新疆達(dá)坂隧洞豆礫石回填灌漿施工技術(shù)探析

楊 建 明

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆達(dá)坂隧洞豆礫石回填灌漿施工技術(shù)探析

楊 建 明

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

結(jié)合達(dá)坂隧洞的工程概況及地質(zhì)情況，對(duì)該隧洞豆礫石回填灌漿的要求及工法進(jìn)行了介紹，并對(duì)灌漿中存在的串漿不規(guī)律、原材料質(zhì)量不穩(wěn)定、后配套灌漿平臺(tái)壓力大等問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了一些解決方法，以保證回填灌漿的有序進(jìn)行。

隧洞，灌漿，豆礫石，問(wèn)題

TBM施工的回填技術(shù)是由設(shè)備、回填工藝、回填介質(zhì)及專業(yè)技能施工人員有機(jī)組成的綜合技術(shù)，直接關(guān)系到回填質(zhì)量，而回填質(zhì)量是影響襯砌質(zhì)量的重要因素之一。隧洞襯砌管片與圍巖緊密貼合，共同承受外部荷載，并具有止堵水能力?；靥钯|(zhì)量的管理是個(gè)系統(tǒng)工程，選擇合理的施工方案、全面加強(qiáng)回填設(shè)備、提高回填人員素質(zhì)，保證回填材料供應(yīng)，才能有效、有序的進(jìn)行此工作。

1 達(dá)坂隧洞工程概況及地質(zhì)情況

達(dá)坂隧洞全長(zhǎng)30.69 km，上游6.5 km長(zhǎng)洞段采用鉆爆法施工，下游24.19 km長(zhǎng)洞段采用全斷面雙護(hù)盾TBM自隧洞出口向上游掘進(jìn)。TBM長(zhǎng)隧洞施工技術(shù)在新疆應(yīng)用是第一次，TBM 2005年11月9日開始進(jìn)洞滑行，2006年2月開始掘進(jìn)，2010年1月實(shí)現(xiàn)八十一達(dá)坂隧洞的貫通，最高月進(jìn)尺1 003 m，月平均進(jìn)尺618 m，創(chuàng)造了單臺(tái)開挖直徑6.79 m的雙護(hù)盾全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，完成23.74 km的長(zhǎng)大隧洞施工的紀(jì)錄。達(dá)坂隧洞圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜多變、施工難度大，TBM施工過(guò)程中多次遇到涌水洞段和斷層破碎帶、膨脹巖、縮徑大變形等特殊不良地質(zhì)洞段，屢次發(fā)生塌方、卡機(jī)、抱盾，進(jìn)行脫困處理幾十余次。

2 達(dá)坂隧洞豆礫石回填灌漿要求及工法

2.1 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

一是豆礫石結(jié)石強(qiáng)度為C15；二是用水灰比為2∶1的水泥漿進(jìn)行壓漿檢驗(yàn)，壓漿孔造孔直徑為48 mm，造孔底部至巖面的豆礫石灌漿層厚度不小于灌漿厚度的一半，灌漿層厚度在附近打孔檢查，在規(guī)定壓力下，初始10 min內(nèi)注入量不超過(guò)10 L即為合格。

2.2 施工工法

1)達(dá)坂隧洞TBM施工管片襯砌作為二襯，其間隙靠豆粒石和水泥漿回填。豆礫石回填通過(guò)管片預(yù)制孔進(jìn)行，從底拱A-I孔開始，再回填C，G孔，最后回填D，F(xiàn)，E孔(見(jiàn)圖1)。2)底拱回填灌漿在連接橋下進(jìn)行，底拱A，I孔為隔環(huán)灌注(見(jiàn)圖2)。3)側(cè)頂拱的B，H，C，G，D，F(xiàn)，E孔在后配套尾部灌注，均為隔2孔灌1孔(見(jiàn)圖3)。4)側(cè)頂拱灌漿孔按梯形分布，逐級(jí)灌注，每一級(jí)間隔20 m～30 m(見(jiàn)圖4)。

3 達(dá)坂隧洞常規(guī)段灌漿存在的問(wèn)題

3.1 串漿不規(guī)律、壓力不穩(wěn)定

豆礫石從隧洞徑向預(yù)留孔由空氣壓縮機(jī)吹進(jìn)，受壓力、風(fēng)量、骨料自重等因素影響，難以保證充填骨料的均勻性，在襯砌管片背后與圍巖的空腔中往往形成不均勻的堆積，導(dǎo)致出現(xiàn)下部骨料密實(shí)，上部骨料架空的現(xiàn)象，使串漿距離要么太遠(yuǎn)，要么不串漿，灌漿壓力也不容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2 頂部豆礫石充填不滿

