暗挖隧道穿越砂層注漿施工工藝研究

孟濤

摘要：本文針對(duì)中鐵三局莞惠七標(biāo)項(xiàng)目暗挖隧道過砂層地段采用的全斷面、半斷面帷幕注漿施工工藝進(jìn)行研究，在實(shí)際施工中對(duì)設(shè)計(jì)的注漿工藝進(jìn)行了一定改進(jìn)，將設(shè)計(jì)采用的鉆注一體注漿工藝改為前進(jìn)式分段注漿工藝，通過改進(jìn)工藝，降低了注漿施工造價(jià)，保證了在狹小空間注漿施工的可行性，提高注漿止水效果的目的。

關(guān)鍵詞：暗挖隧道；砂層；注漿施工

U455

一、引言

由于地下水的影響會(huì)導(dǎo)致隧道施工過程中圍巖坍塌、變形、失穩(wěn)，特別是在富水砂層中可能引起隧道涌水、突泥，危及施工安全，此外還會(huì)引起隧道運(yùn)營(yíng)過程中基底翻漿冒泥和不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起地表沉降、水土流失、地面塌陷和房屋倒塌，造成環(huán)境破壞；因此，在隧道施工過程中對(duì)地層的堵水和加固非常重要，不僅可以提高地層的強(qiáng)度和完整性，而且可以防止隧道涌水突泥。

莞惠GZH-7項(xiàng)目地下暗挖隧道分為兩段，分別為DK38+952～DK44+577、DK44+809～DK51+339。部分暗挖隧道存在埋深較淺，最淺地段埋深僅8m，由于地面下10m范圍內(nèi)分布有黏土層或砂層、因此隧道拱頂部分穿越黏土層或砂層。隧道局部地段還存在下穿建筑物、穿越斷裂帶等情況，設(shè)計(jì)采用半斷面或全斷面超前帷幕注漿加固技術(shù)進(jìn)行加固。

2、注漿方法

2.1、原設(shè)計(jì)注漿方法

原設(shè)計(jì)主要針對(duì)隧道穿越黏土層或砂層、下穿建筑物、穿越斷裂帶等不同圍巖情況選擇半斷面或全斷面超前帷幕注漿形式對(duì)圍巖進(jìn)行加固，達(dá)到安全開挖的目的。注漿工藝設(shè)計(jì)情況介紹如下。

2.1.1、全斷面注漿

1）全斷面深孔注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外2m，注漿延隧道掘進(jìn)方向均為20m一循環(huán)段。一個(gè)注漿段完成后留3m不開挖作為下一循環(huán)的止?jié){巖盤。

2）每循環(huán)超前預(yù)注漿共設(shè)置96個(gè)注漿孔，第一環(huán)1-1#～1-20#孔深8m，第二環(huán)2-1#～2-20#孔深14m，第三、四、五、六環(huán)3-1#～6-1#孔深20.5m。示意圖如下：

2.2.2半斷面注漿

1）上半斷面深孔注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外2m，注漿延隧道掘進(jìn)方向均為20m一循環(huán)段。一個(gè)注漿段完成后留3m不開挖作為下一循環(huán)的止?jié){巖盤。

2）每循環(huán)超前預(yù)注漿共設(shè)置51個(gè)注漿孔，第一環(huán)1-1#～1-24#孔深9.4m，第二環(huán)2-1#～2-24#孔深14.6m，第三環(huán)3-1#～3-24#孔深21m第四、五環(huán)4-1#～5-14#孔深20.9m，第六、七環(huán)6-1#～7-4#孔深20m。

原設(shè)計(jì)采用鉆注一體化的注漿工藝，該工藝工作原理是通過在止?jié){墻上安裝孔口管，在軟弱地層中，可采用金剛石鉆頭直接鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，在孔口安裝止?jié){塞，將孔口密封，然后停止供水，從供漿管中直接注入漿液，漿液從鉆桿中流向鉆頭進(jìn)入地層，同時(shí)漿液在回流過程中產(chǎn)生反力使止?jié){塞膨脹，對(duì)鉆桿外壁和孔口管內(nèi)壁產(chǎn)生擠壓力，封堵空隙，起到止?jié){作用，然后，邊注漿邊旋轉(zhuǎn)鉆桿，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力或注漿量后，后退鉆桿1.5～2m（一根鉆桿長(zhǎng)度），拆下一根鉆桿，直到退到孔口，拆下止?jié){塞和鉆桿，完成整個(gè)孔的注漿。

2.3、改進(jìn)的注漿施工工藝

由于本項(xiàng)目全部為地下暗挖隧道，豎井空間狹小，且由于地質(zhì)非常差，為保證安全，掌子面只能小范圍開挖，無法滿足大型機(jī)械操作，加之注漿單價(jià)低，注漿段落分散，因此無法實(shí)施原設(shè)計(jì)的鉆注一體化的注漿工藝，為解決實(shí)際注漿施工中的困難，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，采用分段前進(jìn)式注漿工藝，滿足了現(xiàn)場(chǎng)注漿需要，同時(shí)減少了投入，達(dá)到了實(shí)用經(jīng)濟(jì)的效果。

1）注漿方式選擇

進(jìn)行帷幕注漿加固時(shí)，注漿方法有前進(jìn)式注漿和后退式注漿兩種方式。前進(jìn)式注漿主要用于圍巖破碎嚴(yán)重，成孔困難及地層軟弱的地段，后退式主要用于圍巖破碎程度相對(duì)稍好一些的地段。由于注漿段落處于砂層中，因此采用前進(jìn)式分段注漿，每段長(zhǎng)度6m，鉆一段注一段，直至注漿完成。

