胡麻嶺隧道注漿漿液配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

王 冠

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176)

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胡麻嶺隧道注漿漿液配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

王 冠

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176)

摘要：介紹了在胡麻嶺隧道第三系富水全風(fēng)化粉細(xì)砂圍巖段的施工過程中，對圍巖進(jìn)行注漿加固時(shí)所用純水泥漿流動(dòng)度試驗(yàn)，以及在水泥漿+水玻璃雙液漿中摻入不同濃度水玻璃的凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)等。通過試驗(yàn)和工程實(shí)踐得到了單漿液適宜的注漿圍巖段落以及優(yōu)化的注漿壓力和水灰比，雙液漿中適宜的水玻璃摻入濃度和最佳配合比等，注漿加固效果很好，保證了施工安全。對富水軟弱圍巖的注漿加固施工有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：隧道施工；富水軟弱圍巖；注漿加固；漿液配合比；水灰比

隧道施工中遇到富水的軟弱圍巖時(shí)施工難度會非常大，一般都需要采取全斷面帷幕注漿和加強(qiáng)超前支護(hù)等預(yù)注漿措施，對圍巖進(jìn)行加固。在胡麻嶺隧道施工中就遇到了富水全風(fēng)化粉細(xì)砂巖圍巖。在施工過程中對注漿加固所用的注漿漿液及其配合比進(jìn)行了試驗(yàn)，在此主要介紹試驗(yàn)情況及試驗(yàn)結(jié)果對現(xiàn)場施工的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

新建蘭州至重慶鐵路夏官營至廣元段土建工程LYS-1標(biāo)段胡麻嶺隧道位于甘肅省榆中縣和定西市境內(nèi)，隧道全長13 608 m，進(jìn)口里程DK68+626，出口里程DK82+234，為一單洞雙線隧道，洞內(nèi)線間距4.4 m，隧道最大埋深295 m。除了3段曲線以外，隧道其余段落均處在直線段上，隧道縱坡分別處在+8‰、+12.8‰、+13‰、+3‰的單面上坡上。

隧道洞身穿越黃土高原的黃土梁峁區(qū)。山間發(fā)育著切割較深、縱坡較大的沖溝，只是匯水面積不大，沖溝內(nèi)沒有常年流水，雨后卻有短時(shí)較大的水流。

隧道地表土層主要是黃土和粗圓礫土?；鶐r主要是白堊系砂巖、泥巖。地下水為孔隙潛水和基巖裂隙水，隧道最大涌水量為Q=9 012 m3/d，地下水對圬工不具侵蝕性。

隧道有長度近4 000 m的圍巖是第三系富水全風(fēng)化粉細(xì)砂圍巖段，這種全風(fēng)化粉細(xì)砂巖具有II級自重濕陷性和膨脹性。這段地層的地下水水位在隧道拱頂以上40 m，地層富水。圍巖滲透系數(shù)較小，含泥量高并伴有板結(jié)層，降水難度大。圍巖開挖后汗?fàn)顫B水較為普遍，并時(shí)常伴有小股水流、核心土崩塌、基底軟化、圍巖持續(xù)層剝離的現(xiàn)象，開挖、支護(hù)難度大。往往會有流塑狀流砂從掌子面或初期支護(hù)背后流出，常出現(xiàn)邊挖邊流的現(xiàn)象，造成開挖及支護(hù)無法施工，流砂流出后在初支背后形成空洞，容易引起初期支護(hù)變形和塌方，高壓富水區(qū)段還容易發(fā)生大型突水涌泥，安全風(fēng)險(xiǎn)極高，施工難度大。針對上述的不利情況，在隧道開挖之前，必須對圍巖進(jìn)行預(yù)先注漿加固處理。

2 隧道施工方案

第三系富水全風(fēng)化粉細(xì)砂圍巖段隧道根據(jù)其不同段落的圍巖等級，分別采用CRD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。但隧道開挖前必須預(yù)先采取超前帷幕注漿和超前小導(dǎo)管注漿的加固措施[1]。超前支護(hù)按V級圍巖加強(qiáng)段設(shè)置，拱部144°范圍內(nèi)設(shè)L=10.0 m、?89 mm×5 mm、環(huán)向間距0.33 cm的超前中管棚，搭接長度≮3.0 m，注純水泥漿；拱部144°范圍內(nèi)設(shè)L=4.0 m、?42 mm×3.5 mm、環(huán)向間距0.33 m的超前小導(dǎo)管，每1.8 m(3榀)施作一環(huán)，搭接長度≮1.0 m，注純水泥漿。必要時(shí)還要增加L=5.0 m、?42 mm×3.5 mm、插入角為45°、環(huán)向間距0.33 m的預(yù)注漿小導(dǎo)管，注純水泥漿，對掌子面前面的圍巖進(jìn)行層層注漿加固。

CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工、超前帷幕注漿、超前注漿小導(dǎo)管、45°插入角小導(dǎo)管預(yù)注漿等均按常規(guī)方法施工，在此不再贅述。本文僅就開工前和施工過程中對注漿使用的漿液配合比的設(shè)計(jì)和配制所做的一些研究加以介紹。

3 單液注漿液配合比試驗(yàn)

針對粉細(xì)砂無強(qiáng)度、松散、遇水液化流失的特性，對水灰比為0.4∶1～0.7∶1純水泥漿的流動(dòng)度進(jìn)行了試驗(yàn)[1-2]。

3.1 水泥漿流動(dòng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：水泥漿流動(dòng)度采用ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定。試驗(yàn)條件：純水泥漿水灰比分別為0.40∶1，0.50∶1，0.55∶1，0.60∶1，0.65∶1，0.70∶1。水泥：使用PC 32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥。試驗(yàn)用水：水質(zhì)符合相關(guān)規(guī)定。

試驗(yàn)得出的不同水灰比時(shí)純水泥漿的流動(dòng)度見表1。

表1 不同水灰比時(shí)純水泥漿的流動(dòng)度

3.2 現(xiàn)場注漿試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗(yàn)得出，影響純水泥漿流動(dòng)性的主要因素是漿液中的水泥固體含量，水灰比越大，純水泥漿的流動(dòng)性就越差；純水泥漿的固化時(shí)間隨著水灰比的增大而縮短。試驗(yàn)證明，當(dāng)注漿壓力在0.2～1.0 MPa，水灰比為0.55∶1時(shí)最適合在粉細(xì)砂圍巖中使用。

由于單液漿的凝結(jié)時(shí)間是水泥的終凝時(shí)間，其終凝時(shí)間比較長，再加上單液漿的早期強(qiáng)度比較低，強(qiáng)度增長比較緩慢，漿液受地下水流動(dòng)的影響比較大。因此，單液漿注漿只適用于受力部位較小的圍巖、地下水相對不太發(fā)育的地段或施工進(jìn)度比較緩慢的地段。

4 雙液漿的凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)環(huán)境：模擬現(xiàn)場溫度13 ℃。試驗(yàn)方法：兩種漿液同時(shí)摻入小型攪拌器中，開始攪拌并計(jì)時(shí)，直至漿液凝結(jié)。從兩種漿液摻入到漿液開始凝結(jié)不能停止攪拌，以防止兩種漿液發(fā)生不均勻沉淀。試驗(yàn)所用材料：水玻璃，濃度40 Be′，模數(shù)3.2，原液加水分別稀釋到20 Be′和15 Be′；水泥漿液配合比，1∶1。水泥，使用PC 32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥。試驗(yàn)用水，水質(zhì)符合相關(guān)規(guī)定。

4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)試驗(yàn)1。將40 Be′水玻璃原液稀釋到20 Be′，摻入水灰比為1∶1的水泥漿液中，雙液漿在不同體積比時(shí)的初凝時(shí)間如表2所示。

表2 雙液漿在不同體積比時(shí)的初凝時(shí)間

(2)試驗(yàn)2。將40 Be′水玻璃原液稀釋到15 Be′，摻入水灰比為1∶1的水泥漿液中，雙液漿在不同體積比時(shí)的初凝時(shí)間如表2所示。

4.3 試驗(yàn)成果分析

從兩組試驗(yàn)可以得出[2]：

(1)水玻璃的摻入量是雙液漿初凝時(shí)間的最主要影響因素，水玻璃的摻入量越大，可以縮短雙液漿的初凝時(shí)間；雙液漿中的水泥漿液水灰比的大小對雙液漿的初凝時(shí)間影響不大。

(2)雙液漿中水玻璃漿液的濃度越大，漿液的初凝時(shí)間越短。

(3)水泥漿液的水灰比是影響被加固圍巖土體強(qiáng)度的最主要因素，而水泥的品種和水玻璃的摻入量的影響比較小。

(4)雙液漿的固化時(shí)間隨著水灰比的增大而縮短，隨著水玻璃的摻入量的增加而縮短。

(5)試驗(yàn)結(jié)果證明，當(dāng)?shù)叵滤S富且有流動(dòng)的情況時(shí)，應(yīng)該選用水玻璃摻入量較大或水玻璃濃度較大的雙液漿進(jìn)行注漿。

