雜填土隧道袖閥管地表注漿加固施工技術(shù)

曾繼光

摘 要 針對(duì)龍洞堡機(jī)場隧道出口端人工雜填土、淺埋等不良地質(zhì)情況，本文從袖閥管注漿參數(shù)的確定、施工控制要點(diǎn)及注漿效果驗(yàn)證等方面介紹其地表注漿加固施工技術(shù)措施，總結(jié)了袖閥管地表注漿施工經(jīng)驗(yàn)，為該隧道雜填土段施工安全、順利通過提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保證。

關(guān)鍵詞 雜填土 隧道 袖閥管 注漿加固 施工技術(shù)

隨著我國高速鐵路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，鐵路隧道施工難度及施工技術(shù)要求也越來越高。龍洞堡機(jī)場隧道是白龍鐵路的控制性工程，隧道三次穿越人工雜填土回填區(qū)，地質(zhì)條件極差，暗洞開挖前若對(duì)回填土預(yù)注漿加固處理不當(dāng)，極易發(fā)生塌方、地表下沉、冒頂?shù)蕊L(fēng)險(xiǎn)事件。

一、工程概況

1.工程簡介。貴陽樞紐白云至龍里北聯(lián)絡(luò)線工程站前I標(biāo)段龍洞堡隧道位于龍洞堡機(jī)場范圍內(nèi)，隧道全長2496 m，正線雙線通過速度目標(biāo)值250 km/h。該隧道采用“新奧法”施工的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，隧道三次穿越人工雜填土區(qū)域，地表建筑分布密集，施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高，屬I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，是全線控制性工程。

2.注漿加固段地質(zhì)概況。龍洞堡隧道DI3K30+053～DI3K29+970段地表為機(jī)場規(guī)劃用地，機(jī)場擴(kuò)建將棄渣堆置于溝槽洼地內(nèi)，原地形地貌已經(jīng)改變。根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料和地表注漿鉆孔芯樣分析圍巖情況可知，該段隧道洞身全部或大部穿越雜填土，主要成分以黏土為主，含少量礫石、建筑垃圾，均勻性差，經(jīng)頻繁飽水、失水作用交替，建筑垃圾及礫石顆粒被黏土握裹嚴(yán)密，黏土含水量大，導(dǎo)致土體整體呈軟塑狀，穩(wěn)定性差，施工中易產(chǎn)生沉降、坍塌、偏壓等，對(duì)隧道施工影響極大，因此暗洞開挖前對(duì)雜填土進(jìn)行注漿預(yù)加固顯得尤為重要。

二、袖閥管地表注漿施工

設(shè)計(jì)沿隧道頂部開挖輪廓外至地表采用Φ50 PVC袖閥管注漿加固雜填土，布置形式采用1 m×1 m梅花形布置。

1.地表處理及現(xiàn)場情況核對(duì)。（1）地表修整及排水處理。根據(jù)原有地形，對(duì)注漿區(qū)地表進(jìn)行整平，并進(jìn)行簡單夯實(shí)，整平完成后要求地表沿線路方向呈“人”字坡，橫向呈拱形，以保證洞頂范圍內(nèi)地表排水通暢。（2）現(xiàn)場情況核對(duì)。①.地面標(biāo)高核對(duì)。場地處理完畢后，進(jìn)行測量放線定出孔位，沿線路方向每10 m設(shè)置里程標(biāo)識(shí)牌進(jìn)行分區(qū)，并將孔位用紅油漆噴做標(biāo)記，按編號(hào)做好詳細(xì)記錄，根據(jù)實(shí)測標(biāo)高逐一反推每根袖閥管長度，技術(shù)人員全過程現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)核，以防止出現(xiàn)錯(cuò)、漏、短、盲現(xiàn)象。②.地質(zhì)情況核對(duì)。袖閥管大面積施工前，加固區(qū)域按每10 m一處進(jìn)行土體取芯，對(duì)雜填土體厚度、成分進(jìn)行核對(duì)，并對(duì)其物理力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，準(zhǔn)確掌握加固體的孔隙率和含水率。根據(jù)分析結(jié)果為注漿工藝性試驗(yàn)及注漿參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。