從頂部D，E，F(xiàn)三孔充填滿豆礫石后，灌漿管一拔，豆礫石立即由孔中掉落下來(lái)，造成一部分豆礫石損失，到后面灌水泥漿時(shí)，將封孔塞子拔掉時(shí)又從孔中散落部分豆礫石，導(dǎo)致頂部豆礫石充填不滿，頂部的空間只能由水泥漿來(lái)填充，這樣導(dǎo)致串漿距離太遠(yuǎn)，壓力不容易起來(lái)，取芯、壓水也不合格。從第38環(huán)、120環(huán) 頂部取出的芯樣可說(shuō)明這點(diǎn)：38環(huán)頂部孔位為壓水孔，取出的芯樣灌漿部分共28.5 cm，頂部水泥漿約為16 cm，壓水結(jié)果不合格。

3.3 原材料質(zhì)量不穩(wěn)定

豆礫石的含泥量在8%，9%(含泥量>1%為合格)，剛剛合格，由于豆礫石含泥量、粉塵含量偏大，導(dǎo)致灌漿強(qiáng)度偏低。而豆礫石在高壓吹進(jìn)管片背面的空隙中時(shí)，泥塊、粉塵等將側(cè)管片中下部的豆礫石的空隙充填滿，使?jié){液無(wú)法進(jìn)入。原材料質(zhì)量是灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵，由于原材料質(zhì)量波動(dòng)，導(dǎo)致取出的芯樣強(qiáng)度偏低(945環(huán)左側(cè)取出的芯樣135 d的抗壓強(qiáng)度只有16.2 MPa)。

3.4 后配套灌漿平臺(tái)任務(wù)重、壓力大

TBM灌漿設(shè)備分前后兩個(gè)位置布置，前部灌漿設(shè)備負(fù)責(zé)充填豆礫石，灌底拱砂漿，后部灌漿設(shè)備負(fù)責(zé)灌注所有的水泥漿，因此2/3的灌漿任務(wù)在后部灌漿，灌漿壓力大、任務(wù)重，因此后部灌漿設(shè)備、人員、組織稍有意外，就造成脫灌，盡管在前部又布置了一臺(tái)水泥漿泵，負(fù)責(zé)灌B，H孔(側(cè)片下排孔)水泥漿，減輕了一定的后部灌漿壓力。但是一旦速度加快，后部灌漿能力仍非常緊張。

3.5 灌漿材料運(yùn)輸供應(yīng)不及時(shí)

灌漿材料運(yùn)輸供應(yīng)問(wèn)題越來(lái)越突出，由于隧洞進(jìn)尺越深，火車的進(jìn)出時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)，加之每列車隊(duì)的渣斗車由原先的8節(jié)增加到現(xiàn)在12節(jié)，盡管調(diào)整成三列車隊(duì)倒，但火車的出洞時(shí)間加長(zhǎng)，使灌漿材料供應(yīng)更加緊張，灌漿原材料供應(yīng)反不如以前多，灌漿材料供應(yīng)不及時(shí)，會(huì)造成灌漿不連續(xù)，不密實(shí)，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

4 不良地質(zhì)段、特殊地質(zhì)段灌漿存在的問(wèn)題

4.1 有水段的灌漿問(wèn)題

達(dá)坂隧洞在有外水洞段，外水將豆礫石的孔隙部分充填，使?jié){液很困難再灌注進(jìn)去，同時(shí)外水又將灌進(jìn)去的水泥漿部分稀釋，導(dǎo)致灌漿不密實(shí)、強(qiáng)度不合格；在外水較大的情況下，灌入的水泥漿被外水稀釋沖刷流走，導(dǎo)致灌漿不合格，因此在有水洞段采用常規(guī)的充填豆礫石灌注水泥漿達(dá)到質(zhì)量要求，目前已灌漿的幾段有水洞段仍有漏水、滲水的現(xiàn)象說(shuō)明側(cè)端的灌漿不密實(shí)、不合格。

4.2 塌方段的灌漿問(wèn)題

塌方(或掉塊)的一部分掉落在頂管片上，使頂部豆礫石充填不進(jìn)去，水泥漿灌注也無(wú)法進(jìn)行，另一部分散落在洞壁兩側(cè)，將側(cè)管片背面中下部的空隙填滿，導(dǎo)致豆礫石充填不進(jìn)去，且無(wú)法灌注。

