古運(yùn)河淺埋暗挖超前支護(hù)效果影響因素分析

康國強(qiáng)，沈延梅，武 佳

（1.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250；2.石家莊市鹿泉區(qū)水土保持綜合管理辦公室，石家莊050200；3.河北省水文水資源勘測局，石家莊 050031）

工程地質(zhì)

古運(yùn)河淺埋暗挖超前支護(hù)效果影響因素分析

康國強(qiáng)1，沈延梅2，武 佳3

（1.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250；2.石家莊市鹿泉區(qū)水土保持綜合管理辦公室，石家莊050200；3.河北省水文水資源勘測局，石家莊 050031）

根據(jù)淺埋暗挖區(qū)工程地質(zhì)條件和固結(jié)注漿原理，分析了超前小導(dǎo)管注漿效果不明顯的主要原因，并為改善注漿效果提出了建議。

古運(yùn)河樞紐；淺埋暗挖；超前小導(dǎo)管注漿；原因分析

1 工程概況

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程古運(yùn)河樞紐穿石太高速公路段，為使施工期間高速公路不斷交，故此段暗渠采用淺埋暗挖施工方案。原設(shè)計(jì)暗挖起點(diǎn)樁號(hào)為（237+442.6）″，終點(diǎn)樁號(hào)為（237+522.6）″，對(duì)應(yīng)19#～26#管節(jié)，每節(jié)長10m，總長80m。 為改善暗挖進(jìn)、出洞口條件，19#約一半管節(jié)及25#管節(jié)中部至26#管節(jié)改為明挖，實(shí)際暗挖起點(diǎn)樁號(hào)（237+448.6）″，終點(diǎn)樁號(hào)（237+507.6）″，實(shí)際暗挖長度59m。淺埋暗挖段平面布置如圖1。

圖1 淺埋暗挖施工平面布置

2 工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

穿石太高速公路的工程區(qū)由第四系松散層組成，為粘性土、砂性土碎石土組成的土體多層結(jié)構(gòu)。根據(jù)地層時(shí)代、巖性及土體空間分布特征，將建筑物區(qū)地層劃分為10個(gè)工程地質(zhì)層，其中①～⑥層構(gòu)成淺埋暗挖穿越巖土主體，分述如下。

第①工程地質(zhì)層：黃土狀壤土（Q2apl3），層厚0.6～8.6m，層底高程74.92～81.0m。局部夾薄層粘土。產(chǎn)狀直立，稍濕，堅(jiān)硬～硬塑，有利于洞挖施工。

第②工程地質(zhì)層：黃土狀砂壤土（Q2apl3），層厚0.6～6.5m，層底高程74.32～78.77m。 稍濕，產(chǎn)狀不明顯，可塑性較差，局部可見粉細(xì)砂透鏡體，洞挖掌子面較穩(wěn)定。

第③工程地質(zhì)層：中砂（Q1apl3），層厚2.5～9.8m，層底高程65.1～71.7m。中砂層沉積產(chǎn)狀不穩(wěn)定，中密～密實(shí)，多與細(xì)砂互層分布，砂質(zhì)純凈，不均勻，開挖臨空面自穩(wěn)性較差。

第④工程地質(zhì)層：壤土（Q1apl3），層厚0.5～5.85m，層底高程67.4～71.32m。

第⑤工程地質(zhì)層：細(xì)砂（Q1apl3），層厚2.15～12.5m，層底高程64.78～69.37m。以透鏡體形式存在，水平沉積層理明顯。

第⑥工程地質(zhì)層：中砂（Q1apl3），層厚1.75～7.2m，層底高程62.89～67.62m。

該區(qū)地層具有巖性復(fù)雜、厚度變化大、尖滅與相變頻繁、透鏡體分布廣的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層為第⑤工程地質(zhì)單元細(xì)砂層及第⑥工程地質(zhì)單元中砂層，其承載力為200～230kPa。施工揭露地層分布與初設(shè)勘察資料一致。詳見圖2、圖3。