2）注漿量控制

（1）注漿采用循環(huán)注漿方式，對(duì)每一循環(huán)注漿孔根據(jù)注漿時(shí)間先后順序分為兩序孔或以上。一序孔為先注漿孔，二序孔為后注漿孔，兩序孔按跳孔的方式進(jìn)行劃分，注漿順序同樣按跳孔的方式進(jìn)行。一序孔原則上按定量定壓相結(jié)合原則，二序孔按定壓原則進(jìn)行鉆孔注漿施工。

（2）單孔注漿量控制

設(shè)計(jì)控制：Q=π.R2.h.n.a.(1+β)

式中：Q—注漿量（m3），R—漿液擴(kuò)散半徑（m），h—注漿段長(zhǎng)（m），

n—地層裂隙度（空隙率），a—漿液填充率，β—漿液損失率（一般取10％～30％）。

一序孔：按上式計(jì)算結(jié)果取Q一序＝Q；二序孔：按上式計(jì)算結(jié)果取Q二序＝0.8Q

3）現(xiàn)場(chǎng)注漿施工控制

施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)原則進(jìn)行注漿量控制，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)漏漿較嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整注漿孔順序；出現(xiàn)個(gè)別注漿孔長(zhǎng)時(shí)間注漿壓力不上升時(shí)，應(yīng)通過調(diào)整注漿材料和漿液配比參數(shù)，以及通過反復(fù)注漿措施，達(dá)到可控域注漿，并滿足加固圈厚度要求。

（1）注漿順序：先注內(nèi)圈孔，后注外圈孔，先注無水孔，后注有水孔，從拱頂順序向下進(jìn)行，如遇竄漿或跑漿，則可間隔一孔或數(shù)孔灌注，注漿結(jié)束后，應(yīng)利用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力，直至漿液完全凝固。（2）注漿材料選擇調(diào)整順序：注漿材料由細(xì)顆粒漿材調(diào)整到粗顆粒漿材，漿液由單液漿調(diào)整為雙液漿。（3）漿液配比參數(shù)：通過調(diào)整漿液配比參數(shù)，將低濃度漿液調(diào)整到高濃度漿液，將凝膠時(shí)間長(zhǎng)的漿液調(diào)整到凝膠時(shí)間短的漿液。

4）注漿控制參數(shù)

注漿壓力：采用0.3～2.0mpa，注漿時(shí)根據(jù)實(shí)際注漿止水效果調(diào)整；配合比：經(jīng)試配采用配合比為：體積比c:s=1:(0.6和0.8)，水灰比1:1，水玻璃模數(shù)2.7，水玻璃波美度37Be；注漿方式：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件選用預(yù)埋φ42鋼花管注漿施工；注漿循環(huán)：注漿沿隧道掘進(jìn)方向6m一循環(huán)段；擴(kuò)散半徑：1.5m；開孔直徑：φ89mm；注漿終壓：注漿終壓為1.5～2Mpa（注漿機(jī)壓力表讀數(shù)）。

5）注漿施工工藝

（1）注漿施工流程

止?jié){墻→注漿孔位放樣測(cè)量→鉆孔→埋設(shè)鋼花管→安裝孔口漿液混合器→注漿施工。

（2）止?jié){墻施工

為保證注漿施工順利安全進(jìn)行，在掌子面設(shè)置30～40cm厚掛網(wǎng)噴射混凝土止?jié){墻。避免注漿壓力過大導(dǎo)致掌子面開裂。

（3）鉆孔及埋管施工

鉆孔采用鋒100型潛孔鉆機(jī)一次性鉆至6m，鉆桿為Φ50mm中空鋼管，每節(jié)1m，鉆頭直徑為Φ89mm。鉆進(jìn)過程采用跟進(jìn)式，鉆桿間采用套絲連接，鉆至設(shè)計(jì)孔深后埋設(shè)Φ42mm鋼花管，鋼花管每節(jié)3m，鋼花管間采用套絲連接，直至埋入到鉆孔深度后采用快速凝結(jié)水泥將孔口與鋼花管外側(cè)封口密實(shí)后進(jìn)行下步施工。

（4）注漿施工

注漿前按照設(shè)計(jì)參數(shù)要求進(jìn)行漿液調(diào)配，并檢測(cè)漿液是否合格，待孔口封堵水泥強(qiáng)度達(dá)到要求后，再安裝孔口漿液混合器，將鋼花管口與混合器前端鋼板焊接密實(shí)，在混合器后端安裝漿液控制閥后，采用SYB-60/5雙液注漿機(jī)進(jìn)行注漿施工，漿液在孔口混合器中匯合，注漿至設(shè)計(jì)壓力后維持2～3min，進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)量則停止注漿，注入清水將管內(nèi)漿液頂出使其先行擴(kuò)散凝固。漿液凝固后，拆除注漿管，清洗干凈，保證下次使用。

四、結(jié)論與討論

1）采用改進(jìn)后注漿工藝的分段注漿施工工藝，克服了在隧道掌子面空間狹小的條件下人工操作的可行性，達(dá)到了工藝操作簡(jiǎn)單，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。

2）經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，該方法大大減少鉆孔數(shù)量，注漿量能控制在設(shè)計(jì)量范圍內(nèi)，且注漿效果很好，保證了隧道施工安全可控。

3）該工藝使用的機(jī)械設(shè)備造價(jià)相對(duì)較低、簡(jiǎn)單易操作，適用性較強(qiáng)。

4）采用該注漿工藝進(jìn)行注漿，存在的一個(gè)問題就是施工效率較低，影響開挖施工進(jìn)度，對(duì)工期緊張的隧道施工不是太適用。

參考文獻(xiàn)：

[1].李治國(guó)、王全勝、徐海廷 隧道鉆孔注漿一體化施工技術(shù)〔J〕隧道建設(shè) 2010年8月 第4期

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。