嚴(yán)寒地區(qū)富水地層隧道防寒注漿研究

鄭慶軍

摘 要：在隧道施工過程中，滲漏水現(xiàn)象是普遍存在的。在嚴(yán)寒地區(qū)富水地層進(jìn)行隧道施工，隧道結(jié)構(gòu)滲漏水易產(chǎn)生凍脹危害，導(dǎo)致圍巖支護(hù)強(qiáng)度降低。因此，隧道施工中要遵循“防、堵、截、排結(jié)合，因地制宜、綜合治理”的原則。采用防寒注漿技術(shù)，選取合適的注漿材料，嚴(yán)格控制隧道工程內(nèi)部的滲漏水現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：富水地層 嚴(yán)寒地區(qū) 注漿操作 隧道施工

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（b）-0108-03

巖體中普遍存在裂隙，裂隙分為貫通式和非貫通式兩類。處于嚴(yán)寒富水地區(qū)的巖體在裂隙水凍脹力的反復(fù)作用下，會(huì)將巖體裂隙由非貫通式轉(zhuǎn)化為貫通式，或由貫通式轉(zhuǎn)化為裂隙網(wǎng)，造成隧道圍巖強(qiáng)度降低。同時(shí)，隧道施工中使用的混凝土也會(huì)在低溫條件下承受膨脹力和滲透力，易使混凝土遭受內(nèi)部損傷，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度不斷降低。在凍融季節(jié)一些圍巖破碎地帶由于冰雪融化突然卸壓甚至?xí)霈F(xiàn)隧道局部坍塌的現(xiàn)象。

1 施工工藝

隧道主體結(jié)構(gòu)二襯施工前，通過采取拱墻全環(huán)徑向防寒注漿的方法，對(duì)距洞口一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)（L≥500m）初期支護(hù)背后3～5m巖體進(jìn)行注漿堵水。由于水泥的水化熱效應(yīng)有利于注漿液擴(kuò)散，故一般采用水泥注漿，待注漿進(jìn)行到一定程度時(shí)，應(yīng)注意控制注漿壓力，防止壓力過大產(chǎn)生劈裂現(xiàn)象，對(duì)圍巖造成破壞形成新的裂縫。

隧道開挖后對(duì)拱墻施做徑向注漿封堵圍巖空隙和滲水通道，使?jié){液將圍巖裂隙充填滿，隔斷從圍巖裂隙滲透至初支背后的地下水。為使初支面達(dá)到不滲、不漏的狀態(tài)，可采取以下手段。

（1）單孔注漿分級(jí)加壓，間歇壓注，漿液先稀后濃，注漿量先大后小。

單孔注漿壓力從0.75MPa開始，壓注一段時(shí)間后提高注漿壓力繼續(xù)注漿，如此反復(fù)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)最終壓力值；為提高漿液的流動(dòng)性，首次壓注漿液配比C/W（灰水比）為0.8∶1，以后每次加壓注漿，同步提高漿液中水泥用量，直至達(dá)到設(shè)計(jì)施工配合比；首次壓漿注漿量為單孔注漿量估算值的50%左右，以后隨著每次加壓注漿量逐步遞減，最終累計(jì)的注漿量接近單孔注漿量估算值。使?jié){液從遠(yuǎn)及近將注漿孔位置基巖裂隙充填滿并固結(jié)。

（2）注漿順序由下向上，由水少處向多水處，隔孔跳排壓注。

先從隧道兩側(cè)最下部布設(shè)的注漿孔開始，環(huán)向向上依次壓注漿液，采用隔孔跳排法施工，縱向同排注漿孔施工時(shí)不必隔孔，縱向上相鄰排段注漿孔注漿間隔時(shí)間不小于漿液初凝時(shí)間。使?jié){液固結(jié)形成一道止?jié){帷幕，阻止上排注漿孔漿液在重力及注漿壓力雙重作用下，沿基巖裂隙擴(kuò)散過遠(yuǎn)。同時(shí)上排孔注漿時(shí)，又可對(duì)下排孔漿液在基巖裂隙內(nèi)固結(jié)時(shí)未充填滿的地方進(jìn)行補(bǔ)充；注漿從初支表面滲水較少處開始，可以防止?jié){液進(jìn)入基巖裂隙后，在地下水的沖刷下，稀釋漿液，使?jié){液在基巖裂隙內(nèi)不能固結(jié)；還可以在地下水匯集的區(qū)域周邊形成一道止?jié){帷幕，隔斷周邊地下水進(jìn)入該區(qū)域，再對(duì)滲水多處進(jìn)行注漿，保證注漿效果。

（3）特殊地段采用水泥-水玻璃雙液注漿。

特殊地段是指圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎、地下水發(fā)育的施工地段，在這些特殊地段注漿施工，單純依靠壓注純水泥液漿，漿液進(jìn)入基巖裂隙后還未固結(jié)即擴(kuò)散至注漿范圍之外很遠(yuǎn)地方或者被地下水稀釋。通過在水泥漿液中摻加水玻璃，極大縮短漿液初凝時(shí)間，使?jié){液在基巖裂隙內(nèi)能夠有效固結(jié)。