地下水位低于淺埋暗挖工作面，不影響洞挖施工。

圖2 淺埋暗挖段工程地質(zhì)縱剖面圖（（237+448.6）″～（237+507.6）″）

圖3 淺埋暗挖段工程地質(zhì)橫剖面圖（（237+448.6）″、（237+507.6）″

太平河（生態(tài)河）曾經(jīng)超堤高（堤頂高程82.0m）蓄水，使施工區(qū)巖土的含水率明顯提高。后期太平河停止蓄水。

3 注漿固結(jié)原理及影響因素分析

3.1 超前小導(dǎo)管注漿

小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)是淺埋暗挖施工方案中不可或缺的工藝環(huán)節(jié)。就是在短進(jìn)尺開挖前，通過水平向小口徑注漿導(dǎo)管對(duì)擬開挖巖土周邊進(jìn)行固結(jié)注漿，增強(qiáng)巖土強(qiáng)度和自穩(wěn)性，降低滲透性，為開挖后進(jìn)行初期支護(hù)創(chuàng)造條件。超前小導(dǎo)管注漿孔布置如圖4。

圖4 超前小導(dǎo)管注漿孔布置

3.2 注漿固結(jié)原理

注漿固結(jié)即在一定壓力下通過注漿管將水泥系漿材或混合型漿材壓入巖土體孔隙或裂隙，在漿液的固結(jié)作用下增強(qiáng)巖土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的地基處理方法。可分為滲入性注漿、劈裂注漿、壓密注漿、電動(dòng)化學(xué)注漿四類。本案主要是利用滲入性注漿（砂土）、劈裂注漿（砂壤土）原理。

3.3 注漿效果影響因素分析

古運(yùn)河淺埋暗挖超前小導(dǎo)管支護(hù)首先采用水泥漿。通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)壓力下注漿量小、漿液滲透半徑小且不均一、漿液凝固體在土層中分布不均、注漿加固后的土體穩(wěn)定性較差等幾個(gè)方面的問題，成為一襯拱腳穩(wěn)定性差，從而導(dǎo)致高速公路較大沉降的原因之一。

通過對(duì)原施工方案中使用漿材（水泥漿）、注漿環(huán)境和注漿固結(jié)原理分析，筆者認(rèn)為影響注漿效果的主要原因有地層土的滲透性、漿材性質(zhì)、注漿壓力、注漿工藝、外界環(huán)境及人為因素等幾個(gè)方面。

3.3.1 土層滲透性

本案淺埋暗挖區(qū)地層巖性主要為黃土狀壤土、砂壤土、細(xì)砂和中砂。

黃土狀壤土為黏性土，滲透系數(shù)k=2.65×10-5cm/s，具弱滲透性；黃土狀砂壤土為少黏性土，滲透系數(shù)k=1.12×10-4cm/s，具中等偏弱透水性。對(duì)弱～中等透水性的巖土來說，水泥漿對(duì)其滲入性影響微乎其微，只有在較高壓力下的劈裂注漿才有效。本案拱頂部位為黃土狀壤土，未進(jìn)行小導(dǎo)管注漿。

細(xì)砂、中砂層沉積中密～密實(shí)，滲透系數(shù)k=5.0×10-3～2.0×10-2cm/s，具中等透水性，理論上有利于滲透注漿。但是國內(nèi)外常用的水泥漿難于進(jìn)入滲透系數(shù)低于5.0×10-2cm/s的砂土。再加之砂土不純凈、不均勻，且局部存在黏性土夾層，降低了其實(shí)際滲透性能，致使導(dǎo)洞拱腳注漿效果并不理想。

3.3.2 漿材可灌性

一般情況下化學(xué)漿材（如水溶性聚氨酯、無毒丙凝、酸性水玻璃等）比水泥系漿材具有更好的流動(dòng)性和流動(dòng)性維持能力，以致對(duì)同地質(zhì)條件土體有更好的可灌性。本案暗挖土體大部分具中～弱滲透性，因此選擇流動(dòng)性較好的硅膠或樹脂類漿材更適宜現(xiàn)場地層。各種漿材的適用范圍如表1。