4.3 膨脹泥巖段的灌漿問(wèn)題

達(dá)坂隧洞進(jìn)入巖石洞段后，泥巖洞段占巖石洞段的60%，泥巖具有遇水膨脹的特性，易塌方、掉塊。因此由于圍巖收斂變形、塌方、掉塊等使灌漿無(wú)法進(jìn)行。即使能完成灌漿的部分，由于泥巖受漿液水分的影響膨脹收斂變形，導(dǎo)致已經(jīng)安裝好的管片擠壓變形，灌漿也被破壞，影響灌漿質(zhì)量效果。部分環(huán)頂部左側(cè)灌漿后因膨脹巖收斂導(dǎo)致頂管片受到擠壓，錯(cuò)臺(tái)加大。

5 回填灌漿取芯檢查

達(dá)坂隧洞從取出的芯樣看，水泥結(jié)石的抗壓強(qiáng)度值遠(yuǎn)高于豆礫石結(jié)石的強(qiáng)度，見(jiàn)圖5，水泥結(jié)石芯樣抗壓強(qiáng)度最大為62.4 MPa，最小為16.1 MPa，平均抗壓強(qiáng)度為33.5 MPa(見(jiàn)圖5)，大于20 MPa的芯樣占到水泥結(jié)石芯樣的91%，見(jiàn)圖6。豆礫石結(jié)石芯樣抗壓強(qiáng)度值最大為26.5 MPa，最小為4.4 MPa，平均抗壓強(qiáng)度12.1 MPa，但小于10 MPa的芯樣占到豆礫石結(jié)石芯樣的57%(見(jiàn)圖7)。

6 解決辦法

6.1 加強(qiáng)灌漿設(shè)備及灌漿人員

在開始豆礫石回填灌漿工作前必須做好技術(shù)交底工作，嚴(yán)格控制配合比、嚴(yán)格回填工藝流程，加強(qiáng)與回填技術(shù)人員的溝通，指定專人負(fù)責(zé)灌漿原材料檢查，保持豆礫石回填灌漿的連續(xù)性。要求監(jiān)理和施工單位領(lǐng)導(dǎo)層高度重視存在的問(wèn)題，提高人員總體素質(zhì)，根據(jù)掘進(jìn)速度的快慢合理安排灌漿技術(shù)人員及管理人員。配備充足的灌漿設(shè)備及配件，以滿足不同回填方案的實(shí)施和調(diào)整能力，保證絕大多數(shù)灌漿工作在TBM臺(tái)車上完成。

6.2 嚴(yán)格施工設(shè)計(jì)及施工工藝

在豆礫石回填灌漿工作開始前，制訂詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)和工藝流程，過(guò)程中注重注漿質(zhì)量控制程序，按要求實(shí)施注漿、記錄、檢查及分析工作，及時(shí)做出注漿壓力—注漿量—注漿時(shí)間曲線圖，分析注漿效果，對(duì)存在的問(wèn)題區(qū)別對(duì)待，并制定相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，在后期的注漿過(guò)程中避免相同問(wèn)題的發(fā)生。

6.3 特殊地質(zhì)條件采用新方法

對(duì)于不良地質(zhì)洞段，塌方較為嚴(yán)重，常規(guī)豆礫石回填灌漿法已不適用，應(yīng)改用其他施工工藝。當(dāng)注入的水泥漿液量達(dá)到漿液設(shè)計(jì)值，而沒(méi)有達(dá)到停止注漿條件，檢查后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漏漿時(shí)，則說(shuō)明本段圍巖破碎，裂隙發(fā)育，注的漿液已經(jīng)穿過(guò)豆礫石，滲透到圍巖的裂隙里。固結(jié)灌漿前可盡早開展試驗(yàn)，通過(guò)不同地質(zhì)洞段的灌漿試驗(yàn)來(lái)確定灌漿范圍、灌漿壓力以及檢查指標(biāo)。

[1] 馬 聘.豆礫石回填灌漿質(zhì)量控制初探[J].山西建筑，2010，36(7)：123-124.

[2] 姜作艷，張國(guó)利，蔣敬敏，等.淺談TBM施工中豆礫石回填灌漿及其質(zhì)量控制[J].南水北調(diào)與水利科技，2006(3):45.

[3] 賈建宇.隧洞工程全段面掘進(jìn)機(jī)施工的豆礫石回填灌漿及質(zhì)量控制[J].山西水利科技，2009(1):95-96.

Analysis on the construction technology of Xinjiang Daban tunnel pea gravel back filling and grouting

Yang Jianming

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentConstructionManagementBureau,Urumqi830000,China)

Combining with the engineering general situation and geological conditions of Daban tunnel, introduced the requirements and methods of this tunnel pea gravel back filling and grouting, and analyzed the irregular string slurry, unstable quality of raw materials, last matching filling platform pressure and other problems in grouting, put forward some solutions, in order to ensure the orderly conduct of back filling and grouting.Key words: tunnel, grouting, pea gravel, problem

2014-11-24

楊建明(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0189-02

U455

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