袖閥管壓密注漿在淺埋隧道施工中的應(yīng)用

余朝陽(yáng)

(中鐵二十三局集團(tuán)有限公司， 四川成都 610031)

袖閥管壓密注漿在淺埋隧道施工中的應(yīng)用

余朝陽(yáng)

(中鐵二十三局集團(tuán)有限公司， 四川成都 610031)

在向莆鐵路西城隧道淺埋塌方段施工中，通過(guò)袖閥管注漿固結(jié)，最后實(shí)現(xiàn)蓋挖通過(guò)，在山嶺隧道含水散軟弱地層中取得了良好的應(yīng)用效果，也可為類(lèi)似工程提供了借鑒。結(jié)合地層特性，對(duì)袖閥管注漿造孔、注漿及效果進(jìn)行了介紹。

淺埋隧道;軟弱地層;袖閥管;分段注漿;蓋挖法

1 工程概況

新建向莆鐵路上西城隧道位于江西省東部南豐縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，隧道進(jìn)口里程DK210+265，出口里程為DK203+770，全長(zhǎng)2505 m，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km/h。

隧道洞身穿越3段淺埋段，分別是DK201+630～+660(1#淺埋段)，埋深約5 m;DK201+830～+900(2#谷地淺埋段)，埋深約9 m;DK202+613～+660(3#淺段)，埋深約9 m。

施工至DK201+730時(shí)，出現(xiàn)涌泥現(xiàn)象，立即封閉掌子面。對(duì)DK201+730～+930段實(shí)施補(bǔ)勘，補(bǔ)勘結(jié)果表明，該隧道段屬淺埋地段，谷地。表層覆蓋Q4al+pl粉質(zhì)黏土，下伏基巖為Za花崗質(zhì)混合巖，全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化。洞身主要為全風(fēng)化層，地下水發(fā)育，主要為裂隙潛水，由于下部強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化巖層的阻水作用，致使洞身的全風(fēng)化層處于軟至流塑狀。

隧道洞身圍巖為全風(fēng)化花崗質(zhì)混合巖，呈沙土狀，地下水較為發(fā)育。經(jīng)試驗(yàn)，土體含水量為29%～35%，土體呈軟塑狀，個(gè)別達(dá)到流塑狀，屬VI級(jí)圍巖(軟土)。

西城隧道本不是向莆線控制性工程，但由于多次通過(guò)淺埋斷層，以致工期嚴(yán)重?fù)p失，成為了全線控制性工程。

隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線，有碴軌道，二襯防水等級(jí)不小于P8。淺埋段設(shè)計(jì)建議方案為:淺埋核心為I20a工字鋼架，0.6 m/榀，Φ89洞身超前大管棚，開(kāi)挖工法為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;兩側(cè)同級(jí)影響段超前支護(hù)為超前雙層小導(dǎo)管，3 m/環(huán);次級(jí)影響帶超前支護(hù)為超前小導(dǎo)管，3 m/環(huán);弱影響帶超前支護(hù)為超前錨桿，鋼架為160格柵鋼架，1 m/榀。非核心段開(kāi)挖工法均為3臺(tái)階7步開(kāi)挖法。

2 確定施工方案

根據(jù)工程特點(diǎn)，經(jīng)研究分析，確定在對(duì)塌體洞內(nèi)實(shí)施封閉，在掌子面采取雙層小導(dǎo)管超前注漿法固結(jié)掌子面周邊散體和圍巖。洞頂塌方段先采回填壓實(shí)，然后選擇注漿固結(jié)。通過(guò)對(duì)帷幕注漿法、旋噴固結(jié)法和袖閥管壓密注漿固結(jié)法等多種工法進(jìn)行比較，考慮到此段地層的復(fù)雜性和后期地下水對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，確定在洞頂塌方回填區(qū)選擇采用袖閥管壓密注漿固結(jié)法，未塌方淺埋段選擇旋噴樁固結(jié)法，經(jīng)固結(jié)后，洞內(nèi)采取蓋挖法施工。本文重點(diǎn)介紹袖閥管注漿工藝。

3 袖閥管注漿效果設(shè)計(jì)

西城隧道2#淺埋段經(jīng)過(guò)袖閥管壓密注漿固結(jié)后，應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo):

(1)洞頂取芯，芯樣要完整，注漿握裹良好，經(jīng)壓力試驗(yàn)，強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到10.5～20 MPa;

(2)洞內(nèi)打開(kāi)封閉后，對(duì)散體進(jìn)行試鉆，密實(shí)性應(yīng)良好;

(3)開(kāi)挖過(guò)程中，洞頂穩(wěn)定，不發(fā)生掉塊塌方，自穩(wěn)時(shí)間應(yīng)達(dá)到或超過(guò)Ⅳ級(jí)圍巖指標(biāo)，洞頂允許局部有滲滴水，但滲滴水對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)影響較小。

