濕陷性黃土地區(qū)暗挖隧道小導(dǎo)管注漿技術(shù)研究

趙平印 鄭立迪

摘要：由于濕陷性黃土地質(zhì)的復(fù)雜性，在做出包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方案、試驗(yàn)及量測計(jì)劃的設(shè)計(jì)后，往往需要選取地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)情況有代表性的一段工程作為試驗(yàn)段，先期開工。本文簡要介紹了濕陷性黃土的多種特征，并針對黃土地區(qū)的路基工程易產(chǎn)生多種問題及危害，結(jié)合作者在自身多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)就濕陷性黃土地區(qū)的暗挖隧道小導(dǎo)管注漿技術(shù)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；暗挖隧道；小導(dǎo)管；注漿技術(shù)

1.濕陷性黃土的特征

濕陷性黃土是一種十分特殊的土質(zhì)，俗稱大孔土，主要分布于我國陜、甘、寧等缺水少雨的干旱地區(qū)。屬砂壤土的范疇，砂壤土的粘土含量為12.50%～25%，壤土的粘土含量為25%～37.50%，而濕陷性黃土的顆粒組成中粘粒的含量為8%～26%，屬于砂壤土，但其性質(zhì)與砂壤土又有所不同：①在天然狀態(tài)下具有肉眼能看見的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有由于生物作用所形成的管狀孔隙，天然剖面呈豎直節(jié)理、顆粒粗，土質(zhì)干燥；②顏色在干燥時(shí)呈淡黃色，稍濕時(shí)呈黃色，濕潤時(shí)呈褐黃色；③土中含有石英、高嶺土成分、含鹽量大于0.30%，有時(shí)含有石灰質(zhì)結(jié)核；④吸水及透水性較強(qiáng)，塑性粘聚力差，水易沖刷成溝，不易粘結(jié)，土樣浸入水中后，很快崩解，同時(shí)有氣泡冒出水面；⑤在干燥狀態(tài)下，有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，由于土質(zhì)豎直方向分布的小管道幾乎能保持豎立，邊坡遇水后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞發(fā)生顯著的附加下沉，產(chǎn)生嚴(yán)重濕陷。這種土質(zhì)的基礎(chǔ)處理與其它土質(zhì)相比，施工難度大，進(jìn)度慢，程度復(fù)雜，耗用時(shí)間長，特別是大面積的土質(zhì)夯填及水利壩體處理。

2.濕陷性黃土施工中應(yīng)注意的問題

在自重壓力或自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著下沉。具有濕陷性和易溶蝕、易沖刷、各向異性等工程特征，導(dǎo)致黃土地區(qū)的路基易產(chǎn)生多種問題及危害。

3.一般設(shè)計(jì)原則

為防止隧道開挖時(shí)掌子面前方圍巖不能自穩(wěn)而出現(xiàn)坍塌是采用小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)的根本目的，就是為了保證隧道開挖的安全，利用風(fēng)鉆機(jī)在隧道開挖工作面的拱部外范圍鉆孔，插入無縫鋼管，并進(jìn)行注漿固結(jié)地層，使隧道拱頂形成一傘狀保護(hù)環(huán)。

小導(dǎo)管通長常采用直徑為φ42mm鋼管，壁厚一般為3.5mm。長度有3～6m，每1.5～2m一環(huán)，搭接長度不小于1m，環(huán)向間距40cm～25cm。注漿孔徑為6～8mm（用臺鉆鉆孔），孔距20～15cm，梅花形布置。前端20cm制作成蒜瓣?duì)铄F形，尾端30cm范圍內(nèi)不鉆孔作為止?jié){段。

4暗挖法施工法介紹

暗挖法根據(jù)不同地段的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地表環(huán)境場地條件等，可分為淺埋暗挖法及盾構(gòu)法，這里主要介紹暗挖法。

淺埋暗挖法沿用了新奧法的基本原理，創(chuàng)建了信息化量測反饋設(shè)計(jì)和施工的新理念，采用先柔后剛復(fù)合式襯砌新型支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。在施工過程中應(yīng)用監(jiān)控量測、信息反饋和優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證施工安全。淺埋暗挖法施工，工藝簡單、靈活，并可根據(jù)施工監(jiān)控量測的信息反饋來驗(yàn)證或修改設(shè)計(jì)和施工工藝，以達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)的目的。

（1）淺埋暗挖法隧道的監(jiān)控量測

在采用淺埋暗挖法施工的區(qū)間應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控量測，對重要項(xiàng)目的量測應(yīng)滿足專門的要求，并加密量測的頻率。在施工中嚴(yán)格以量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

（2）淺埋暗挖法隧道的防水

淺埋暗挖法施工雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但防水效果不佳確是有目共睹的。究其原因不外乎以下幾點(diǎn)，第一，種種原因引起防水混凝土的質(zhì)量不過關(guān)，達(dá)不到防水的要求；第二隧道施工后的受力變形與設(shè)計(jì)不一致，引起襯砌變形、開裂導(dǎo)致滲漏；第三防水板在施工過程中被損壞，失去防水作用。為了減少淺埋暗挖法施工工藝引起的滲漏水病害，應(yīng)針對以上問題進(jìn)行攻關(guān)，從混凝土的配比工藝，施工工藝等方面進(jìn)行認(rèn)真研究，積極采用新材料、新工藝徹底解決施工工藝引起的滲漏水。在設(shè)計(jì)方法上應(yīng)針對本地實(shí)際的地質(zhì)條件，探索地層物理參數(shù)與地下洞室受力變形的關(guān)系，靈活應(yīng)用新奧法精髓，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上能夠承受以后的各種應(yīng)力狀況。

