隧洞施工洞內(nèi)深孔注漿加固施工技術(shù)

耿宏彬

(北京市南水北調(diào)建設(shè)管理中心，北京 100195)

1 工程概況

南干渠工程是北京市南水北調(diào)配套工程的重要組成部分，位于北京市南部地區(qū)，全長(zhǎng)約27.2 km。本標(biāo)段為施工第十二標(biāo)段，起訖樁號(hào)為21+199.04～23+959.04，線路全長(zhǎng)2 760 m，設(shè)計(jì)中有連續(xù)曲線長(zhǎng)870 m，線路下穿民房建筑物，最小曲線半徑僅350 m。

隧洞埋深大部分在15.0 m～16.5 m，隧洞施工下穿灌渠埋深最淺處僅為10.8 m。隧洞主要穿過粘性土、粉土與礫土、卵礫石交互沉積層。地下水主要為上層滯水、潛水和層間潛水，地下水水位標(biāo)高為11.12 m ～14.03 m。

2 洞內(nèi)深孔注漿加固方案的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)我標(biāo)段的線路走向，結(jié)合地面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為保證隧洞施工安全順利進(jìn)行，保證地面建筑物不受破壞，對(duì)施工主要參數(shù)控制和注漿參數(shù)進(jìn)行了明確要求，施工中嚴(yán)格按照方案要求施工。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在隧洞施工掘進(jìn)至民房建筑物時(shí)，在已施工部分地表累計(jì)沉降值已達(dá)10 mm左右，雖在規(guī)范和設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，但民房仍然出現(xiàn)了部分開裂現(xiàn)象。

2.1 地表沉降原因分析

隧洞施工影響地表沉降的主要因素有:1)小半徑曲線段隧洞施工實(shí)際超挖大于理論挖掘量，造成地層損失量也增加，容易造成較長(zhǎng)時(shí)間的后期沉降;2)覆土厚度小，隧洞施工對(duì)地表擾動(dòng)大，當(dāng)覆土厚度小于3D(D為隧道直徑)時(shí)，隧洞施工時(shí)對(duì)上方土體擾動(dòng)較明顯，隧洞施工后隨著擾動(dòng)土體的重新固結(jié)，地表沉降值逐漸增大;3)地表建(構(gòu))筑物建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)地面沉降要求比較高。這些因素引起的地層沉降將發(fā)生在隧洞施工的整個(gè)過程中，并延續(xù)到施工結(jié)束后的較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)。

2.2 地表沉降的一般規(guī)律

隧洞施工產(chǎn)生的地表沉降在隧洞軸線上一般可劃分四個(gè)階段，即隧洞施工到達(dá)前、隧洞施工到達(dá)時(shí)、隧洞施工通過中、后期沉降。從監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析，隧洞施工隧道地表沉降主要為施工通過后的后期沉降，后期沉降占累計(jì)沉降值的60%以上，因此，如何控制后期沉降，將地表累計(jì)沉降值降至最低，減小對(duì)地面建筑物的影響成為隧洞施工成敗的關(guān)鍵。

2.3 洞內(nèi)深孔注漿加固的選擇

根據(jù)我標(biāo)段工程的實(shí)際特點(diǎn)、地質(zhì)條件及沿線地面建(構(gòu))筑物比較密集復(fù)雜的情況，選擇洞內(nèi)深孔注漿，對(duì)隧洞上方土體進(jìn)行劈裂，填充擾動(dòng)土體產(chǎn)生的空隙并對(duì)土體進(jìn)行擠密加固。此種注漿加固方法安全系數(shù)較大，對(duì)控制施工后期沉降有較大的把握，尤其在地面建筑物集中和地面交通繁忙的地區(qū)，是保護(hù)地面建筑和地面交通最為安全的地層加固方法。

3 洞內(nèi)深孔注漿加固施工

3.1 洞內(nèi)深孔注漿加固施工概述

洞內(nèi)深孔注漿采用地質(zhì)鉆機(jī)通過管片吊裝孔進(jìn)行引孔并后退式注漿，環(huán)間距1.2 m，每環(huán)設(shè)6個(gè)注漿孔，隧道上部3個(gè)注漿孔每孔深度為6 m，下部3個(gè)注漿孔每孔深度為1.5 m，注漿孔呈梅花形布置。施工時(shí)按30 m一段進(jìn)行深孔注漿，首先對(duì)下部注漿孔進(jìn)行施工，下部注漿孔施工完畢后再進(jìn)行上部注漿孔施工，最終在隧洞外側(cè)形成全斷面加固區(qū)。注漿孔位布置及加固范圍見圖1。為保證注漿質(zhì)量和效果，在建(構(gòu))筑物下方注漿施工前選取合適地段進(jìn)行注漿試驗(yàn)，以確定合理的注漿材料、漿液配比、注漿壓力等注漿參數(shù)。