4 方案實(shí)施

4.1 封閉掌子面

首先對(duì)掌子面塌方體和涌泥封閉，實(shí)施止?jié){墻。從掌子面后退15 m，施工止?jié){墻，墻厚2 m，高4 m。然后收攏塌體坡面，沿坡面掛網(wǎng)并噴射混凝土。止?jié){墻布置導(dǎo)向管，采取前進(jìn)式注漿，逐步固結(jié)塌方碴體;配合進(jìn)前式注漿，在其封閉面實(shí)施小導(dǎo)管固結(jié)，對(duì)洞內(nèi)塌方散體擠密注漿。碴體注漿完成后，通過(guò)平臺(tái)，對(duì)掌子面實(shí)施雙層超前小導(dǎo)管注漿，超前固結(jié)掌子面前方附近圍巖，讓掌子面全面封閉。掌子面封閉如圖1所示。

圖1 塌方后封閉掌子面示意

4.2 洞頂塌坑處理

經(jīng)過(guò)對(duì)塌方后洞頂勘察，洞頂覆蓋層連同植被厚度約24 m，已因塌方形成塌坑，塌坑中心深度約4 m，影響半徑約20～40 m，山體大面積開(kāi)裂。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院補(bǔ)勘，該處地質(zhì)主要為全風(fēng)化花崗巖和谷地坡積覆蓋，屬軟弱土層地質(zhì)，定義為Ⅵ級(jí)圍巖;地下水發(fā)育。因此，洞頂加固處理勢(shì)在必行，否則洞內(nèi)掘進(jìn)難度大。

洞頂塌坑處理方案:清除表土腐植層，修建地表周邊截排水溝;對(duì)周邊坡面進(jìn)行淺表防水處理，噴以5 cm噴射混凝土，為確保施工期間安全，局部施工土釘;利用周邊土體對(duì)塌坑回填壓實(shí);對(duì)回填層至洞頂范圍實(shí)施土體固結(jié)注漿。

4.3 袖閥管注漿方案

4.3.1 方案簡(jiǎn)述

對(duì)洞頂上方DK201+725～DK201+775段實(shí)施注漿固結(jié)，寬度范圍為兩側(cè)各20 m，形成50 m×40 m區(qū)域，間距為2 m，沿隧道前進(jìn)方向梅花布置。覆填后，洞頂以上埋深為30 m，確定地表以下6 m范圍為不注漿層，其下孔深分3個(gè)梯度，24，27，30 m為注漿固結(jié)層(見(jiàn)圖2)。

圖2 袖閥管壓密注漿孔布置(單位:cm)

4.3.2 袖閥管注漿參數(shù)設(shè)定

由于向莆線之前未曾取得相關(guān)數(shù)據(jù)，西城隧道周邊區(qū)域也未曾取得相近數(shù)據(jù)，因此，選擇3根樁作為試驗(yàn)樁，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定注漿參數(shù)。編號(hào)為試驗(yàn)1#樁、試驗(yàn)2#樁、試驗(yàn)3#樁，位于隧道靠施工便道側(cè)。3根試驗(yàn)樁呈三角形布置，擴(kuò)散圓咬合半徑設(shè)定為1.25 m。采取3孔交替換節(jié)換孔注漿試驗(yàn)，注漿使用水泥為 P.O42.5普通硅酸鹽水泥，W/C=1/2，減水劑2%，稠度45～60 s。根據(jù)試驗(yàn)確定的注漿參數(shù)如下:

(1)鉆孔泥漿比重選擇為1.2～1.3;

(2)套殼料配置比重為1.2～1.4;

(3) 注漿壓力2.5～3.5 MPa，注漿速率10～20 L/min;

(4)擴(kuò)散半徑1.3～1.5 m，漿液初凝時(shí)間84～120 min，終凝時(shí)間為 3.5～5.2 h;

(5)由低到高、奇偶錯(cuò)開(kāi)、先中間后兩邊的順序注漿;

(6)選擇節(jié)長(zhǎng)30 cm的袖閥管;

(7)注漿中發(fā)生故障或注漿記錄顯示明顯異常，應(yīng)停止注漿，并洗管后進(jìn)行分析排除;

(8)注漿7 d后，取芯測(cè)試，強(qiáng)度可達(dá)到18～29 MPa。

4.3.3 袖閥管壓密注漿施工工藝

施工工藝流程:鉆機(jī)定位加固→鉆孔→調(diào)配泥漿護(hù)壁→取鉆→下套殼料置換泥漿→下袖閥管(袖閥管安裝→封底口→下管)→下鋅管(注漿頭、管路連接)→水泥漿配置→開(kāi)注漿機(jī)→吸漿、第1節(jié)注漿→第1節(jié)注漿結(jié)束、按步距提管→洗管(注漿過(guò)程中故障識(shí)別和排除、或停止/結(jié)束注漿)→確認(rèn)第1節(jié)注漿合格→第2節(jié)注漿開(kāi)始(第1節(jié)注漿的步驟)→單孔注漿結(jié)束、洗管收機(jī)。