表1 各種漿材的適用范圍

3.3.3 注漿壓力

本案采用3.0m淺孔注漿，由于封孔難度和淺部土體強(qiáng)度較小，在不造成噴孔和土體破壞的前提下，注漿壓力是很有限的，一般不超過0.2MPa。因此，直接影響注漿有效半徑，一般不超過0.4m。

3.3.4 注漿工藝

對(duì)于水平沉積土層，水平向平均滲透系數(shù)取決于最透水土層的滲透系數(shù)和厚度，而豎向平均滲透系數(shù)則取決于最不透水土層的滲透系數(shù)和厚度。因此，一般情況下水平沉積地層豎向滲透性要弱于水平向滲透性。本案中的水平注漿花管的徑向滲透半徑，勢必會(huì)呈現(xiàn)上、下滲透半徑小、水平向滲透半徑大的規(guī)律，影響注漿范圍有效銜接。

3.3.5 巖土含水率

施工過程中由于太平河蓄水影響，大大提高了洞挖土體含水率，這是影響漿液分散狀態(tài)、漿液濃度和凝固強(qiáng)度的原因之一。

3.3.6 其他

注漿持續(xù)時(shí)間及漿液的調(diào)配質(zhì)量等也會(huì)影響注漿效果。

首先，由于漿液的沉淀析水性，注漿持續(xù)時(shí)間太長會(huì)使?jié){液沉淀分層，從而引起機(jī)具管路和地層孔隙的堵塞，嚴(yán)重時(shí)還可能造成灌漿過程的過早結(jié)束。

另外，由于漿液的凝結(jié)性，當(dāng)注漿持續(xù)時(shí)間過長，漿液會(huì)初凝，流動(dòng)性減少，致使泵送和灌注效能降低。

漿液調(diào)配水灰比、濃度、溫度、材料的細(xì)度和品種等條件都會(huì)影響設(shè)計(jì)漿液的質(zhì)量，最終會(huì)影響到注漿效果。

4 結(jié)語

通過理論分析，比較全面地分析了超前支護(hù)效果的影響因素。實(shí)踐證明，采用可灌性較好酸性水玻璃等化學(xué)漿材作為水泥漿的替代漿材，可以有效地改善注漿效果，增強(qiáng)圍巖土體和襯砌穩(wěn)定性，為配合其他施工沉降處理措施，有效控制高速公路沉降，保證公路通車和洞挖安全起到了重要作用。

［1］龔曉南.地基處理手冊［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］陳國興，樊良本，等.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［3］河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程（石家莊至北拒馬河段）古運(yùn)河樞紐初步設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.2004.

［4］河北省水利工程局.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程古運(yùn)河樞紐穿石太高速公路暗挖段施工方案［R］.2006.

［5］中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司古運(yùn)河項(xiàng)目經(jīng)理部.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程古運(yùn)河樞紐工程25#～26#及18#管節(jié)變更方案［R］.2006.

Analysis of the shallow tunnel section of ancient canal control project forepole effect factors

KANG Guo-qiang1，SHEN Yan-mei2，WU Jia3
（1.Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China;2.The Comprehensive Management Office of Soil and Water Conservation of Luquan District,Shijiazhuang 050200,China;3.Hydrology and Water Resources Suruey Bureau of Hebei Province,Shijiazhuang 050031,China）

According to the engineering geological conditions of the shallow tunnel and consolidation grouting theory,analyzes the main cause of small duct grouting effect is not obvious in advance,and puts forward suggestions to improve the grouting effect.

ancient canal hub;the shallow tunnel;advanced small duct grouting;cause analysis

B

1672-9900（2015）02-0094-03

2014-10-17

康國強(qiáng)（1977-），男（漢族），河北平山人，高級(jí)工程師，主要從事工程地質(zhì)勘察工作，（Tel）13820975755。