黃土隧道富水圍巖帷幕注漿施工技術(shù)

趙玉印

(中國(guó)中鐵二局四工程有限公司 四川成都 610300)

黃土隧道富水圍巖帷幕注漿施工技術(shù)

趙玉印

(中國(guó)中鐵二局四工程有限公司 四川成都 610300)

上莊隧道斜井地質(zhì)條件差、滲水量大，防止該斜井洞內(nèi)涌水和坍塌是該段施工的關(guān)鍵。采用帷幕注漿施工取得了較好的效果，在介紹帷幕注漿的施工方法及效果檢查的基礎(chǔ)上總結(jié)了施工參數(shù)，并結(jié)合工程概況，施工方案，施工準(zhǔn)備，材料及配合比，鉆孔方法，注漿方式，效果檢查深孔注漿的操作事項(xiàng)作了重點(diǎn)闡述，以為同類(lèi)工程施工提供參考。

黃土隧道;軟弱圍巖;帷幕注漿;施工技術(shù)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)情況

上莊隧道起訖里程為 DK979+361～DK981+425，全長(zhǎng) 4064m。全隧道主要地質(zhì)為Q4及Q3砂質(zhì)黃土，以及Q2黏質(zhì)黃土。在DK980+700處設(shè)斜井輔助坑道，全長(zhǎng)371.71m，綜合坡度9.12%，按臨時(shí)工程設(shè)計(jì)。

1.2 施工情況

1.2.1 水文地質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該斜井口上游約20～30m距離有一水井，水井中地下水位埋深約3m，高程約1931m。隧道進(jìn)洞32m后，仰供開(kāi)挖時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)滲水，土樣含水量達(dá)到29.5%，承載力僅44Kpa。滲水點(diǎn)高程1936.410m。XK2+50整個(gè)掌子面滲水，上臺(tái)階地面高程約1931.041m，上臺(tái)階距離洞底距離約3m，因此掌子面處地下水位在1934.041m以上，同時(shí)掌子面滲水水量約60m3/d。

根據(jù)以上分析，該區(qū)域地下水位位于 1931m～1936m之間。水位附近土體呈軟塑-流塑狀態(tài)，含水率29.5%。

1.2.2 施工方法及參數(shù)

采用上下臺(tái)階法施工。具體參數(shù)是：拱墻設(shè)I16工字鋼，間距1米/榀。（滲水地段全環(huán)設(shè)I20工字鋼，間距0.6米/榀）拱部設(shè)φ42超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長(zhǎng)3.5m，環(huán)向間距 40cm，縱向間距 2.4m，外插角 10～15°。邊墻設(shè)φ22砂漿錨桿，間距1m×1m。拱墻設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，間距20cm×20cm。

1.2.3 出水情況

2013年6月7日，掌子面施工至X2+36（該位置的高程為:1931.041），6月8日，監(jiān)控量測(cè)斷面X2+40沉降18cm，6月9日，下沉量達(dá)到40cm，6月10日出現(xiàn)拱頂整體開(kāi)裂下沉,隨即出現(xiàn)掌子面大體大變形段下沉，XK2+36總計(jì)下沉120cm。

2 施工方案

經(jīng)四方現(xiàn)場(chǎng)勘察得出，決定采用帷幕注漿方式進(jìn)行施工。

按照四方會(huì)議紀(jì)要指出“帷幕注漿加固、管棚支護(hù)”的原則。首先施做全斷面帷幕注漿，之后管棚支護(hù)。

2.1 帷幕注漿加固設(shè)計(jì)

首先進(jìn)行全斷面帷幕注漿，加固該軟弱圍巖段落，在隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外形成一定厚度具有一定抗壓能力的穩(wěn)定固結(jié)體并通過(guò)超前大管棚剛性支護(hù)，提高膠結(jié)體的承載能力，保證隧道開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)安全。

由于該大變形段段為擾動(dòng)地層，且有三層超前管棚侵入開(kāi)挖輪廓線(xiàn)，因此有邊界條件下漿液擴(kuò)散控制及穿越管棚鉆孔是該方案的重要控制點(diǎn)及難點(diǎn)。

注漿加固范圍為XK2+42～XK2+07，縱向長(zhǎng)度35m，主要是采用SM-14多功能地質(zhì)鉆機(jī)對(duì)大變形段處進(jìn)行加強(qiáng)注漿，終孔位置在開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外5m，漿液擴(kuò)散距離取1.5m，共計(jì)布設(shè)注漿孔69個(gè)。每段注漿長(zhǎng)度35m，開(kāi)挖30m，預(yù)留5m不開(kāi)挖做為下循環(huán)止?jié){巖盤(pán)。

