桓集隧道工程TBM施工洞段生產(chǎn)性灌漿試驗方案

高 巖

(沈陽市排水公司，遼寧 沈陽 110015)

1 工程概況

本標(biāo)段主洞長41.09 m，縱坡i=0.28‰，其中主洞鉆爆段3.40 km，TBM施工洞段37.69 km(洞徑φ8.5 m)，主洞采用兩臺TBM施工，主洞TBM施工洞段斷面為圓形，開挖洞徑為8.5 m，初期支護(hù)成洞洞徑8.2～8.5 m，襯砌成洞洞徑為7.3～7.7 m。

2 試驗區(qū)工程地質(zhì)

25+817.031～25+801.031段為Ⅲb類圍巖，洞室圍巖為白堊紀(jì)侵入花崗斑巖，肉紅色，巖石微風(fēng)化-新鮮巖，屬堅硬巖，斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、節(jié)理較發(fā)育-不發(fā)育，局部完整性差，洞室呈潮濕狀、地下水不發(fā)育，T1-1段實際揭露的地質(zhì)具有較強(qiáng)的代表性。23+457.031～23+445.031段為Ⅳ類圍巖，洞室圍巖為集安群清河組混合巖，屬于斷層F4U-1影響帶，斷層F4U-1延伸至樁號23+464消失于側(cè)壁，該段巖體破碎，圍巖不穩(wěn)定，現(xiàn)場實際坍塌較小，洞室呈潮濕狀，局部滴水，利于固結(jié)灌漿，具有代表性。

3 灌漿材料

本工程使用的灌漿材料主要包括外加劑、水泥、砂等，這些材料都達(dá)到了規(guī)定的質(zhì)量要求。所有材料入庫之前都按照規(guī)范要求進(jìn)行檢查和驗收。具體如下：

(1)水泥：選用袋裝低堿普通硅酸鹽P·O42.5水泥。

(2)磨細(xì)水泥：選用HSC含水細(xì)砂型注漿材料(固結(jié)灌漿第二施工時段使用)，材料主要性能滿足表1指標(biāo)。

表1 HSC(含水細(xì)砂型)主要性能指標(biāo)

(3)水：灌漿用水符合拌制混凝土用水的要求，本工程使用沒有污染的自來水。

(4)摻和劑：灌漿砂選用質(zhì)地堅硬的河砂，要求河砂的質(zhì)地堅硬，河砂的顆粒直徑控制在1.5 mm以內(nèi)。

4 TBM施工洞段灌漿順序

25+913.031～25+769.031段進(jìn)行回填灌漿試驗，回填灌漿結(jié)束后，制漿站移動至23+457.031～23+445.031(Ⅳ類圍巖)段進(jìn)行第一時段的固結(jié)灌漿試驗，再根據(jù)灌漿試驗成果確定第二時段固結(jié)灌漿試驗。25+913.031～25+769.031段回填灌漿試驗在邊頂拱襯砌強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%時進(jìn)行，回填灌漿由低端向高端施灌，分兩序施工，先一序后二序。固結(jié)灌漿分為兩個施工時段，每個時段按環(huán)間分序的方法施工，左右間隔灌漿，共分兩序施工。

4.1 回填灌漿造孔

為了防止鉆孔的過程中鉆到鋼筋，在進(jìn)行回填灌漿鉆孔時，按照設(shè)計要求使用Φ50PVC管作為造孔導(dǎo)向管[1]。使用移動式平臺架、人工YT28手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)。進(jìn)行造孔作業(yè)時，也順著預(yù)埋管將襯砌打穿，深入到圍巖中10 cm。對混凝土空腔尺寸和混凝土厚度進(jìn)行記錄。

4.2 回填灌漿措施

設(shè)計采用純壓式灌漿法進(jìn)行回填灌漿，灌漿材料選用強(qiáng)度等級為P·O42.5的普通硅酸鹽水泥，河砂的顆粒直徑控制在1.5 mm以上。對襯砌段拱90°范圍進(jìn)行回填灌漿，設(shè)計鉆孔深度為10 cm，鉆孔排距為3 m，孔徑為φ38～42 mm，孔位偏差保持在10 cm以內(nèi)[2]。要求鉆孔方向和鉆孔深度都要達(dá)到設(shè)計要求?；靥罟酀{試驗布孔如圖1所示。

