軟弱圍巖隧道帷幕注漿施工技術(shù)

李文華

(中國鐵道工程建設(shè)協(xié)會，北京　100844)

Curtain Grouting Technology of Soft Rock Tunnel

LI Wenhua

軟弱圍巖隧道帷幕注漿施工技術(shù)

李文華

(中國鐵道工程建設(shè)協(xié)會，北京100844)

Curtain Grouting Technology of Soft Rock Tunnel

LI Wenhua

摘要以石長鐵路增二線李家沖隧道施工為例，全面闡述全斷面帷幕注漿施工技術(shù)在軟弱圍巖隧道斷層地質(zhì)災(zāi)害處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞斷層帷幕注漿施工技術(shù)

1工程概況

李家沖隧道位于石長鐵路增建第二線站前2標段內(nèi)。隧道屬丘陵區(qū)，相對高差39.3 m左右，山坡自然坡度15°～45°，植被發(fā)育，生長小樹及灌木，山體呈橢圓形。隧道進口前分布有一水塘，水塘長115 m，寬約30 m，水深2.5～3 m，淤泥厚約1 m；隧道洞身處分布有一水塘，水塘長30 m，寬20～30 m，水深2.5～3 m，淤泥厚約1.2 m。隧道及附近的地層主要為第四系覆蓋層、燕山期侵入巖和元古界變質(zhì)巖。洞口段為泥質(zhì)板巖，全風化，呈土狀，夾有少量強風化碎塊，易擊碎，屬于軟質(zhì)巖，遇水易軟化坍塌，附近發(fā)育的平移斷層具導水性，附近水塘水可能會連通，易軟化惡化地基或邊坡。

隧道開挖至LZXDK2+563時，隧道拱頂出現(xiàn)突水突泥，開挖臺車被掩埋，突泥量約5 600 m3。

2治理原則及總體設(shè)計

在治理施工過程中，堅持 “探查先行，量測緊跟；先固后挖，穩(wěn)步推進；疑點必究，及時治理；堵排結(jié)合，深部泄壓”的治理原則。

針對隧道突泥和塌方情況，采用先探測后注漿、帷幕注漿加固與塌穴塌腔充填相結(jié)合的綜合治理方案。以新型注漿材料和過程化控制注漿技術(shù)為依托，以實時地球物理探測結(jié)論和監(jiān)測信息為依據(jù)，應(yīng)用常規(guī)雙液漿配合新型可控速凝膏狀注漿材料(GT-1)和前進式分段控制注漿技術(shù)。帷幕注漿結(jié)束后，采用臺階法對帷幕注漿段進行開挖，開挖期間針對帷幕薄弱區(qū)補充徑向小導管注漿。

3帷幕注漿施工方案

3.1　超前探測

采用地質(zhì)雷達法、瞬變電磁法、激發(fā)極化法等探測前方及周邊圍巖水文地質(zhì)條件。對工作面前方50 m范圍的含水區(qū)進行探測，20 m范圍進行精細探測；隧道拱頂15 m范圍的含水及塌穴探測；隧道側(cè)壁15 m范圍的精細探測和30 m范圍的塌穴塌腔探測；對物探盲區(qū)和探測異常區(qū)設(shè)計深部取芯鉆孔探測與驗證。

3.2　超前帷幕注漿方案

根據(jù)探測地質(zhì)情況，應(yīng)用多種注漿材料相配合，采用前進式分段控制注漿技術(shù)，通過充填、劈裂及擠密等注漿方式，在止?jié){墻及止?jié){巖柱防突措施基礎(chǔ)上，對ZK2+560～LZXDK2+590破碎帶及影響帶進行系統(tǒng)帷幕注漿加固，超前帷幕預(yù)注漿加固范圍為40 m。

(1)止?jié){墻

根據(jù)現(xiàn)場條件，采用單級平面型混凝土止?jié){墻，材料為C25混凝土，厚度為3 m；周邊通過打設(shè)徑向錨桿與圍巖錨固，增強止?jié){墻穩(wěn)固性；采用鋼管樁對軟弱基礎(chǔ)進行處理；下部預(yù)留排水管，將止?jié){墻后的涌水集中引排；拱部預(yù)留注漿管，以注漿封堵止?jié){墻拱頂與拱肩部位與圍巖體之間的縫隙，確保止?jié){墻嚴密，止?jié){墻背面上部已開挖上導坑采用洞渣及砂漿回填。