2.注漿工藝性試驗(yàn)及注漿參數(shù)的確定。（1）注漿工藝性試驗(yàn)。在注漿區(qū)域選取6排注漿孔作為注漿試驗(yàn)段，并將注漿孔等間距分為4個(gè)區(qū)域，先對(duì)區(qū)域間的分隔孔壓注水泥漿，以防止各個(gè)區(qū)域壓注的漿液發(fā)生相互滲透，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。待分隔孔壓注的水泥漿終凝后，對(duì)試驗(yàn)段分區(qū)域壓注不同水灰比的水泥漿，水灰比分別采用0.75（凈漿）、1.0（凈漿），0.4（摻灌漿劑）、0.5（摻灌漿劑），注漿終壓控制在1.0 MPa。完成后對(duì)各個(gè)不同水灰比的注漿區(qū)域進(jìn)行取芯試驗(yàn)和地基荷載試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，判定水灰比為0.4（摻灌漿劑）的水泥漿液注漿加固效果最好，漿液擴(kuò)散半徑及結(jié)石率均滿足設(shè)計(jì)要求，故確定采用水灰比為0.4（摻灌漿劑）的水泥漿液進(jìn)行注漿施工。

（2）注漿參數(shù)。根據(jù)工藝試驗(yàn)結(jié)果確定該段注漿采用水灰比為0.4摻加灌漿劑改性水泥漿液，注漿終壓控制在1.0 MPa。具體參數(shù)詳見表1。

注：由于現(xiàn)場各區(qū)段地質(zhì)情況存在差異，現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)注漿壓力進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整：進(jìn)漿量小、進(jìn)漿速度慢的孔位，注漿終壓以1.0 MPa來控制，并持壓不小于10 min。注漿順暢地段且注漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)注漿量的孔位，注漿終壓以0.5 MPa來控制。

3.地表袖閥管施工。（1）施工工藝流程，見圖2。

圖2 袖閥管施工工藝流程圖

①測量放樣：場地處理完畢后，進(jìn)行測量放線定出孔位及標(biāo)高。

②孔深核對(duì)：根據(jù)實(shí)測標(biāo)高逐一反推每根袖閥管長度，保證加固深度符合設(shè)計(jì)要求。

③鉆孔：根據(jù)核對(duì)后孔深進(jìn)行鉆孔。鉆進(jìn)過程中做好記錄，對(duì)設(shè)計(jì)地質(zhì)情況進(jìn)行核對(duì)，為注漿作業(yè)提供參考數(shù)據(jù)。

④安裝袖閥管：根據(jù)孔深度接長袖閥管，套殼料置換完畢后，將連接好的袖閥管下至孔底，袖閥管上口露出地面10～20 cm。

⑤封孔口：采用水泥砂漿封堵地面以下1 m范圍內(nèi)鉆孔與袖閥管之間的空隙，以防止注漿過程中發(fā)生冒漿。

⑥注漿作業(yè)：總體遵循先外圍后內(nèi)圈，先單號(hào)后雙號(hào)間隔跳注，單孔采用先下后上的順序分段式注漿，注漿步距66 cm（2節(jié)袖閥管）。注漿過程中，每段注漿完成后，向上移動(dòng)一個(gè)步距的芯管長度（詳見圖3）。注漿結(jié)束后，在注漿管上口蓋上悶蓋，以便于復(fù)注或補(bǔ)注施工。

圖3 袖閥管注漿結(jié)構(gòu)示意圖

（2）施工要點(diǎn)控制。①合理地進(jìn)行分序鉆孔、分區(qū)注漿，嚴(yán)格按照從外圍達(dá)到“圍、堵、截”、從內(nèi)部達(dá)到“填、壓、擠”、逐節(jié)自下而上并連續(xù)的注漿工藝進(jìn)行注漿施工。

②注漿正?？孜唬鶕?jù)單孔設(shè)計(jì)注漿量及設(shè)計(jì)注漿壓力采取定量、定壓雙控原則進(jìn)行注漿施工。

③進(jìn)漿量小、進(jìn)漿速度慢、注漿困難的孔位，采取間歇式注漿，間歇時(shí)間控制在20 min～30 min，讓漿液在地層中充分?jǐn)U散后再進(jìn)行注漿，結(jié)束條件以注漿終壓1.0 Mpa并持壓10 min來控制。

④注漿順暢且注漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)注漿量的孔位，注漿終壓以0.5Mpa控制，以防止注漿速度過快、注漿量過大而引起串漿現(xiàn)象。

⑤每次拌制的漿液超過2 h，將會(huì)影響結(jié)石程度，應(yīng)及時(shí)廢棄，重新拌制。

⑥特殊情況的處理。

注漿中斷：在注漿過程中，由于機(jī)械設(shè)備、輸漿管道、儀表失真等原因，迫使注漿暫停，直接影響注漿質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)給注漿施工帶來麻煩，延誤工期。對(duì)于注漿中斷，及時(shí)采取措施，如能盡早恢復(fù)，縮短中斷時(shí)間，恢復(fù)注漿，如中斷時(shí)間較長，應(yīng)及時(shí)清洗注漿管和袖閥管，并檢查注漿設(shè)備，找出中斷的原因，采取有效措施，復(fù)注彌補(bǔ)，以保證注漿質(zhì)量。