圖1 回填灌漿試驗布孔圖

4.3 灌漿壓力及漿液水灰比

設(shè)計灌漿壓力為0.3～0.5 MPa，要求灌漿壓力控制在0.5 MPa以內(nèi)。按照0.5∶1的水灰比拌和水泥漿液。對于不良地質(zhì)段的塌腔位置要使用水泥砂漿進(jìn)行灌注，摻砂量要保持在水泥重量的200%內(nèi)。

4.4 固結(jié)灌漿試驗施工措施

在仰拱上部1 m左右的位置將固結(jié)灌漿抬動觀測裝置埋設(shè)好，造孔要深入到基巖中2 m。分別在壓水試驗時、灌漿之前、灌漿過程中以及灌漿結(jié)束后進(jìn)行抬動觀測，當(dāng)抬動觀測值大于設(shè)計允許值200 μm時，要立即終止灌漿，并在凝固8 h后掃孔復(fù)灌。

本工程固結(jié)灌漿施工范圍主要包括隧道V級圍巖和IV級圍巖，第一施工時段使用無蓋重全孔循環(huán)純水泥灌漿，在進(jìn)行混凝土襯砌之前要做好固結(jié)灌漿施工，在進(jìn)行第二施工段固結(jié)灌漿施工時可以使用全孔純壓式灌漿方法進(jìn)行施工，灌漿孔布置如圖2所示。

圖2 固結(jié)灌漿試驗造孔布置圖

在回填灌漿完成7 d后進(jìn)行固結(jié)灌漿，進(jìn)行固結(jié)灌漿時需要按照“環(huán)內(nèi)加密、環(huán)間分序”的原則進(jìn)行灌漿。灌漿孔在底板中心線孔左右對稱布置，統(tǒng)一對各孔位進(jìn)行編號，灌漿采用從下至上、左右間隔的順序進(jìn)行灌漿，第一時間段使用全孔洞內(nèi)循環(huán)灌漿法進(jìn)行施工，第二時段使用全孔純壓實灌漿法進(jìn)行施工。當(dāng)灌漿前出現(xiàn)涌水、灌漿后出現(xiàn)返漿等情況時，需要待凝。為了避免混凝土面或巖石面被抬動，按照一泵灌一孔的原則進(jìn)行固結(jié)灌漿。當(dāng)出現(xiàn)串漿的情況時，使用群孔并聯(lián)灌注法進(jìn)行施工，并聯(lián)孔數(shù)要保持在3個以內(nèi)，將灌漿壓力控制好。在孔口的進(jìn)漿管路上安裝壓力表，壓力值宜讀取壓力表指針擺動的中值。指針擺動范圍應(yīng)小于灌漿壓力的20%，擺動范圍應(yīng)作記錄。第一時段使用強(qiáng)度等級為P·O42.5的混凝土，灌漿壓力要保持在1.5～1.8 MPa；第二個時間段使用HSC含水細(xì)砂型注漿材料進(jìn)行施工，固結(jié)壓力要控制在0.5～0.8 MPa。要盡快使灌漿壓力達(dá)到設(shè)計值，使用分級升壓的方式進(jìn)行注入率大的孔段的灌漿施工，直到其達(dá)到設(shè)計要求。嚴(yán)格按照設(shè)計水灰比進(jìn)行灌漿施工，灌注過程中將漿液從稀到濃逐級進(jìn)行轉(zhuǎn)換，持續(xù)保持灌漿壓力不變[3]。當(dāng)注入率保持不變或注入率持續(xù)減少導(dǎo)致注漿壓力不斷升高時，不允許對水灰比進(jìn)行改變。在進(jìn)行第一時段的灌漿施工時，按照1∶1、0.8∶1、0.6∶1三個比級進(jìn)行灌注，第二時段灌漿漿液采用0.8∶1～0.6∶1進(jìn)行灌漿施工。第一灌漿時段當(dāng)某一比級漿液注入量已達(dá)300 L以上或灌注時間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應(yīng)換濃一級水灰比漿液灌注；當(dāng)注入率大于30 L/min時，根據(jù)施工具體情況，可越級變濃。灌漿技術(shù)參數(shù)對比如表2所示。

