公路隧道下穿供水管道段注漿止水施工技術(shù)

陶峰

摘 要：在公路隧道施工中遇到軟弱圍巖段采取注漿工藝進(jìn)行預(yù)加固的案例較多，但下穿供水管道的軟巖隧道開挖施工及注漿止水施工工藝不常見。在施工中為了施工安全和保證水庫及其范圍內(nèi)水資源不流失過大，采取徑向小導(dǎo)管注漿堵水工藝，改變圍巖的力學(xué)性能，同時(shí)保證地下水的有效引排。文章從注漿小導(dǎo)管的堵水引排工藝、加固工藝、注漿必要性、施工工藝等方面做了闡述。

關(guān)鍵詞：公路隧道；下穿水庫；注漿止水；地質(zhì)監(jiān)控

1 工程概況

港珠澳大橋珠海連接線第三合同段起點(diǎn)位于南灣隧道，經(jīng)過銀坑水庫以西穿越將軍山，終點(diǎn)位于洪灣，路線總長5.856km。南灣隧道現(xiàn)改名為加林山隧道，為山嶺特長隧道。其中左線長3641m，右線長3650m。我標(biāo)段承建南灣隧道出口端，左線2178m，右線2190m，工程造價(jià)為2.68億元。采用雙向六車道高速公路等級標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80km/h。

隧道采用三心圓凈空斷面設(shè)計(jì)，主洞建筑限界凈寬14.25m、凈高5.1m，洞門采用削竹式洞門。按新奧法原理進(jìn)行施工，以系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、型鋼鋼架等組成的初期支護(hù)與二次模筑混凝土相結(jié)合的復(fù)合式襯砌型式，路面采用洞口段瀝青砼復(fù)合結(jié)構(gòu)和洞內(nèi)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)相結(jié)合的路面結(jié)構(gòu)。南灣隧道進(jìn)口處于竹仙洞水庫東南側(cè)，南聯(lián)路愛高普純凈水處理廠上方，接前山河特大橋；出口位于南琴路東側(cè)，交通條件較便利。隧道沿線上跨對澳供水管道，并以地下隧洞形式穿越一級飲用水源保護(hù)區(qū)竹仙洞水庫、銀坑水庫飲用水資源保護(hù)區(qū)。

2 地質(zhì)水紋情況

隧道與對澳供水管道在本合同段范圍與對澳供水隧洞成67°交叉，供水隧洞結(jié)構(gòu)內(nèi)尺寸為2.0m×2.0m。其中邊直墻1.6m高，30cm厚模筑混凝土襯砌。同時(shí)，南灣隧道ZK8+600處有銀坑水庫，水庫底部離隧道頂部標(biāo)高約30.5-26.4m，隧道中段與水庫呈52°角穿過。隧道位于水位下方，且花地?cái)嗔眩‵5）在水庫東南側(cè)邊緣與隧道小角度相交。

隧址區(qū)主要由中生界、燕山二期第一次花崗巖組成，隧址基巖巖性主要為花崗閃長巖、黑云母斑狀花崗閃長巖，具花崗巖類較為典型的風(fēng)化不均特點(diǎn)，構(gòu)造帶內(nèi)后期石英脈填充廣泛，中風(fēng)化巖質(zhì)堅(jiān)硬。

3 施工計(jì)劃

3.1 注漿段圍巖情況

3.2 進(jìn)度計(jì)劃

南灣隧道下穿供水管道段嚴(yán)格按照進(jìn)度計(jì)劃組織施工，具體計(jì)劃見表2所示。

4 施工方法及工藝

下穿供水管道段采用4.5m長、Φ22超前砂漿錨桿預(yù)支護(hù)。開挖后采用4.5m、長Φ42徑向注漿小導(dǎo)管注漿堵水，徑向小導(dǎo)管間距1.0×1.5m，全斷面設(shè)置，防止地下水流失。初支拱墻部位設(shè)置16a工字鋼拱架，間距1m；系統(tǒng)錨桿采用L=3.5m長砂漿錨桿，間距1.2×1.0m，梅花型布置；采用C25噴射混凝土，厚度20cm。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB6722-2011規(guī)定，地表有房屋地段，爆破振動速度不大于2.0cm/s。為確保地表房屋安全，本段隧道爆破設(shè)計(jì)振動速度不大于1.5m/s[4]。

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

根據(jù)對開挖地段的地質(zhì)調(diào)查，推測前方的地質(zhì)條件，調(diào)查的主要內(nèi)容包括對隧道開挖面的地質(zhì)素描、巖體的結(jié)構(gòu)面調(diào)查和涌水觀測等工作。本段隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)先采用TSP探測前方圍巖情況。若地下水豐富或地質(zhì)條件較差，圍巖破碎。采用C6XP鉆機(jī)超前鉆探抽取芯樣分析前方圍巖情況。