采取枕木支墊和調(diào)平鉆機(jī)，枕木應(yīng)埋置于土層中不小于10 cm。因?yàn)樵O(shè)計(jì)預(yù)設(shè)擴(kuò)散半徑為1.25 m，擴(kuò)散半徑試驗(yàn)數(shù)據(jù)為1.30～1.50 m，因此，鉆孔垂直度直接影響注漿是否能夠完全咬合，要求鉆孔垂直度不得大于1%，且偏差不大于10 cm。

鉆孔過(guò)程須做鉆孔記錄，為防止塌孔，全程采取泥漿護(hù)壁鉆孔。泥漿配置應(yīng)充分考慮地層特性，泥漿要保證成孔性好，可粘性好，鉆具在土層中旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和出土都能較好成孔，不塌孔。對(duì)于粘土質(zhì)、砂質(zhì)、卵礫質(zhì)配比不同。此處選擇的配比如下:

(1)砂質(zhì)地層。選料:水、純堿、膨潤(rùn)土、降失水劑、懸浮促進(jìn)劑。配比:水1000 kg∶膨潤(rùn)土45 kg(攪拌均勻)∶2.5～3.0 kg降失水劑(緩慢加入)∶2 kg懸浮促進(jìn)劑(松散粗砂地層選擇此項(xiàng))。

(2)粘土地層。選料:水、純堿、膨潤(rùn)土、孔壁穩(wěn)定劑、表面活性劑。配比:水1000 kg∶膨潤(rùn)土45 kg(攪拌均勻)∶1 L孔壁穩(wěn)定劑(緩慢加入)(高塑性粘土地層時(shí)選用此項(xiàng))∶加入3.8 L表面活性劑(高塑性粘土地層選擇此項(xiàng))。

(3)卵礫質(zhì)地層。選料:水、純堿、膨潤(rùn)土、降失水劑、懸浮促進(jìn)劑、堵漏材料、堵漏材料(備選)。配比:水1000 kg∶膨潤(rùn)土 35～50 kg(攪拌均勻)∶3.0 kg降失水劑∶3～4 kg懸浮促進(jìn)劑∶12～25 kg堵漏材料。

套殼料對(duì)注漿質(zhì)量非常重要，套殼料的質(zhì)量直接影響注漿效果，因此，套殼料須嚴(yán)格配置。袖閥管套殼料的選料為:水泥、土、水，配合比:水泥1∶土1.53 ∶水1.94 或水泥 1∶土 1.50∶水 1.88。套殼料置換護(hù)壁泥漿步驟是:泥漿護(hù)壁鉆孔直至預(yù)定深度→在孔內(nèi)插入無(wú)孔眼的鋼管→通過(guò)此管壓入套殼料至孔內(nèi)泥漿完全被置換→澆注套殼料鋼管拔出→將底端封閉的袖閥管壓入孔內(nèi)。

注漿過(guò)程中需要根據(jù)注漿情況判斷是否堵孔，是否發(fā)生孔道串漿，并記錄注漿壓力。如果注漿過(guò)程中出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，必須馬上停止注漿，并洗管排除故障;如發(fā)生孔道串漿，應(yīng)停止注漿，洗管等待先行漿液終凝再試注，如果串漿仍然繼續(xù)，應(yīng)判定為地下徑流影響，應(yīng)考慮雙液漿先堵水后注漿。

等待換節(jié)注漿的時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)多孔交錯(cuò)注漿，換孔時(shí)應(yīng)徹底洗孔。注漿結(jié)束，需清理注漿設(shè)備，清除廢棄注漿液，保護(hù)注漿設(shè)備，清理施工現(xiàn)場(chǎng)，廢物入堆，廢水入池。

5 結(jié)語(yǔ)

袖閥管以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在復(fù)雜地層加固注漿中發(fā)揮重要作用，在向莆線洞頂淺埋蓋挖加固中取得了較理想的效果。由于本方案科研投入有限，對(duì)于松散含水土體止水、吸漿、固結(jié)效果未能取得詳細(xì)的數(shù)據(jù)。但是，該施工段的總體效果較好，為類(lèi)似工程提供了經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 陳劍華，王松波.袖閥管注漿法在松散地層防滲處理中的應(yīng)用［J］.人民長(zhǎng)江，2009，40(12).

［2］ 張 東，薛洪松，路 剛.袖閥管注漿在隧道穿越樓房施工中的應(yīng)用［J］.建筑科學(xué)，2009，40(11).

［3］ 張武建.袖閥管法灌漿施工質(zhì)量控制［J］.化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2004，26(1).

［4］ 中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)巖石錨固與注漿技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì).錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1999，9.

［5］ 張民慶，張文強(qiáng)，姜才榮.袖閥管注漿工法的改進(jìn)與應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2003，32(9).

2011－03－25)

余朝陽(yáng)(1977－)，男，安徽懷寧人，工程師，從事隧道及地下工程技術(shù)管理工作，mail:tmxsycy@163.com。