2.2 施工方案

2.2.1 止?jié){墻施做

掌子面施作止?jié){墻。采用C30模筑混凝土施作，上部厚2.5m，下部厚3m。止?jié){墻施作過(guò)程一定要保證質(zhì)量，尤其是周邊與開(kāi)挖輪廓線(xiàn)的接觸部用直徑22的螺紋鋼筋連接，混凝土澆筑必須振搗密實(shí)，防止漏漿。

2.2.2 場(chǎng)地硬化處理

為了滿(mǎn)足鉆機(jī)施工作業(yè)要求，必須在止?jié){墻后方預(yù)留12m長(zhǎng)的作業(yè)平臺(tái)。將止?jié){墻后方12m范圍內(nèi)整平壓實(shí)，之后墊16mm厚鋼板做為鉆機(jī)施做平臺(tái)。

2.3 鉆孔

采用SM-14鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。鉆孔間距為2.0×2.0米梅花布置，分序鉆孔，鉆孔時(shí)開(kāi)始采用低速鉆進(jìn)，待鉆機(jī)正常鉆進(jìn)時(shí)(進(jìn)尺 0.5m左右)，將鉆機(jī)速度調(diào)至正常運(yùn)行速度。鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高或分段高度后，為使注漿通道順暢，要進(jìn)行清孔工作。鉆孔過(guò)程中，每孔作好鉆孔記錄，為注漿提供了地質(zhì)依據(jù)。

鉆孔操作工藝流程：鉆機(jī)就位→開(kāi)孔→接桿 鉆孔→清孔→卸桿。

2.4 注漿

2.4.1 注漿材料。注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥采用甘草P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)為2.6～2.8，波美度30～35Be′,施工用水采用上莊斜井工點(diǎn)凈化水，水質(zhì)符合《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63-89）規(guī)定。

2.4.2 注漿參數(shù)。漿液濃度采用：C:S=1:(0.6～1.0)(體積比），水泥漿水灰比0.8:1～1:1，水玻璃模數(shù)2.6～2.8，水玻璃濃度35～40Be′，注漿壓力4～6MPa。

2.4.3 注漿工藝。分序鉆孔，為防止竄漿，實(shí)行隔兩個(gè)孔注漿，注漿機(jī)械為KBY70-16型雙液注漿泵，注漿方式為分段前進(jìn)式，注漿分段長(zhǎng)約5m。水泥漿和水玻璃漿在距注漿孔5m位置用“Y”型結(jié)構(gòu)混合，水玻璃及水泥出漿管上分別安裝流量計(jì)和控制閥門(mén)控制流量，然后進(jìn)入注漿孔，與止?jié){塞導(dǎo)管相連。在注漿管上安裝自動(dòng)流量計(jì)記錄注漿過(guò)程中流量、壓力等變化，終端進(jìn)入電腦自動(dòng)記錄。注漿時(shí)先打開(kāi)混合器注漿閥，先注水約2～3min，使圍巖孔隙暢通。然后注水泥漿約3min至正常后，迅速將兩個(gè)吸漿龍頭分別放進(jìn)水泥漿桶和水玻璃桶，實(shí)施雙液注漿。停止灌注時(shí)，先停水玻璃泵，后停水泥漿泵，并用清水清洗管路，以預(yù)防堵管。

(3)除建材化利用外，鋼渣利用還應(yīng)當(dāng)結(jié)合我國(guó)現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀，拓展鋼渣利用途徑，比如加大在鋼渣作為環(huán)保領(lǐng)域如大氣污染治理、水處理和土壤治理與修復(fù)利用，以及沿海鋼企鋼渣就近作為人工魚(yú)礁生態(tài)材料利用等方面的研究與應(yīng)用推廣，這樣既符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展大趨勢(shì)，也有助于提升鋼渣利用附加值。