4.2 超前錨桿

S-Ⅳc支護(hù)類型采用Φ22超前砂漿錨桿，施工工藝流程圖見圖5：

（1）施工方法

采用氣腿式鑿巖機(jī)Ф38鉆頭鉆孔，鉆孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，高壓風(fēng)清孔；砂漿錨桿灌漿前先將水注入漿泵內(nèi)并倒入少量砂漿，然后將灌漿管插到距孔底5-10cm處，開始初壓水和稀漿濕潤管路，然后再將調(diào)好的砂漿倒入泵內(nèi)，打開風(fēng)閥開始注漿，注漿管隨著漿液的筑入而緩慢勻速拔出，注漿壓力控制在0.4MPa以下；漿液筑滿眼孔后，把錨桿插入眼孔，最后安裝錨桿、封口。

（2）施工要點(diǎn)

a.環(huán)向隔開一定距離隔孔鉆進(jìn)，避免注水太多導(dǎo)致圍巖面滑坍。b.注漿時(shí)若發(fā)現(xiàn)壓力過高，須立即停風(fēng)，排除堵塞。c.如發(fā)現(xiàn)砂漿不滿須重新注漿。d.錨桿入孔長度不得小于設(shè)計(jì)長度的95%。

4.3 Ф42徑向注漿小導(dǎo)管施工

（1）施工工藝

在初噴混凝土后，按設(shè)計(jì)間距和長度及時(shí)施作中空注漿錨桿。采用氣腿鑿巖機(jī)φ48mm鉆頭鉆孔，小導(dǎo)管安裝采用錘擊打入。小導(dǎo)管與系統(tǒng)錨桿錯(cuò)開布置。

徑向注漿小導(dǎo)管采用Φ42×5注漿小導(dǎo)管，徑向垂直巖面打設(shè)，與系統(tǒng)錨桿縱向錯(cuò)開布置，小導(dǎo)管長度5m，環(huán)向間距100cm，縱向間距200cm，每環(huán)30根。注漿材料主要采用水泥漿，地下水量較大時(shí)采用水泥-水玻璃雙液漿。

注漿前先用水或風(fēng)檢查孔體是否暢通。注漿管及泵用快速接頭連接好。配置注漿液，水泥漿水灰比為1：1。雙液漿水泥漿與水玻璃體積體采用1：0.25，開動泵注漿，注漿整個(gè)過程連續(xù)不停頓，一次完成。注漿壓力保持在1.0-3.0MPa，當(dāng)注漿壓力達(dá)到2MPa，進(jìn)漿量小于100L/min，且壓力升高較快，則可停止注漿，最大注漿壓力不能超過3MPa。注漿后，總出水量小于23/h且一處出水量小于0.63/h，即可結(jié)束注漿。注漿結(jié)束后，密封排氣孔。完成一根小導(dǎo)管注漿后，迅速卸下注漿軟管并安裝至另一根小導(dǎo)管，進(jìn)行注漿。

（2）施工控制要點(diǎn)

a.鉆孔深度以設(shè)計(jì)小導(dǎo)管長度控制，鉆孔方向盡量與開挖輪廓線垂直。b.高壓風(fēng)清孔并檢查，如有掉渣、卡孔或坍孔，進(jìn)行二次掃孔。c.小導(dǎo)管孔位允許偏差±15mm，鉆孔深度允許偏差±50mm。e.小導(dǎo)管入孔長度不小于設(shè)計(jì)長度的95%，錨桿數(shù)量不少于設(shè)計(jì)值。f.小導(dǎo)管與巖面的接觸面用M20砂漿填平。

4.4 注漿堵水施工

下穿供水管道段施工時(shí)，為避免隧道開挖導(dǎo)致地下水流失，引起地表環(huán)境變化并影響到居民生產(chǎn)生活用水，采取“以堵為主”的防水措施。超前探孔出水量大于3m3/h，判定為有局部突水可能，采取超前局部注漿；超前探孔有2/3孔滿孔，總出水量大于15m3/h，判定為有全斷面突水可能，采取超前帷幕注漿；若地表水量有明顯下降時(shí)，隧道內(nèi)立即采取注漿堵水，地表采取注漿防滲及地表引流，避免地表水下滲通過隧道排出。

（1）超前局部注漿

超前局部注漿采用Φ108mm注漿管，在出水通道范圍內(nèi)，隧道開挖輪廓線以外5-6m，注漿材料主要采用單液漿，水灰比=0.6-1.0。若注漿堵水效果為達(dá)到要求，采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥采用425普通硅酸鹽水泥，水泥漿與水玻璃體積比為1：0.5。注漿后，總出水量小于2m3/h，且一處出水量小于0.6m3/h，即可結(jié)束注漿[3]，見圖3。