（4）注漿后出現(xiàn)局部滲漏可采取局部徑向注漿方法補(bǔ)注。

局部徑向注漿孔口間距0.5～1.0m，單孔注漿擴(kuò)散半徑2m。注漿孔與出水裂隙面盡可能大角度相交（圖1、圖2）。

2 施工流程

防寒注漿施工工藝流程見圖3所示。

（1）鉆孔。

按測(cè)量放樣的位置進(jìn)行鉆孔，采用風(fēng)鉆或三臂鑿巖臺(tái)車。鉆孔時(shí)，先按設(shè)計(jì)終孔直徑鉆孔至設(shè)計(jì)深度，然后更換較大直徑鉆頭，對(duì)孔口位置進(jìn)行擴(kuò)孔，以便安設(shè)孔口管。每個(gè)注漿孔鉆孔結(jié)束后，用風(fēng)管將碎碴吹出。徑向注漿孔孔口位置定位要準(zhǔn)確，與設(shè)計(jì)位置的允許偏差為±5cm，偏角應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，孔底位置偏差不超過孔深的1%。每鉆進(jìn)一段，檢查一段，及時(shí)糾偏孔底位置偏差。拱墻徑向防寒注漿范圍為開挖輪廓線外3m，注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑2m計(jì)，注漿孔按梅花形布置，孔口環(huán)向間距200cm，孔底環(huán)向間距280cm，縱向間距200cm，見圖4。

（2）安設(shè)孔口管。

在鉆孔內(nèi)插入孔口管前，用麻線繩將管尾后段30cm長(zhǎng)管壁纏繞成紡錘狀并用膠帶纏緊。安裝時(shí)先用風(fēng)鉆頂進(jìn)，然后用大錘擊打至設(shè)計(jì)位置。

（3）注水試驗(yàn)。

為防止注漿花管孔眼在滲水結(jié)冰時(shí)被封堵，注漿前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，以測(cè)定巖層的吸水性、滲透性，為注漿時(shí)選取泵量、泵壓及漿液配比提供參考依據(jù)，同時(shí)沖洗鉆孔，檢查止?jié){塞效果和注漿管路是否有跑漏現(xiàn)象。

（4）注漿。

圍巖完整性較好，初期支護(hù)表面滲水量小于100L/min·10m，選用純水泥漿，為縮短膠凝時(shí)間，可在漿液中加入食鹽或三乙醇胺速凝劑，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。漿液灰水比C/W=1∶1，注漿終壓力1～1.5MPa。

圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，選用膠凝時(shí)間為4～6min水泥-水玻璃雙液漿；初支表面滲水量為100L/min·10m～300L/min·10m時(shí)，選用膠凝時(shí)間為4～6min水泥-水玻璃雙液漿；當(dāng)初支表面滲水量大于300L/min·10m時(shí)，選用膠凝時(shí)間為2～4min水泥-水玻璃雙液漿；水泥-水玻璃雙液漿中水泥漿液的水膠比為0.8∶1～1.5∶1；水玻璃采用42～51Be′濃水玻璃進(jìn)行稀釋，稀釋后加入水泥漿中的濃度為25～30Be′，水泥漿與水玻璃的體積比宜為1∶1～1.5∶1，可根據(jù)實(shí)際情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。雙液漿注漿時(shí)，采用二臺(tái)注漿機(jī)同時(shí)向同一孔口管壓注不同的漿液，注漿管路的聯(lián)結(jié)見圖5。

（5）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。endprint

單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力逐步升高至設(shè)計(jì)終壓，并穩(wěn)定10min；注漿量不小于設(shè)計(jì)注漿量的80%；進(jìn)漿速度為開始速度的1/4。每個(gè)注漿段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿堵水后，初期支護(hù)表面達(dá)到無水或小于地下水狀態(tài)I級(jí)（干燥或濕潤(rùn)，涌水量小于10L/min·10m），方可繼續(xù)施工初支和二次襯砌。

3 質(zhì)量控制

（1）注漿鋼管采用外徑為42mm、厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長(zhǎng)度為3～5m，鋼管前端加工成尖錐狀，管壁四周鉆8mm壓漿孔，尾部1m不設(shè)壓漿孔。

（2）按方案確定的位置、孔徑、孔深鉆孔，開鉆時(shí)，先低速低壓，待成孔10～50cm后，再加速加壓。

（3）用錘子把管打入孔內(nèi)，孔口以錨固劑填塞密實(shí)，以防漏漿，同時(shí)在孔口焊接注漿閘閥，以便注漿。

4 注意事項(xiàng)

（1）孔口管止?jié){塞止?jié){，漿塞膠圈尺寸應(yīng)與諸將孔徑相配，防止串漿現(xiàn)象。

（2）在裂隙涌水量較大時(shí)，應(yīng)先鉆引水孔卸壓，再用棉紗、木楔對(duì)裂隙進(jìn)行封堵處理；鉆孔速度應(yīng)保持勻速，特別是鉆頭遇到夾泥夾砂層時(shí)，控制鉆進(jìn)速度，避免夾鉆現(xiàn)象。

（3）注漿施工應(yīng)選擇合適的注漿時(shí)機(jī)，控制隧道內(nèi)施工溫度。對(duì)于圍巖注漿，應(yīng)在保護(hù)凍土的前提下進(jìn)行注漿。

（4）注漿材料必須具有良好的耐久性，其各項(xiàng)性能指標(biāo)必須經(jīng)得起若干次凍融循環(huán)的考驗(yàn)。

（5）系統(tǒng)布孔，全面封堵，漿液填充必須飽滿，用漿液將隧道圍巖及結(jié)構(gòu)中存水空間及通道全部封堵。

5 結(jié)語

在嚴(yán)寒地區(qū)富水地層進(jìn)行隧道施工，防排水的效果的好壞是重要的控制點(diǎn)。防寒注漿的施做是隧道防排水的第一道防線，關(guān)系到隧道開挖的穩(wěn)定性同時(shí)也是保證后期襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提。防寒注漿效果的好壞主要體現(xiàn)在鉆孔孔眼布設(shè)、漿液配合比及注漿壓力控制上。嚴(yán)格控制施工工藝，注意施工中存在的問題，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，保證注漿質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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