串漿：在注漿過程中，漿夜從其他鉆孔內(nèi)流出發(fā)生串漿，其主要原因是該段為雜填土，孔隙相互串聯(lián)，使注漿孔直接或間接地連通，造成串漿，當(dāng)發(fā)現(xiàn)串漿應(yīng)立即采取措施，可對(duì)串漿孔同時(shí)進(jìn)行注漿，或者將串漿孔封閉，待灌漿孔結(jié)束灌漿后，再將串漿孔打開，進(jìn)行掃孔，沖洗，而后繼續(xù)注漿。

冒漿：由于封孔質(zhì)量差或地表土質(zhì)疏松，注漿過程中出現(xiàn)漿液從注漿孔外壁或注漿區(qū)域裂隙處冒出，造成注漿材料的損失及漿液通過裂隙通道滲透而無法形成均勻地?cái)U(kuò)散半徑，造成注漿盲區(qū)，影響注漿加固效果。采取加強(qiáng)封孔質(zhì)量及間歇式注漿措施，必要時(shí)可使用水泥-水玻璃雙液漿對(duì)裂隙通道進(jìn)行封堵，避免漿液四處流竄。

卡管：注漿過程中易出現(xiàn)注漿芯管掉入或卡入注漿管內(nèi)而無法拔出的現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)注漿管路的廢棄，無法進(jìn)行分段注漿，從而造成注漿盲區(qū)，影響注漿加固效果。為防止注漿芯管掉入或卡入注漿管內(nèi)，下入芯管前應(yīng)確保絲扣連接牢固，避免發(fā)生脫口而使芯管掉入注漿管的現(xiàn)象；施工過程中密切關(guān)注注漿壓力變化，防止因壓力過大導(dǎo)致注漿管發(fā)生變形而發(fā)生卡管現(xiàn)象。

（3）注漿效果驗(yàn)證。①注漿驗(yàn)證條件及標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)與地表注漿完成14d后對(duì)注漿效果進(jìn)行驗(yàn)證及分析。注漿效果控制指標(biāo)：彈性反力系數(shù)≥150 MPa/m；地基承載力達(dá)到0.3 MPa以上；變形模量大于1.5 GPa；泊松比≤0.4；內(nèi)摩擦角不小于15°；黏聚力大于0.15 MPa；襯砌外5 m范圍內(nèi)取芯率達(dá)到60%以上。

②驗(yàn)證方法。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，選用以下方法進(jìn)行檢查：

統(tǒng)計(jì)計(jì)算注漿量。利用灌漿過程中的注漿量和壓力進(jìn)行分析，判斷灌漿效果。

利用靜力觸探測試加固前后土體力學(xué)指標(biāo)的變化，用以了解加固效果。

地表隨機(jī)開挖揭示，通過對(duì)土體固結(jié)效果及漿脈分布情況判定。

鉆芯取樣，對(duì)芯樣進(jìn)行檢測分析。

③驗(yàn)證后對(duì)于不合格區(qū)的對(duì)應(yīng)措施。

對(duì)于注漿效果驗(yàn)證優(yōu)先采用鉆芯檢測，如發(fā)現(xiàn)有未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)或持懷疑態(tài)度時(shí)，應(yīng)采取四項(xiàng)綜合手段進(jìn)行綜合復(fù)檢，若均不符合要求，及時(shí)對(duì)不合格地段注漿原始記錄進(jìn)行分析，查找原因并進(jìn)行跟蹤注漿加固。跟蹤注漿施工完成并經(jīng)驗(yàn)證合格后，方可進(jìn)行下一步施工。

三、結(jié)束語

經(jīng)洞內(nèi)開挖揭示及現(xiàn)場驗(yàn)證結(jié)果表明，通過現(xiàn)場科學(xué)、合理的工藝性試驗(yàn)，確定采用水灰比為0.4（摻灌漿劑）的水泥漿液及合理的注漿參數(shù)對(duì)地表進(jìn)行袖閥管注漿施工，達(dá)到了預(yù)期加固效果。

通過合理的施工組織安排以及施工關(guān)鍵部位、工序的重點(diǎn)控制，按期保質(zhì)、保量地完成了該段注漿加固任務(wù)，為下一步隧道的安全、高效施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

及時(shí)對(duì)注漿施工成果進(jìn)行總結(jié)，為今后該隧道其他回填土段落以及類似工程施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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