（2）全斷面帷幕注漿

全斷面預(yù)注漿分兩次進(jìn)行，第一次鉆孔數(shù)22個(gè)，第二次鉆孔數(shù)24個(gè)。第一次注漿孔位離開挖邊界0.5m，第二次注漿孔位離開挖邊界1m，注漿孔外插角為9°。

全斷面注漿前[1]，先采用20cm厚噴射混凝土封閉掌子面，然后鉆孔施工。注漿段長度35m，采用Φ108管注漿，注漿材料主要采用單液漿，水灰比=0.6-1.1。若注漿堵水效果為達(dá)到要求，采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥采用425普通硅酸鹽水泥，水泥漿與水玻璃體積比為1：0.5。

為防止串漿，第一次注漿與第二次注漿之間間隔2-3h。當(dāng)注漿壓力達(dá)到3MPa，進(jìn)漿量小于100L/min，而且壓力升高較快，則可停止注漿，最大注漿壓力不能超過5MPa。注漿后，總出水量小于2m3/h，且一處出水量小于0.6m3/h，即可結(jié)束注漿。

（3）地表注漿

a.標(biāo)注注漿加固范圍。在地表水下滲斷流范圍3-5m內(nèi)采用木樁圈定注漿范圍。

b.清理注漿地表。清除注漿坡面上的妨礙注漿的雜物，清理中盡量不破壞地表植被，保持山體的自然風(fēng)貌。

c.地注漿坡面上按間距1m，進(jìn)行注漿布點(diǎn)。布點(diǎn)按梅花型布置，并在各注漿點(diǎn)釘設(shè)小木樁。

d.注漿管用外徑φ42mm，壁厚3.5mm熱軋無縫鋼管加工制成。導(dǎo)管長根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定，前端加工成錐形。加固范圍內(nèi)注漿管四周鉆四排φ8mm的注漿孔，加固范圍以外管段不鉆孔，作為注漿用導(dǎo)漿管。

e.注漿采用P.O42.5水泥單液漿，小導(dǎo)管注漿參數(shù)有：水泥漿水灰比：1：1；注漿壓力：0.5-1.0Mpa；注漿參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)按實(shí)際情況確定，注漿量按施工實(shí)際情況作相應(yīng)調(diào)整；配制時(shí)先在攪拌機(jī)內(nèi)放入定量清水進(jìn)行攪拌，水泥漿宜邊拌邊用，停留時(shí)間不多于半小時(shí)以內(nèi)，超過半小時(shí)，重新拌漿使用；注漿。注漿方式采用分段注漿，注漿按從低至高的順序進(jìn)行注漿。注漿過程時(shí)刻觀注注漿情況，觀察注漿地表的變化，并根據(jù)注漿情況調(diào)整注漿的漿液濃度。

4.5 注漿質(zhì)量要求

（1）注漿施工質(zhì)量控制

a.注漿鉆孔位置偏差不超過5cm，孔身垂直度不小于98%。b.鉆孔深度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，終孔后及時(shí)安裝鋼管。c.注漿過程中，壓力必須達(dá)到穩(wěn)定確定值，否則應(yīng)通過反復(fù)注漿直至滿足要求。d.嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的水灰比及水泥漿和水玻璃配合比制作漿液，漿液應(yīng)隨時(shí)攪拌隨時(shí)灌注，攪拌好超過2h尚未壓注的漿液應(yīng)廢棄不用。

（2）排水系統(tǒng)質(zhì)量控制

a.排水管質(zhì)量必須滿足設(shè)計(jì)要求，不得使用非標(biāo)準(zhǔn)的材料。b.排水管的接頭必須規(guī)范，接頭和排水管必須配套使用。接縫要密實(shí)。c.仰拱排水管必須保證暢通。

5 隧道監(jiān)控量測

5.1 洞外監(jiān)控量測

為降低隧道施工對水庫的影響，以保證降低隧道施工對山體自然環(huán)境，結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際工程情況，對下穿水庫段地表進(jìn)行了地表沉降觀測及地表水流觀測。

地表觀測采用全站儀觀測，在隧道主線范圍內(nèi)縱向每20m布置一個(gè)斷面，每個(gè)斷面3個(gè)點(diǎn)，觀測兩天進(jìn)行一次，采集觀測點(diǎn)的坐標(biāo)及高程。地表水水流觀測主要采用量測法，主要觀測地表水位高程及水流流速，以判斷水流的增減。水位觀測采用立桿觀測水位高度。若發(fā)現(xiàn)某區(qū)段突然出現(xiàn)水流減小，核實(shí)原因后對該處進(jìn)行地表加固注漿，防止地表水下滲流失。

5.2 洞內(nèi)監(jiān)控量測

（1）爆破震動監(jiān)測

通過爆破震動檢測掌握供澳水管的實(shí)際震動速度，針對實(shí)際監(jiān)測情況和安全判據(jù)及時(shí)對爆破方案做出修正；同時(shí)可利用實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合回歸本爆破場地的爆破震動衰減規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，測點(diǎn)應(yīng)布置在距離下部供水隧洞最近的位置。