2.4.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。注漿過(guò)程中注漿壓力逐漸升高，最終達(dá)到或接近設(shè)計(jì)的注漿終壓，并維持10min以上，或者注漿流量隨時(shí)間逐漸減少，最終小于1L/min·m，并維持 10min以上，即結(jié)束本孔注漿；遇到大裂隙時(shí)，壓力上不去，進(jìn)漿量很大的情況下，經(jīng)過(guò)漿液濃度的變換，仍達(dá)不到終壓與注漿流量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采取間歇注漿，待養(yǎng)護(hù)24h后復(fù)注，以達(dá)到設(shè)計(jì)終壓標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.5 現(xiàn)場(chǎng)注漿施工。在現(xiàn)場(chǎng)注漿中，剛開(kāi)始由于吸漿量大，壓力在前30min，基本都小于0.5MPa，隨著漿液填充孔隙，壓力注漿上升至1MPa，當(dāng)流量小于1L/min時(shí)，壓力基本能達(dá)到1.2MPa以上。終孔壓力是控制注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)，因?yàn)榭變?nèi)無(wú)壓力，證明注漿孔漿液未滿(mǎn)。為了控制注漿質(zhì)量，盡量都把注漿壓力控制在4～6MPa以上。

2.5 管棚超前支護(hù)

拱部180°范圍內(nèi)沿開(kāi)挖輪廓線(xiàn)布置超前大管棚?？v向長(zhǎng)20m，沿開(kāi)挖輪廓線(xiàn)環(huán)向布置，開(kāi)孔環(huán)向間距30cm，外插角5～7°，共布設(shè)39根管棚，管棚孔可兼作上斷面補(bǔ)充注漿孔。

大管棚采用內(nèi)徑Φ108mm，壁厚5mm熱軋無(wú)縫鋼管加工，每節(jié)長(zhǎng)9m，沿管壁布設(shè)4排Φ6mm對(duì)稱(chēng)溢漿孔，梅花形布設(shè)，孔間距50cm，每根管棚末端2m不布設(shè)溢漿孔，前端加工成椎形尖端并封閉。采用Φ89mm、壁厚 5mm熱軋無(wú)縫鋼管套入Φ108mm管棚，焊接連接頂入孔內(nèi)。管棚安設(shè)完成后進(jìn)行全孔一次性注漿。

3 效果檢查

3.1 注漿壓力及流量與時(shí)間之間的關(guān)系

注漿效果評(píng)定是決策開(kāi)挖施工方案的依據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔所揭示的地質(zhì)狀況，注漿結(jié)束后，可采取分析法即結(jié)合注漿過(guò)程中P-Q-t曲線(xiàn)分析及反算注漿后地層的漿液填充率判斷注漿效果。

根據(jù)注漿量分析漿液對(duì)地層裂隙的填充率，當(dāng)漿液填充率達(dá)到 80%以上，滿(mǎn)足開(kāi)挖要求。

3.2 注漿效果檢查

3.2.1 取樣觀察

在注漿前，掌子面為淤泥狀，經(jīng)過(guò)注漿后，掌子面周?chē)貙咏?jīng)過(guò)封堵，現(xiàn)在基本已經(jīng)干涸。

3.2.2 試驗(yàn)檢查

注漿前土工試驗(yàn)結(jié)果該區(qū)土質(zhì)為黃泥，含水量高達(dá)29.5%，無(wú)法進(jìn)行顆粒分析及干密度試驗(yàn)；注漿后土工試驗(yàn)結(jié)果為土樣為灰黑色，土層含水量9.2%-13.5%。

在注漿區(qū)采用雙管單洞法進(jìn)行了鉆芯取樣，共鉆取了6個(gè)孔，3個(gè)鉆芯成型較好，2個(gè)一般，1個(gè)較差。取出一塊較完整的芯樣進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，漿液固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到0.4mpa以上。

4 結(jié)論和體會(huì)

注漿工程涉及多門(mén)學(xué)科知識(shí)，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。上莊隧道帷幕注漿采用了雙液注漿泵壓漿進(jìn)行前進(jìn)式注漿技術(shù)，在注漿范圍大，滲水量大的情況下，通過(guò)壓力、漿液等調(diào)整，使?jié){液在巖層中充填密實(shí)，封堵了地下水滲流路徑，加固了圍巖，提高了圍巖強(qiáng)度，杜絕了坍方及滲水事故發(fā)生，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

[1]范彥兵.礦山帷幕注漿特殊地層施工工藝研究.科技資訊，2013

[2]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院.寶蘭客專(zhuān)上莊隧道設(shè)計(jì)圖，2013

[3]唐平.深孔帷幕注漿技術(shù)研究.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2010

U45

B

1007-6344（2016）10-0038-01

趙玉?。?988-），男，工程師，本科，主要從事建筑工程相關(guān)工作。