垂直凍結(jié)鉆孔下部土體空隙充填技術(shù)

胡 學(xué) 平

(甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅 永登 730300)

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垂直凍結(jié)鉆孔下部土體空隙充填技術(shù)

胡 學(xué) 平

(甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅 永登 730300)

基于甘肅引洮工程1號輔助立井凍結(jié)鉆孔引起的漏漿、塌孔、埋鉆等問題，介紹了凍結(jié)鉆孔工程下部土體填充的方案以及施工技術(shù)要點(diǎn)，以保證鉆孔正常鉆進(jìn)和凍結(jié)實(shí)施效果。

鉆孔，地層塌陷，注漿，空隙填充

1 工程概況

甘肅引洮供水一期工程7號隧洞是引洮總干渠第二長隧洞，全長17.29km，進(jìn)口位于洮河流域，出口位于渭河流域，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，隧洞穿越粉細(xì)含水疏松砂巖底層，施工難度大，被稱為 “世界性難題”。施工使用TBM掘進(jìn)，施工過程中遇到含水疏松沙層，出現(xiàn)涌沙涌水地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致TBM在隧道內(nèi)被卡，決定對卡機(jī)TBM采用“凍結(jié)法”實(shí)施解困。7號隧洞TBM脫困工程立井凍結(jié)區(qū)域凍結(jié)孔30個，設(shè)計(jì)深度280m；TBM脫困施工區(qū)域地面凍結(jié)孔24個，設(shè)計(jì)深度245m；擴(kuò)大硐室施工區(qū)域凍結(jié)孔27個，設(shè)計(jì)深度248m。本工程在實(shí)施1號輔助立井凍結(jié)孔鉆孔的過程中，連續(xù)出現(xiàn)漏漿、塌孔、埋鉆等問題，給施工造成了困難。

2 輔助立井漏漿及空洞分析

2.1 凍結(jié)孔漏漿

根據(jù)鉆孔情況地面110m地層情況良好，鉆進(jìn)速度較快；110m～160m地層硬度大，進(jìn)尺較慢，大部分孔在160m以下層位漏漿嚴(yán)重，地層下部存有空洞。根據(jù)鉆孔初期大部分孔在160m以下層位出現(xiàn)漏漿、埋鉆、卡鉆等問題，判斷地下埋深160m左右存在空洞，見圖1。根據(jù)TBM被困期間，前方涌土量達(dá)8 000多立方米，因此判斷空洞體積至少為6 100m3(按1.3倍松散系數(shù)估算)。

2.2TBM漏漿

TBM被困中斷掘進(jìn)后，刀盤前方部位涌沙嚴(yán)重，導(dǎo)致前7環(huán)管

片產(chǎn)生不同程度的破損、裂縫及變形。但由于地層水土壓力過大，水泥擋墻與C1皮帶機(jī)連接位置無法有效封堵，且局部位置管片工作孔仍有地下水滲漏或流出，TBM機(jī)頭區(qū)域涌沙量約7 000m3。新增1號輔助立井凍結(jié)鉆孔期間，發(fā)現(xiàn)TBM刀盤上方約80m范圍內(nèi)為坍塌空腔，由于無法保證鉆孔效果，遂進(jìn)行水泥—膨潤土漿液灌漿填充。在漿液填充過程中，TBM水泥擋墻和C1皮帶機(jī)連接位置與坍塌空腔形成通道，所灌注漿液基本全部涌入至洞內(nèi)。

2.3 地下空洞

根據(jù)鉆孔初期各鉆孔漏漿位置和深度初步分析，空洞可能存在兩種情況：

1)以刀盤為中心即刀盤底部241m深度至160m深度處存在漏斗形空洞，即160m上部土體成拱，承擔(dān)了上部土體荷載，下部塌落土體流動性較好從刀盤進(jìn)入TBM，然后在刀盤附近形成空洞，如圖2所示。

2)塌落的土體大部分并未進(jìn)入TBM內(nèi)部，而是在空腔內(nèi)呈松散狀，松散土體間空隙大，能形成水力通道，與TBM內(nèi)部貫通。

無論空洞是大范圍空洞還是松散貫通土層，一旦注漿，其漿液都會漏進(jìn)TBM盾體并進(jìn)入隧道，并有可能對TBM設(shè)備及管片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，因此方案應(yīng)包括TBM內(nèi)部擋墻加固和地下空隙充填兩個部分。其中TBM內(nèi)部擋墻加固方案目的是保證隧道安全，封閉下部漏點(diǎn)，使地面注漿能順利進(jìn)行，擋墻加固后強(qiáng)度不低于管片設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且擋墻應(yīng)阻擋泥沙進(jìn)一步流入隧道但允許清水流入方便泄壓；地下空隙充填方案目的是保證鉆孔能繼續(xù)施工及凍結(jié)施工安全進(jìn)行，主要是對空洞或孔隙進(jìn)行充填，為下一步施工提供條件。

