廈門海滄海底隧道帷幕注漿技術(shù)應(yīng)用研究

陳華龍

廈門路橋工程投資發(fā)展有限公司（361000）

廈門海滄海底隧道帷幕注漿技術(shù)應(yīng)用研究

陳華龍

廈門路橋工程投資發(fā)展有限公司（361000）

廈門海滄隧道是國(guó)內(nèi)在建的采用鉆爆法施工的海底隧道，工程借鑒了國(guó)內(nèi)外多條水下隧道的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)。在被稱為“海底隧道施工靈魂”的帷幕注漿技術(shù)上，該工程通過(guò)總結(jié)類似工程經(jīng)驗(yàn)、調(diào)研國(guó)內(nèi)外新設(shè)備、新工藝，結(jié)合海滄隧道實(shí)際，對(duì)帷幕注漿技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)。其核心是在傳統(tǒng)帷幕注漿的基礎(chǔ)上，結(jié)合系列新型注漿設(shè)備，對(duì)全孔一次性注漿工藝進(jìn)行一定優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)減少注漿量、提高工作效率、保證注漿效果的目的。文章主要闡釋先行洞服務(wù)隧道注漿技術(shù)的應(yīng)用研究，為下一步海滄隧道主洞不良地質(zhì)地段的順利實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

海滄隧道；帷幕注漿；全孔一次性注漿；止?jié){墻

0 引言

自廈門翔安海底隧道修建以來(lái)，國(guó)內(nèi)陸續(xù)修建了多條海底通道，如膠州灣隧道、拱北隧道、澳大隧道等，隧道修建方法多種多樣，有鉆爆法、盾構(gòu)法、沉管法等。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，施工技術(shù)已取得很大進(jìn)步，機(jī)械設(shè)備裝備水平也達(dá)到了新高度。目前在建的廈門海滄海底隧道是國(guó)內(nèi)采用鉆爆法施工的第三條公路海底隧道。地質(zhì)情況顯示，隧道下穿海底時(shí)將遇到風(fēng)化槽（囊）等不良地質(zhì)地段，帷幕注漿作為穿越此類地段的靈魂性技術(shù)將再次發(fā)揮作用，如何在傳統(tǒng)帷幕注漿的基礎(chǔ)上發(fā)展和創(chuàng)新將是下一步面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。因此，研究和應(yīng)用海滄隧道地質(zhì)先導(dǎo)洞服務(wù)隧道不良地質(zhì)段帷幕注漿技術(shù)具有重要意義。

1 工程概況

海滄隧道采用2孔行車隧道+1孔服務(wù)隧道的形式，其中服務(wù)隧道作為地質(zhì)先導(dǎo)洞先行施工。服務(wù)隧道位于廈門市西部，從海滄岸邊進(jìn)洞，下穿廈門西海域，進(jìn)入廈門島后在疏港路高架橋與興湖路交叉口處出洞，全長(zhǎng)3 870 m，斷面大小58.99 m2，采用鉆爆法施工。本次服務(wù)隧道擬注漿區(qū)段FWK16+122～FWK16+200，位于廈門島內(nèi)一側(cè)，下穿長(zhǎng)岸路城市主干道 （單向3行車道+1輔道），淺埋5.4～14.3 m，地表車流量大，管線密集（6類20余條，見(jiàn)圖1），與長(zhǎng)岸路上方疏港路高架橋墩柱最近距離10 m。場(chǎng)區(qū)處于剝蝕殘積丘地帶，大部分經(jīng)人工堆填改造，地層自上而下依次為：雜填土、拋石擠淤層、淤泥、砂層、殘積土、全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。拋石擠淤層與海水貫通，自穩(wěn)能力差，日最大涌水量1 700 m3，未注漿日最大沉降量7.8 cm，隧道沿縱向逐漸穿越上述所有地層。

圖1 下穿長(zhǎng)岸路段地表管線布設(shè)平縱面圖

2 加固措施

服務(wù)隧道埋深淺、管線多、地表車流大且臨近既有橋梁墩柱，這就對(duì)其變形控制有極其嚴(yán)格的要求。跟據(jù)該工程圍巖軟弱、與海水貫通等特點(diǎn)，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，主要采用帷幕注漿對(duì)隧道周邊土體進(jìn)行加固，并輔以中管棚、超前小導(dǎo)管等措施，提高土體強(qiáng)度，降低土體滲透性，達(dá)到降低沉降的目的。

2.1 注漿技術(shù)分析

隧道帷幕注漿主要作用在于改良巖土體強(qiáng)度，減少滲水量，進(jìn)而達(dá)到洞室自穩(wěn)承壓能力變強(qiáng)的效果。目前漿液擴(kuò)散機(jī)理主要有滲透、壓密和劈裂，通過(guò)漿液擴(kuò)散，巖土體介質(zhì)強(qiáng)度迅速提高，在隧道已開(kāi)挖和未開(kāi)挖周邊形成一個(gè)止水帷幕圈。