3.2 洞內(nèi)深孔注漿加固施工工藝

洞內(nèi)深孔注漿施工工藝見圖2。

3.3 試驗(yàn)段注漿

鑒于我標(biāo)段工程自身和周邊環(huán)境的復(fù)雜性，為保證在洞內(nèi)注漿施工時(shí)地面建筑物安全，選擇與下穿建筑物段地層基本相同地段進(jìn)行注漿試驗(yàn)，對(duì)下穿建筑物段注漿施工有重要的指導(dǎo)意義。注漿試驗(yàn)施工前在地表縱向每5 m布置一監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面橫向布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，在注漿施工時(shí)每天進(jìn)行2遍～4遍監(jiān)測(cè)，密切監(jiān)測(cè)地表變形情況，同時(shí)在洞內(nèi)進(jìn)行巡視，觀察隧道變形情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋指導(dǎo)注漿試驗(yàn)。通過注漿試驗(yàn)，在保證注漿效果和地面安全的前提下優(yōu)化注漿材料和注漿配比，確定適宜的注漿壓力和注漿工藝。注漿試驗(yàn)完成后，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)試驗(yàn)取得的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定建(構(gòu))筑物下方注漿施工的注漿參數(shù)，包括注漿材料、漿液配比、引孔及注漿工藝、注漿壓力、注漿量等。

3.4 引孔

洞內(nèi)深孔注漿引孔采用TXU-75D鉆機(jī)，鉆桿采用二重管，二重管后退式注漿原理圖見圖3。在端頭安裝管內(nèi)混合器。循環(huán)液采用清水，達(dá)到設(shè)計(jì)深度或位置時(shí)，封閉端點(diǎn)進(jìn)行橫向噴射切換。注漿孔呈孔直徑大于42 mm。施工時(shí)，預(yù)先在管片車搭設(shè)操作平臺(tái)，鉆機(jī)安裝平穩(wěn)牢固，通過管片吊裝孔進(jìn)行注漿鉆孔施工，確保鉆孔鉆進(jìn)角度，同時(shí)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)深度，上部注漿孔鉆進(jìn)深度為6 m，下部注漿孔鉆進(jìn)深度為2 m。鉆孔成孔時(shí)要慢速運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)地層情況確定鉆進(jìn)參數(shù)，密切觀察溢水出水情況，出現(xiàn)大量溢水時(shí)，應(yīng)立即停鉆，分析清楚原因制定有效措施后再進(jìn)行施工。

3.5 注漿

注漿漿液采用超細(xì)水泥漿液，水泥漿液的水灰比為1∶1，注漿壓力上部注漿孔應(yīng)控制在0.6 MPa～1.2 MPa之間，下部注漿孔壓力控制在0.8 MPa～1.5 MPa之間，為了避免下部壓力過大引起管片變形與上浮。鉆桿回抽幅度為20 cm/次～30 cm/次;注漿速度根據(jù)地層孔隙及連通情況、地層密實(shí)度等因素，暫定為每分鐘0.2 m3～0.3 m3，根據(jù)試驗(yàn)段注漿情況和后續(xù)的施工情況確定的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保注漿質(zhì)量。

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)按注漿量與注漿壓力雙控注漿，每根注漿孔注入漿液量不少于理論計(jì)算量，當(dāng)注漿量達(dá)到理論計(jì)算量1.2倍而壓力未達(dá)到注漿終壓，可結(jié)束注漿;若注漿壓力大于注漿終壓注漿量達(dá)80%理論注漿量時(shí)也可結(jié)束該孔注漿。理論計(jì)算:

地層(主要為粉質(zhì)粘土、細(xì)砂，考慮層間滯水流失)孔隙率e:30%;

漿液充填系數(shù)a:0.7 ～0.9，取0.8;

漿液損失率β:6%～10%，取8%;

擴(kuò)散半徑:0.6 m ～3.5 m，取1.5 m;

上部孔每孔注漿量Q=π ×1.52×6×30% ×0.8×(1+8%)=10.95 m3;

下部孔每孔注漿量Q=π ×1.52×1.5×30% ×0.8×(1+8%)=2.7 m3。

施工中做好注漿記錄，注意注漿壓力與注漿量的變化，每個(gè)注漿孔注漿管完畢抽出鉆桿后，及時(shí)用速凝劑對(duì)注漿孔快速封密。

3.6 洞內(nèi)深孔注漿施工質(zhì)量保障

1)保證料源固定和材料供應(yīng)。2)嚴(yán)格按材料配比進(jìn)行漿液配制。3)嚴(yán)格按注漿參數(shù)進(jìn)行施工，不得隨意更改。4)注漿過程漿液必須充分?jǐn)嚢?，保證漿液的均勻混合。5)注漿過程中應(yīng)做好詳細(xì)的注漿記錄，加強(qiáng)洞內(nèi)和地表環(huán)境巡視，確保注漿施工效果及安全。6)在地表布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)注漿過程中的地表隆起進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息，完善注漿施工參數(shù)。

4 結(jié)語

本文結(jié)合南水北調(diào)十二標(biāo)工程施工實(shí)例，對(duì)該隧洞的施工成功穿越密集建筑物地段施工，提出洞內(nèi)深孔注漿加固的施工要求以及施工技術(shù)，尤其是對(duì)于隧洞的注漿孔布置以及明確加固技術(shù)控制要點(diǎn);施工實(shí)踐表明，所采取的洞內(nèi)深孔注漿加固技術(shù)能安全而且有效地應(yīng)用到該類隧道工程中。

［1］劉文永，王新剛，馮春喜，等.注漿材料與施工工藝［M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2008.

［2］GB 50287-99，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.