4.5 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

固結(jié)灌漿結(jié)束條件為：在該灌漿段最大設(shè)計壓力下，第一時段當(dāng)注入率不大于0.4 L/min后，繼續(xù)灌注30 min，第二時段當(dāng)注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注10 min，可結(jié)束灌漿。

表2 灌漿技術(shù)參數(shù)對比表

4.6 封孔

完成單元工程灌漿時，要對物探測試孔、觀測孔進(jìn)行封孔處理。進(jìn)行固結(jié)灌漿封孔之前要先將鉆孔中的污物和積水排除，使用“壓力灌漿封孔法”和“機(jī)械壓漿封孔法”進(jìn)行封孔，將孔口抹平，并將露出在回填混凝土表面和襯砌表面的埋管割除[4]。

4.7 特殊情況的處理

(1)在進(jìn)行灌漿作業(yè)過程中，如果耗漿量或者灌漿壓力突然間變大，要立即查明原因，并采取相應(yīng)的處理措施。

(2)灌漿作業(yè)時，如果發(fā)現(xiàn)回漿濃度變大，要使用相同水灰比的新漿液進(jìn)行灌漿。如果漿液依然變濃要立即向監(jiān)理工程師反映，并按照監(jiān)理工程師的指令進(jìn)行處理。

(3)進(jìn)行灌漿作業(yè)時，如遇到漏漿、冒漿等情況時，可以采用限量、濃漿、降壓、封堵、間歇灌注等方法進(jìn)行處理。

(4)在進(jìn)行灌漿作業(yè)時，如果出現(xiàn)了竄孔的情況，可以使用兩孔并灌的方法進(jìn)行處理，如果依然有竄孔的情況存在，要先堵死竄孔。在灌孔結(jié)束后立即沖洗被堵孔，如果沖洗后依然達(dá)不到設(shè)計要求，則需要重新進(jìn)行掃孔，然后進(jìn)行正常灌漿[5]。

(5)對于正在灌漿的區(qū)域或者已經(jīng)完成灌漿的區(qū)域，在灌漿區(qū)30 m范圍內(nèi)不允許進(jìn)行爆破作業(yè)。

(6)在進(jìn)行灌漿時，如果灌漿孔出現(xiàn)灌漿量超耗的情況時，要立即向現(xiàn)場監(jiān)理工程師反映，并由監(jiān)理工程師進(jìn)行確認(rèn)。

5 灌漿質(zhì)量檢查

5.1 回填灌漿質(zhì)量檢查

在回填灌漿結(jié)束7 d后需要對此位置的回填灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢查。在灌漿完成后，對灌漿資料進(jìn)行提交，確定檢查孔孔位。一般來說，要將檢查孔設(shè)置在灌漿過程中出現(xiàn)異常的位置，檢查孔的數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的5%。使用鉆孔注漿法檢查回填灌漿質(zhì)量，將水灰比為2∶1的漿液注入到孔內(nèi)。在規(guī)定壓力下，初期10 min內(nèi)漿液的注入量不超過10 L就可以判斷為合格。

5.2 固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查

本工程采用壓水試驗為主、靜彈性模量為輔的方法檢查固結(jié)灌漿質(zhì)量，一般來說，在灌漿結(jié)束3～7 d后進(jìn)行固結(jié)灌漿壓水試驗。灌漿完成后要向監(jiān)理人提交灌漿資料。檢查孔的數(shù)量要保持在灌漿孔總數(shù)的2%以上。如果壓水試驗顯示透水率在5.0 Lu以內(nèi)就為合格。否則就需要按照監(jiān)理人的指示要求進(jìn)行處理。在灌漿試壓結(jié)束14 d后在壓水檢查孔中對固結(jié)灌漿后的巖體進(jìn)行波速測試。

6 結(jié) 論

桓集隧道工程TBM施工洞段灌漿試驗在經(jīng)過工藝技術(shù)試驗、室內(nèi)室外漿材試驗以及檢查孔的監(jiān)測后，試驗成果達(dá)到了預(yù)期要求，在采用灌漿法進(jìn)行處理后，有效改善了地層滲透性，達(dá)到了防滲要求。