(6)水泥漿液與水玻璃雙液漿的固結(jié)和硬化是由于硅酸鹽水泥水化過程中產(chǎn)生氫氧化鈣，水玻璃中的硅酸鈉與水泥漿混合后，二者會迅速反應(yīng)產(chǎn)生一種水化硅酸鈣的膠凝體，這種膠凝體隨著氫氧化鈣的不斷產(chǎn)生而不斷增多，被加固土體的強(qiáng)度也會越來越高。所以，雙液漿中的水泥漿液水灰比越小(水泥用量越大)，對注漿效果的影響越大。

(7)影響被加固土體強(qiáng)度的主要因素是漿液中的水泥顆粒含量，被加固土體的強(qiáng)度隨著水灰比的增大而減小。但是，漿液中加入水玻璃會降低被加固土體的強(qiáng)度，摻入量越大，強(qiáng)度降低的越多。

在胡麻嶺隧道第三系富水全風(fēng)化粉細(xì)砂巖圍巖段隧道施工過程中，根據(jù)不同地段的地下水狀況，分別采用過1∶0.70和1∶0.75的雙液漿配合比對圍巖進(jìn)行注漿加固，取得了良好的效果。

試驗(yàn)中，采用在4個(gè)注漿孔中間鉆測試孔檢測滲漏情況的方法來檢驗(yàn)注漿加固效果，并且還要通過對注漿段開挖后的實(shí)際檢查來確定注漿加固的效果。

滲漏檢查時(shí)以測試孔中沒有連續(xù)水流出為標(biāo)準(zhǔn)，允許有少量的滴水，少量的滲水不會對施工造成大的影響。

5 結(jié)束語

胡麻嶺隧道第三系富水全風(fēng)化粉細(xì)砂巖圍巖段隧道施工過程中，采用了全斷面帷幕注漿、超前小導(dǎo)管注漿和插入角為45°的小導(dǎo)管預(yù)注漿等綜合注漿加固技術(shù)。在預(yù)先試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使用試驗(yàn)給出的純水泥漿的水灰比和注漿壓力，在地下水相對不太發(fā)育的地段進(jìn)行了單液漿注漿加固工作，收到了較好的注漿加固效果；在地下水比較發(fā)育的地段進(jìn)行的雙液漿注漿加固工作中，利用試驗(yàn)給出的水玻璃摻入濃度和雙液漿配合比，也取得了比較好的注漿加固效果。在注漿加固段隨后的開挖過程中可以看到，經(jīng)過注漿加固后的圍巖土體密實(shí)度和粘結(jié)強(qiáng)度大大提高，達(dá)到了預(yù)期的加固效果，保證了施工安全。其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

參考文獻(xiàn)

[1]徐長久.胡麻嶺隧道第三系粉細(xì)砂巖段施工關(guān)鍵技術(shù)[J].國防交通工程與技術(shù), 2011(6)：55-58

[2]姜玉松，聶瓊，韓洪興.注漿漿液試驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)探討[C]//地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)：2009年地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)研討會論文集.北京：中國水利水電出版社，2009：243-249

On the Optimized Design of the Mix Ratio of the Mortar for the Humaling Tunnel

Wang Guan

(19th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Beijing 100176,China)

Abstract:The fact that the flow ability of the pure cement mortar used for slip-casting to consolidate the surrounding rock was tested and the setting time of the cement mortar+sodium silicate,when sodium silicate of different concentrations was added,was tested in the course of the construction of the 3rd system rich-watered,fully-weathered fine-sanded surrounding-rock section of the Humaling Tunnel,and other tests performed there and then are introduced in the paper.Through the tests and the practice of construction,the optimal slip-casting pressure and the appropriate water-cement ratio are obtained,and the appropriate concentration of the sodium silicate to be added and the optimal mix ratio and other parameters are also obtained for the surrounding-rock section of the tunnel. Upon the basis of the tests mentioned above,the slip-casting achieves very good effect of consolidation, with the safe construction ensured.The success in the project may help guide the slip-casting-consolidating construction in other rich-watered soft surrounding-rock projects.

Key words:construction of a tunnel;rich-watered soft surrounding rock;reinforced by means of slip-casting;mix ratio of the mortar;water-cement ratio

中圖分類號：U455.49

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)02-0030-03

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.008

作者簡介：王冠(1984—)，男，工程師，主要從事土木工程施工技術(shù)管理工作15811139997@163.com

收稿日期：2015-11-30