(2)注漿鉆孔設(shè)計

帷幕注漿加固區(qū)段分為三個注漿循環(huán)進行實施，每個循環(huán)劃分為A、B、C三個注漿段長，其中A段加固區(qū)段為0~10 m，B段加固區(qū)段為10~20 m，C段加固區(qū)段為20~30 m，加固范圍為開挖輪廓線外8 m。全斷面帷幕注漿鉆孔孔位剖面見圖1，超前帷幕預(yù)注漿鉆孔統(tǒng)計量如表1所示。

圖1　全斷面帷幕注漿鉆孔設(shè)計剖面(單位：cm)

循環(huán)序號注漿鉆孔數(shù)量/個孔口管長度/m注漿鉆孔進尺量/m復(fù)鉆長度/m11516183987.9967521516183987.9967531375484690.414830合計439178412666.234180

3.3　注漿材料

根據(jù)隧道治理段的水文地質(zhì)條件和注漿方案，按照不同的注漿技術(shù)要求，選用以下注漿材料和注漿技術(shù)參數(shù)。

(1)普通單液漿采用42.5R普通硅酸鹽水泥。初次注漿時，以注漿泵量為指標，隨著注漿量的增加且注漿壓力逐漸升高后，以注漿壓力為主要參考指標。注漿總體原則是先稀后濃、然后再稀的原則。為提高水泥漿的早期強度，適當在水泥漿中加入0.3%~0.5%的三乙醇胺或者食鹽。

(2)當注漿過程中漿液擴散遠遠超過加固范圍難以控制時，可以更換注漿材料，即采用水泥-水玻璃雙液漿。選用的水玻璃濃度要求在35~42Be之間，模數(shù)控制在2.3~3.0之間。為保證雙液注漿后膠凝體的結(jié)石強度，注漿中水泥水玻璃體積一般比在1∶1~3∶1之間，每次注漿前都要進行雙液漿凝固配比試驗，以準確掌握水泥-水玻璃漿液的凝固時間和固結(jié)體強度，從而保證注漿加固質(zhì)量。

(3)局部地段采用GT-1漿液。該漿液具有初終凝時間可調(diào)、擴散控制性好、動水抗分散、早期強度高、環(huán)保無毒等優(yōu)點。該材料采用雙液注漿方式進行灌注，適用于淺層圍巖破碎裂隙極度發(fā)育，漿液難以留存，達不到注漿效果的條件下。每次注漿前都要進行凝固試驗，選取合理的注漿參數(shù)，以保證注漿效果和注漿安全。

3.4　注漿工藝

將超前注漿、徑向注漿、局部補充注漿方案結(jié)合起來，實施分層漸進式精細化控制注漿技術(shù)：實行漸進注漿、由外向內(nèi)、分次加固，逐步達到設(shè)計要求；在帷幕注漿過程中采用高壓、密孔、多種材料、反復(fù)強化的注漿方式，提高注漿壓力，增加漿脈數(shù)量和寬度，密排布孔，減小注漿盲區(qū)；通過對新型速凝注漿材料的配比調(diào)節(jié)，控制漿液的凝膠固化時間，進而達到控制漿液擴散狀態(tài)的目的。

3.5　注漿參數(shù)

注漿參數(shù)主要包括注漿加固圈厚度、注漿結(jié)束壓力、漿液擴散半徑、注漿段距及注漿順序等。

超前預(yù)注漿和徑向注漿的加固范圍選擇如下。

超前預(yù)注漿加固范圍：B=(2~3)D

超前注漿加固圈厚度為：B1=(B-D)/2。

徑向注漿加固圈厚度為：B2=(0.5~1.0)D

式中：D—隧道開挖直徑/m。

根據(jù)注漿加固圈計算公式，結(jié)合隧道工程及水文地質(zhì)特點及開挖斷面大小，選擇隧道F2突泥突水斷層影響段隧道周邊預(yù)注漿加固圈厚度為 8 m。為保證注漿效果和注漿安全，采用前進式分段注漿工藝，注漿段距初定為5 m。

