-6.1℃；年平均降水量319.6mm，年最大降水量546.7mm，年最小降水量189.2mm；年平均蒸发量1457.7mm，年最大蒸发量1883.9mm；平均风速0.9m/s（主导风向E），最大瞬时风速为29.5m/s（主导风向NNW），年平均大风日数（≥8级）5.7天；年最大积雪厚度10cm；土壤最大冻结深度103cm。（2）胡麻岭隧道胡麻岭隧道位于甘肃省境内榆中县与定西市，线路所经地区属温带半干旱气候区，蒸发量远大于降水量。温差变化大，多风。年平均气温6.7℃，极端最高气温35.8℃，极端最低气温－29.7℃，最热月平均气温18.9℃，最冷月平均气温－7.8℃；年平均相对湿度64mb；年平均降水量395.3mm，年最大降水量720.1mm，年最小降水量245.7mm；年平均蒸发量1606.4mm，年最大蒸发量1847.4mm；平均风速1.8m/s（主导风向SE），最大瞬时风速为24.8m/s（主导风向NW），年平均大风日数（≥8级）6.3天；年最大积雪厚度17cm；土壤最大冻结深度126cm。四、施工揭示第三系粉砂岩概况根据隧道施工揭示的情况，结合补充地质勘察工作，经综合分析，对第三系含水粉细砂岩具有以下工程特性:1、通过对桃树坪隧道进行补充钻探（3孔/280m），揭示地层结构与原设计基本相符，粉细砂岩大部分为泥质弱胶结，局部夹有钙质胶结的薄层，成岩性极差，结构较紧密,渗透系数小，其工程性质更接近于具压密作用的粉细砂层。其主要物理力学指标见下表。-6-物理力学指标统计表隧道名称颗分定名含水率（%）比重Gs孔隙比e压缩系数a1-2黏粒含量(%)渗透系数Kt(cm/s)桃树坪粉细砂岩3.2～24.22.630.38～0.420.084～101.0×10-3～3.5×10-4胡麻岭粉细砂岩4.3～19.52.600.36～0.480.078～222.0×10-4～5.2×10-52、钻孔揭示圆砾土中未见地下水，下部砂岩中有少量地下水，说明地下水以孔隙水为主，且分布具有不均匀性，仅局部地段砂岩含水偏高或地下水相对富集。隧道正洞及斜井内地下水应以大气降水入渗和岩体容积储量水为主要补给来源。3、砂岩的成分组成、胶结及含水情况具有不均一性，且开挖后受水体浸泡及外部条件的影响，稳定性随时间延续具有显著变差的特点。如通过对部分掌子面砂岩含水率的延时变化分析，上台阶含水率变化不大，稳定时间相对较长，而中下台阶开挖后含水率在3～5小时后就会达到饱和状态，且局部发生流变，使台阶失稳。五、降水方案第三系粉细砂岩地层岩性软，岩质疏松，成岩作用极差，属极软岩，稳定性很差，遇水易软化；当地下水发育或含水率高时，软化围岩现象明显，砂岩多已呈泥状，基底有涌水现象发生，基底被水浸成淤泥，基底软化，拱部及边墙塌落掉块均很严重。桃树坪、胡麻岭隧道在第三系富水弱胶结粉细砂岩地段施工过程中，由于受到渗水影响，原状弱胶结粉细砂岩工程条件迅速恶化，常呈流砂状外涌，施工风险较大，施工前对掌子面进行降水处理十分必要。结合现场试验和专家意见，第三系富水弱胶结粉细砂岩地层斜井采用真空轻型井点降水+集水坑降水方案；正洞采用真空轻型井点降水+深井井点降水方案。1、真空轻型井点降水（1）洞内竖向轻型井点真空降水。-7-斜井和正洞上、中台阶开挖后，在上、中台阶两侧拱脚下返50cm安设长度4米降水管，外插角60°，同时为了降低仰拱底部水位，特在斜井底部两侧加设两根降水管，外插角30°，长度5米；三排真空降水管纵向间距0.75m，支管与主管连接，将水通过主管排出。（2）洞内水平真空轻型井点降水根据斜井及正洞掌子面渗水具体情况，在掌子面渗水较大、掌子面自稳能力差、施工难度较大条件下，必要时增设水平真空轻型井点降水。1）斜井降水管布置从上台阶下返50cm，在掌子面中间部位加设3根4m长真空降水管，打设角度与斜井纵坡一致；如无法满足拱部开挖要求，拱顶降水管间距调小，进行加密。拱部降水管与中台阶部位主管连接，及时将水抽出。主要目的是上台阶的水位降下来，以达到无水施工条件，满足上断面开挖要求。3）正洞三台阶法施工降水管布置从上台阶下返50cm，布设11根4m长真空降水管，打设角度与正洞纵坡一致；从中台阶下返50cm，布设13根4m长真空降水管，打设角度与正洞纵坡一致。如无法满足拱部开挖要求，拱顶降水管间距调小，进行加密。拱部降水管与中台阶部位主管连接，及时将水抽出。主要目的是上、中台阶的水位降下来，以达到无水施工条件，满足上、中断面开挖要求。（2）真空轻型井点降水材料及连接说明真空井点系统由井点管（管下端有滤管）、连接管、集水总管和抽水设备等组成。支管采用Φ32mmPP2管，主管采用Φ75mmPP2管；插入土层的支管必须包双层100目滤网。每排支管与主管连接，主管接入真空泵。支管和主管之间采用32mm钢丝软管连接，并在连接部位加设阀门，控制井管降水；主管和真空泵连接采用75mm钢丝软管连接；降水管采用高压水成孔，在冲孔的过程中降水管跟进。降水管在冲孔时，必须控制外插角，同时，降水管必须向掌子面前方斜插，主要考虑解决掌子面前方降水。降水过程中，真空负压控制在-0.