（2）地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察

隧道掌子面每次爆破后通過肉眼觀察，描述和記錄圍巖地質(zhì)情況：巖性、巖層產(chǎn)狀、裂隙、地下水情況、圍巖完整性與穩(wěn)定性。判斷圍巖級別是否與設(shè)計(jì)相符，填寫圍巖級別判定卡。必要時(shí)測量地下水流量，觀察支護(hù)效果。掌子面觀察：每次開挖后進(jìn)行一次。對已施工區(qū)段觀察，每天至少進(jìn)行一次[2]。觀察編錄的主要內(nèi)容包括：地層巖性編錄的內(nèi)容，巖石名稱、礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、厚度、巖性變化及界線，巖石的軟硬和破碎程度，巖層的產(chǎn)狀及與隧道軸線的關(guān)系。地質(zhì)構(gòu)造編錄的內(nèi)容，斷層和破碎帶的出露位置、斷層和破碎帶的寬度、延充填物資、膠結(jié)程度、透水情況，節(jié)理的產(chǎn)狀、力學(xué)性質(zhì)和成因、充填物資、閉合程度，節(jié)理與洞室軸線的交角，地下水編錄的內(nèi)容，出水點(diǎn)的位置、水量、出水類型。洞內(nèi)觀察特別注意記錄的情況，溶洞和溶蝕裂隙的位置、高程、填充物的穩(wěn)定情況，噴層穩(wěn)定、開裂和受力情況。

（3）拱頂下沉量測

拱頂下沉量測在隧道開挖后拱頂及軸線左右各2～3m共設(shè)3個(gè)帶掛鉤的錨樁，測樁深度30cm，鉆孔直徑φ42，用快凝水泥或早強(qiáng)錨固劑固定。用精密水準(zhǔn)儀、鋼卷尺量測拱頂下沉。

（4）圍巖周邊收斂量測

在預(yù)設(shè)點(diǎn)的斷面，隧道開挖后，沿隧道周邊的拱頂、拱腰和邊墻部位分別埋設(shè)測樁。測樁埋設(shè)深度30cm，鉆孔直徑φ42，用快凝水泥或早強(qiáng)錨固劑固定，測樁頭設(shè)保護(hù)罩。采用周邊收斂儀量測周邊收斂變形，周邊收斂斷面布置根據(jù)施工方法的不同而布置。當(dāng)施工后，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況仍需繼續(xù)監(jiān)測，斷面需按圖再進(jìn)行布置并繼續(xù)監(jiān)測。各測點(diǎn)在避免爆破作業(yè)破壞測點(diǎn)的前提下，盡可能靠近工作面埋設(shè)，一般為0.5-2m，并在下一次爆破循環(huán)前獲得初始讀數(shù)。初讀數(shù)在開挖后12h內(nèi)讀取，最遲不超過24h。而且在下一循環(huán)開挖前，完成初期變形值的讀數(shù)。

5.3 量測數(shù)據(jù)整理分析

現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)及時(shí)整理，繪制量測數(shù)據(jù)與時(shí)間的關(guān)系曲線及量測數(shù)據(jù)與開挖面距離的關(guān)系曲線，并應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析。

特殊情況處理措施，當(dāng)圍巖周邊位移或地表下沉速率超過5mm/d、累計(jì)位移超過100mm時(shí)。建議停止施工，封閉交通。分析原因，制定特殊處理方案。

信息反饋方式：現(xiàn)場量測人員發(fā)現(xiàn)異常情況經(jīng)核實(shí)后立即以電話方式通知監(jiān)理、項(xiàng)目部、現(xiàn)場施工技術(shù)人員，及時(shí)整理數(shù)據(jù)形成正式報(bào)告并上報(bào)管理處。

6 注漿效果評價(jià)與體會

（1）通過開挖掌子面顯示，漿液擴(kuò)散，封堵了水流通道，達(dá)到了止水的目的。開挖過程中拱部土層穩(wěn)定，未出現(xiàn)塌方，堵水效果較好。

（2）經(jīng)過管道段部位鉆孔前后檢查水位和水質(zhì)檢測可知，水位無明顯下降，水質(zhì)經(jīng)化驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均合格。兩項(xiàng)指標(biāo)表明，采用此種注漿工藝效果明顯。

（3）在下穿供水管道段隧道施工過程中，選擇合理的注漿堵水工藝，能確保地下工程中施工的安全和質(zhì)量，同時(shí)達(dá)到了減少水資源流失和保護(hù)環(huán)境的效果。

參考文獻(xiàn)

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[3]張民慶，彭峰.地下工程注漿技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[4]張民慶，彭峰.隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，1995.