3 空隙充填施工

3.1TBM洞內(nèi)擋墻加固方案

為保證順利充填灌漿與施工安全，在水泥擋墻后部增設(shè)鋼板進(jìn)行全封閉處理，從而保證地表順利充填灌漿。

1)將洞內(nèi)涌入的水泥—膨潤土漿液全部清除，清理被掩埋設(shè)備。

2)緊貼水泥擋墻焊接全封閉鋼板，鋼板厚度為20mm，鋼板與管片內(nèi)弧面及C1皮帶機(jī)連接位置之間采用652型遇水膨脹橡膠止水帶進(jìn)行止沙止水(見圖3，圖4)。

3)采用聚氨酯類發(fā)泡注漿材料針對鋼板與水泥擋墻之間、鋼板與C1皮帶機(jī)連接位置之間以及水泥擋墻前部至刀盤之間進(jìn)行填充注漿。

4)對水泥擋墻附近含水疏松沙層洞段管片已套拱架進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并根據(jù)涌沙涌水情況，再次進(jìn)行注漿加固，確保達(dá)到5m洞段滲水總量小于0.5m3/h的凍結(jié)加固條件。

5)在地表充填坍塌空腔注漿過程中，通過進(jìn)行持續(xù)的封堵鋼板位移與管片變形收斂監(jiān)測，判斷封堵鋼板與管片結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，從而指導(dǎo)地表分層灌漿厚度。

3.2 地下空隙充填方案

1)從距離TBM刀盤最近的D8孔，進(jìn)行鉆孔施工。

2)施工D8孔同時，在D5，D13，S1-4，S2-4孔內(nèi)下180套管至160m深度，并往每個孔灌250kg黃豆，單孔灌水量不得大于5m3。

3)充填注漿。a.如果下部為大范圍空洞，有兩種充填方式：一是從新成孔的D8孔下骨料將空隙充填滿，當(dāng)隧道內(nèi)擋土墻加固完畢后注水泥漿液，一次注漿量小于50m3，及時根據(jù)情況調(diào)整注漿量，延長或縮短注漿間隔。二是考慮注雙液漿，采取少注多次的方法注漿，一次注漿量為50m3，待漿液凝固后再第二次注漿，當(dāng)?shù)撞坑?0m厚注漿層后，可以逐漸加大一次注漿量到100m3；b.如果下部為松散土體則待TBM內(nèi)擋土墻加固完畢后從凍結(jié)孔內(nèi)下注漿管，用單液漿進(jìn)行充填，同樣按分次分批原則，即第一次注漿體積不超過50m3，當(dāng)?shù)撞坑?0m厚注漿層后，可以逐漸加大一次注漿量到100m3。

3.3 注漿施工順序

1)注漿鉆機(jī)就位；

2)按設(shè)計(jì)對D8孔進(jìn)行布孔并成孔；

3)將注漿管置入土層至設(shè)計(jì)深度的最頂部；

4)按設(shè)計(jì)配合比用拌漿機(jī)拌和混合水泥漿液；

5)當(dāng)需注漿時，啟動注漿泵，通過注漿泵將漿液泵送至注漿管注入孔底，充填擴(kuò)散到空隙空洞的土體部位；

6)在某一深度注漿達(dá)到設(shè)計(jì)注入量后，將注漿管向下沉入后連續(xù)注入，如此循環(huán)操作直至完成一個孔的設(shè)計(jì)注漿量；

7)拔出注漿管，封堵注漿孔，防止?jié){液流失；

8)及時清洗注漿管，避免殘留漿液凝固后堵塞管道。

4 結(jié)語

甘肅引洮供水一期工程7號隧洞TBM脫困工程中采用輔助立井凍結(jié)技術(shù)，TBM被卡期間大量泥沙涌出造成凍結(jié)鉆孔區(qū)域出現(xiàn)大面積空洞，在鉆孔過程中連續(xù)出現(xiàn)漏漿、塌孔、埋鉆等問題，為了確保鉆孔施工順利進(jìn)行和輔助立井凍結(jié)實(shí)施效果，對地層下部土體進(jìn)行了空隙充填，達(dá)到了預(yù)期效果。通過本工程，可以為今后類似工程問題的解決提供參考。

[1]鮑永生.深厚沖積層輔助立井凍結(jié)法鑿井技術(shù).建井技術(shù)，2012(4):5-8.

[2]劉全林，程 樺.輔助立井壁后土層注漿加固機(jī)理及注漿參數(shù)研究.煤炭學(xué)報(bào),2000(5):31-33.

Onsecretiontechniqueofsoilbodyunderverticalfreezingholes

HuXueping

(Gansu Administrative Bureau for Channel from Datong to Water Irrigation at Qinwangchuan Region, Yongdeng 730300, China)

Basedontheproblemsofthickliquidleakage,holescollapse,andburieddrillscausedbytheNo.1auxiliaryshaftfreezingholeatTaoheTiverwaterdiversionprojectinGansu,thepaperintroducesthesoilfillingschemeforthefrozendrillingprojectanditsconstructiontechnicalrequirements,soastoensurethecommondrillingandfreezingimplementationeffect.

drilling,stratumcollapse,grouting,secretion

1009-6825(2015)01-0148-02

2014-10-24

胡學(xué)平(1961- )，男，高級工程師

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