5小導(dǎo)管施工布設(shè)和注漿機(jī)理

5.1小導(dǎo)管的布設(shè)

采用暗挖法施工時(shí)，當(dāng)圍巖自穩(wěn)時(shí)間在12～24h之間時(shí)，通常采用超前錨桿或小導(dǎo)管支護(hù)。在濕陷性黃土地區(qū)中的軟弱、破碎地層中鑿孔后易塌方，且施用超前錨桿比較困難或結(jié)構(gòu)斷面較大時(shí)，應(yīng)采取小導(dǎo)管支護(hù)。且小導(dǎo)管支護(hù)必須配合鋼拱架使用。

小導(dǎo)管一般用φ30mm～φ50mm的焊接鋼管或無縫鋼管制作而成，為便于打入地層，前端常做成尖靴狀，后端焊一圈φ8mm鋼筋加固，

小導(dǎo)管間距一般為40cm，外插角為10°～15°。外插角不宜過大，以減少超挖。管子打入3.3m，外露20cm。

5.2參數(shù)選擇

支護(hù)參數(shù)包括桿徑（管徑）、縱向間距、環(huán)向間距、外插角等。施工前必須根據(jù)圍巖狀況的量測監(jiān)控結(jié)果和施工的水平來選擇合理的參數(shù)。實(shí)際施工時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)增減。

5.3小導(dǎo)管的施工的一般步驟

小導(dǎo)管的施工一般采用鉆孔打入法，其安設(shè)方法及步驟如下：

1.用YT-28風(fēng)鉆或?qū)Ｓ靡簤号_車打孔，然后用吹管將孔內(nèi)巖粉吹出成孔。

2.插入錨桿或小導(dǎo)管。插入有困難時(shí)，可用帶沖擊錘的YT-28風(fēng)鉆頂入或直接用重錘打入。有鋼拱架時(shí)，小導(dǎo)管及錨桿插入須從其腹部穿過。

3.用吹風(fēng)管將導(dǎo)管內(nèi)沙石吹出或用掏鉤掏出。

4.導(dǎo)管周圍和工作面裂隙用塑膠泥封堵，或在導(dǎo)管周圍和工作面噴8～10cm厚混凝土封閉。

5.超前錨桿灌漿可使用牛角泵、注漿泵或早強(qiáng)藥包。

5.4小導(dǎo)管的梁支撐效應(yīng)

用作小導(dǎo)管的無縫鋼管，前端以一定的角度插入開挖斷面外深部圍巖，后端支撐在鋼拱架上面，并與鋼拱架焊接在一起。根據(jù)導(dǎo)管的長度，一般開挖作業(yè)幾個(gè)循環(huán)后進(jìn)行下一次的導(dǎo)管施作，導(dǎo)管總有部分出露懸空的長度，因此，導(dǎo)管鋼管可以看作是一端為絞支，一端為滾軸支座的簡支梁，隧道開挖后可有效承受卸荷產(chǎn)生的部分松動壓力，使二次應(yīng)力場的重分布向著利于圍巖穩(wěn)定的方向發(fā)展。

5.5小導(dǎo)管的注漿加固效應(yīng)

無縫鋼管上鉆取注漿孔，通過導(dǎo)管向周邊圍巖注漿，在壓力作用下化學(xué)漿液滲透到黃土間的空隙中，擠出其中的空氣和水份并膠結(jié)凝固，使隧道開挖輪廓線以外一定范圍的松散土層形成整體，提高施工周圍地層的整體穩(wěn)定性，減小了隧道周邊塑性區(qū)的范圍。

5.6小導(dǎo)管注漿的承載拱效應(yīng)

隧道開挖后拱頂部分巖體首先失去穩(wěn)定，產(chǎn)生坍塌，并形成 自然拱。隨之，遂道兩側(cè)由于應(yīng)力集中而逐漸破壞，導(dǎo)致頂部坍塌進(jìn)一步擴(kuò)大形成塌落拱。對上覆圍巖破碎的軟弱巖土層，如果不進(jìn)行超前支護(hù)，隧道拱部極易坍塌，造成施工安全和質(zhì)量事故。采用小導(dǎo)管注漿法進(jìn)行超前預(yù)加固時(shí)，理論上以注漿管為中心形成—個(gè)穩(wěn)定的圓形加固體，單排或多排注漿管的聯(lián)合注漿就形成了以小導(dǎo)管鋼管為骨架的承載拱。

6.結(jié)語

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區(qū)，應(yīng)根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，對地基處理選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別等重要地質(zhì)參數(shù)，通過經(jīng)濟(jì)分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等諸多方面的因素。最后選擇一個(gè)最合適的地基處理方法，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。而不能一味的追求經(jīng)濟(jì)利益，對工程質(zhì)量視而不見，終將導(dǎo)致無可挽回的后果。

參考文獻(xiàn)：

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