注漿結(jié)束標準：在滿足注漿效果和隧道安全的前提下減少注漿成本，注漿后期注漿結(jié)束標準要采用定量定壓相結(jié)合方式進行控制。注漿前期在注漿壓力較小的前提下，主要以增加漿液擴散范圍為主，故可適當增加注漿量；當漿液加固范圍接近滿足注漿結(jié)束要求時，要以控制注漿壓力為主，進行定量定壓注漿。為減少注漿成本，當漿液擴散距離遠遠超出設(shè)計范圍時，或注漿壓力長時間不上升時，則調(diào)整漿液配比，縮短凝膠時間，并采取間歇注漿措施，以控制漿液擴散范圍。或注漿壓力達到設(shè)計終壓，且注漿量達到設(shè)計注漿量的80%以上，即可結(jié)束注漿。

注漿順序：注漿鉆孔原則上先施做短孔，再施做長孔，最后施做檢查孔。注漿孔順序按由外到內(nèi)，從下往上分三序孔施工。三序孔的設(shè)計原則是水平方向上采取跳孔原則：Ⅰ序孔采取跳孔，Ⅱ序孔采取間隔跳孔，Ⅲ序孔為余下孔位。垂直方向上采取隔行跳排原則。檢查孔施工順序：待注漿孔注漿結(jié)束后，視現(xiàn)場情況而定。

3.6　注漿效果評價

注漿效果檢查是評價注漿加固效果和隧道開挖施工的依據(jù)。采用地球物理探測法、參數(shù)分析法、檢查孔法等方法相結(jié)合的多手段綜合檢查方法。

(1)對收集的注漿施工參數(shù)進行理論分析，進行注漿施工P-Q-t曲線分析。在注漿施工過程中，注漿壓力和注漿量以P-Q-t曲線表示。圖2為注漿施工P-Q-t曲線圖例。Ⅰ中P-Q呈正相關(guān)趨勢，表明存在跑漿通道，漿液在加固圈內(nèi)存留率低，注漿加固效果較差；Ⅱ中P-Q呈逆相關(guān)趨勢，即隨著壓力升高，注漿量逐漸減少，表明漿液逐漸封堵跑漿通道和松散區(qū)域，最終滿足超前帷幕注漿的加固效果。

圖2　注漿施工P-Q-t曲線

(2)選擇注漿范圍內(nèi)可能存在的薄弱環(huán)節(jié)布設(shè)檢查孔，檢查孔不少于注漿孔數(shù)量的5%。檢查孔宜垂直于開挖工作面施作，終孔深度稍短于注漿加固段長度。

檢查孔采用取芯鉆機取得完整巖芯，檢查巖芯中注漿材料固結(jié)體的充填情況和固結(jié)強度。

檢查孔施做完成后，在檢查孔內(nèi)注入稀漿液，觀察鉆孔的吸漿量，以此來衡量注漿加固地層的滲透能力。

4結(jié)束語

從隧道帷幕注漿后施工開挖效果來看，帷幕注漿是治理隧道斷層突泥突水地質(zhì)災(zāi)害較有效的措施，可有效改善圍巖條件，保證洞內(nèi)開挖施工安全。同時通過超前支護、加強監(jiān)控量測、優(yōu)化開挖施工方案等措施，可順利通過斷層破碎帶。

開挖過程中，增加超前注漿管棚輔助施工措施(管棚長度以不超出帷幕注漿段為宜)，對帷幕注漿薄弱處的補充加固效果明顯。通過對三個循環(huán)帷幕注漿段開挖情況比較，增加超前管棚，開挖進度均較沒有使用管棚明顯加快。

參考文獻

[1]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003

[2]崔玖江.隧道與地下工程注漿技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011

[3]鄧仁清.高壓富水隧道注漿堵水施工技術(shù)及應(yīng)用[J].地下空間與工程學報，2008(5)

[4]TB10204—2002鐵路隧道施工規(guī)范[S]

中圖分類號：U455

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)03-0038-02

作者簡介：李文華(1968—)，女，1990年畢業(yè)于石家莊鐵道學院鐵道工程專業(yè)，高級工程師。

收稿日期：2015-02-05