目前國(guó)內(nèi)普遍采用的帷幕注漿工藝主要包括分段全孔一次性注漿、孔口止?jié){鉆桿后退式注漿、分段前進(jìn)式注漿，以及鋼管孔底注漿等，這些工藝各有優(yōu)劣，但總體上均存在以下不足:

1）全斷面注漿，大水漫灌，不精細(xì)，工效低，效果不明顯。2）注漿壓力過(guò)大，對(duì)已做好結(jié)構(gòu)有可能產(chǎn)生破壞。3）注漿范圍大，材料用量大，時(shí)間長(zhǎng)。4）止?jié){墻、孔口管施工周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，配套的止?jié){墻止水要求高，孔口管密封要求高，一個(gè)循環(huán)的注漿孔就可能多達(dá)上百個(gè)，施工速度慢等。

經(jīng)綜合分析，為達(dá)到注漿工效高、效果明顯、注漿量少等目標(biāo)，該工程擬采用進(jìn)行工藝優(yōu)化后的全孔一次性注漿工藝。

2.2 注漿設(shè)計(jì)

1）注漿帷幕形式

服務(wù)隧道采用臺(tái)階法施工，設(shè)臨時(shí)仰拱。采用上半斷面全斷面帷幕注漿形式（見(jiàn)圖2），分兩階段注漿，先進(jìn)行掌子面后方臨時(shí)仰拱、邊墻的垂直注漿，再進(jìn)行掌子面帷幕注漿，注漿先從底部、拱腳開(kāi)始，再到中部、上部，這種順序可有效消除注漿盲區(qū)，且避免掌子面后方及地表隆起。

2）漿材及配合比

本次注漿漿液有75%普通雙液漿，即普通水泥-水玻璃(初凝 40～50 s，終凝 5 min，水灰比 1∶1，雙液配比 1:1，)，25%超細(xì)水泥漿(水灰比 1∶1)，其中，超細(xì)水泥漿使用部位依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定，主要用于拱部及二次補(bǔ)注。

3）注漿方式

本次注漿采用特制注漿管進(jìn)行全孔一次性注漿，一孔一注，注漿管開(kāi)孔為全長(zhǎng)開(kāi)孔，靠近止?jié){墻2 m不開(kāi)孔。

4）其它參數(shù)

一次注漿長(zhǎng)度15 m，開(kāi)挖12 m，加固圈在開(kāi)挖輪廓線外3 m，擴(kuò)散半徑0.75～1 m不等；單孔延米注漿量按10%孔隙率控制，累計(jì)注漿量的孔隙率不超過(guò)15%；拱部采用1.2 MPa，全強(qiáng)風(fēng)化地層2.5 MPa。

2.3 注漿優(yōu)化特點(diǎn)

1）變形控制措施

通過(guò)注漿過(guò)程中的不斷試驗(yàn)與總結(jié)，對(duì)于全孔一次性注漿，地表隆起與漿液凝結(jié)時(shí)間有關(guān)，而漿液凝結(jié)時(shí)間與溫度成反比。為此，可根據(jù)溫度加入適量的磷酸氫二鈉作為緩凝劑，以有效控制雙液漿初凝時(shí)間，確保漿液均勻擴(kuò)散，降低地表隆起。

2）工藝優(yōu)化

①簡(jiǎn)化止?jié){墻施作

80 cm厚C25網(wǎng)噴混凝土，設(shè)三層鋼筋網(wǎng)，并設(shè)Φ22以上粗筋骨架與周邊拱架焊接牢固，操作簡(jiǎn)便，工效高。

②鉆、注分離，特制注漿管注漿

采用專用鉆機(jī)鉆孔后，送入一次性特制的塑料注漿管，參照袖閥管的注漿原理，制作成單向閥，施工速度快，材料實(shí)惠，減少施工人員，降低注漿鉆機(jī)維修保養(yǎng)要求。

③不設(shè)孔口管

由于止?jié){墻優(yōu)化調(diào)整后變薄，在特制注漿管送入鉆孔后，孔口段采用錨固劑錨固，長(zhǎng)度≮1.5 m，孔口密封效果好。

3 注漿加固效果

目前服務(wù)隧道已成功穿越長(zhǎng)岸路，且進(jìn)入硬巖介質(zhì)。通過(guò)綜合檢測(cè)法檢測(cè)，注漿加固效果良好，漿脈明顯，土體強(qiáng)度為1.1～2.3 MPa，土體滲透系數(shù)為10-7cm/s，地表隆起或沉降值最大不超過(guò)11 mm，說(shuō)明采用優(yōu)化后全孔一次性注漿是可靠的。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)帷幕注漿是解決海底隧道不良地質(zhì)地段的重要手段，但注漿壓力大、材料用量大、施工周期長(zhǎng)、對(duì)已有結(jié)構(gòu)影響大等不良影響，且嚴(yán)重影響工程建設(shè)工期和成本。優(yōu)化后全孔一次性注漿，基本達(dá)到提高工效，降低成本的目的，可用來(lái)指導(dǎo)海滄隧道下一步的施工。

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