帷幕注漿在軟弱圍巖隧道施工中的應(yīng)用

張峰

摘要：本隧道工程施工是在穿越軟巖與硬巖接觸帶巖前，先施作超前鉆孔探測(cè)前方地質(zhì)及地下水情況，根據(jù)探測(cè)情況，采取超前小導(dǎo)管注漿進(jìn)行堵水和加固；如果發(fā)現(xiàn)承壓水，采取全斷面超前帷幕注漿，以此截?cái)嗨?，從而達(dá)到防滲堵漏的目的，保證此軟弱圍巖段安全施工。

關(guān)鍵詞：帷幕注漿；軟弱圍巖；隧道

前言

隧道帷幕注漿是在隧道拱頂、兩幫、掌子面、具有合理孔距的鉆孔中用液壓或氣壓將能凝固的漿液按設(shè)計(jì)的濃度通過(guò)特設(shè)的注漿鉆孔，壓送到規(guī)定的巖土層中，填補(bǔ)巖土體中的裂縫或孔隙，使各孔中注漿體相互搭接以形成一道類似帷幕的混凝土防滲墻，以此截?cái)嗨?，從而達(dá)到防滲堵漏的目的，并改善注漿對(duì)象的物理力學(xué)性質(zhì)，以滿足隧道和地下工程防滲和加固的需要。

1工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

達(dá)朵村隧道右線起訖里程YK15+290?YK17+612，全長(zhǎng)2322m；左線起訖里程ZK15+217?ZK17+550，全長(zhǎng)2333m，根據(jù)地表出露圍巖及設(shè)計(jì)地質(zhì)鉆孔推測(cè)，該隧道覆蓋層及堆積層較厚，下覆基巖為強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差，加上小江東支斷裂、小江西支斷裂及達(dá)朵斷層對(duì)本隧道工程的影響，V級(jí)圍巖長(zhǎng)度為2504m，IV圍巖長(zhǎng)度為2110m，明洞41m。達(dá)朵隧道按新奧法原理組織施工，安排4個(gè)作業(yè)面，左右幅同時(shí)進(jìn)行，右線掘進(jìn)面超前50m。

1.2施工重點(diǎn)

由于該帷幕注漿段有周邊原來(lái)初期支護(hù)，因此在有邊界條件下漿液擴(kuò)散控制及穿越鋼拱架鉆孔是該方案的重要控制點(diǎn)及難點(diǎn)。通過(guò)控制帷幕注漿雙漿液配合比增強(qiáng)破碎圍巖的加固效果，提髙堵水能力，合理設(shè)計(jì)鉆孔位置及角度減少穿越鋼架數(shù)量，預(yù)防塌方及突泥突水災(zāi)害發(fā)生，保證隧道開(kāi)挖施工安全。

2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

采用TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，結(jié)合地質(zhì)編錄預(yù)報(bào)法、超前平層預(yù)報(bào)法、超前鉆探預(yù)報(bào)法、地質(zhì)雷達(dá)、紅外線探水、孔內(nèi)攝影等物理探測(cè)法。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)內(nèi)容為：①地層、完整性及含水情況；②斷層、富水情況；③有害氣體檢測(cè)；④大型塌方、突水突泥；⑤軟巖大變形，施工期間圍巖分級(jí)、拱頂?shù)魤K和側(cè)壁片幫等；⑥隧底穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

嚴(yán)密注意圍巖開(kāi)挖情況，通過(guò)探測(cè)手段，預(yù)測(cè)開(kāi)挖工作面前幾米至幾十米，幾百米的圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合掘進(jìn)中的地質(zhì)變化，及時(shí)提出預(yù)報(bào)，以便有準(zhǔn)備地做好各種預(yù)防和施工措施，保證隧道工程的順利進(jìn)行。

3 全斷面帷幕注漿在穿越軟巖與硬巖接觸帶的施工應(yīng)用

3.1 全斷面帷幕注漿設(shè)計(jì)

通過(guò)上臺(tái)階進(jìn)行全斷面帷幕帷幕注漿，加固軟弱圍巖土體，在隧道開(kāi)挖輪廓線外形成一定厚度具有一定抗壓能力的穩(wěn)定固結(jié)體保證隧道開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)安全。采取超前深孔注漿加固方式，循環(huán)超前注漿加固縱向長(zhǎng)30m（含止?jié){墻），加固范圍為初支輪廓線外5m，共設(shè)兩個(gè)注漿斷面，注漿孔48個(gè)。

3.2 總體施工技術(shù)方案

按照“先進(jìn)行防護(hù)，穩(wěn)定掌子面和初支，最后進(jìn)行圍巖注漿加固”的原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，首先將上臺(tái)階掌子面ZK17+163采用錨管+網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行反壓封閉，穩(wěn)固掌子面土體；然后在ZK17+178?+181里程施作止?jié){墻，再對(duì)止?jié){墻后方10m范圍內(nèi)的初期支護(hù)進(jìn)行徑向注漿加固，然后在上臺(tái)階進(jìn)行180°帷幕注漿；全過(guò)程嚴(yán)格按照要求做好監(jiān)控量測(cè)工作和安全巡視工作，確保方案安全順利實(shí)施。

3.3 勞動(dòng)力、主要施工設(shè)備配置計(jì)劃

3.4 全斷面帷幕注漿施工技術(shù)

3.4.1 施工順序：止?jié){墻施作→測(cè)量布孔→開(kāi)口、孔口管安裝→鉆孔→注漿

超前帷幕注漿加固縱斷面圖

3.4.2 止?jié){墻及施工平臺(tái)的施工

用編織袋裝碎石自ZK17+175至掌子面回填筑島，形成圍堰及平臺(tái)，圍堰中每隔lm高度設(shè)置5根100?150mm鋼管（端頭采用土工布包裹）進(jìn)行排水，防止涌水將細(xì)顆粒物質(zhì)帶走；共設(shè)兩排排水管。

采用噴射混凝土對(duì)前方涌出物進(jìn)行封閉，并用?42注漿管對(duì)ZK17+173?+178段涌出堆積物進(jìn)行注漿加固，以利于穩(wěn)定和施作作業(yè)平臺(tái)，注漿采用水泥-水玻璃雙液漿。止?jié){墻施作前應(yīng)對(duì)ZK17+173?+183段拱部范圍采用?42鋼花管進(jìn)行補(bǔ)充注漿加固，壓注水泥漿，注漿管長(zhǎng)度不小于5m。

止?jié){墻采用C25混凝土，初步擬于ZK17+175?+178施作止?jié){墻，頂部厚度不小于3m，底部基礎(chǔ)嵌入穩(wěn)定巖層深度80cm，兩側(cè)嵌入圍巖深度50cm，止?jié){墻周邊通過(guò)設(shè)2?3排4m長(zhǎng)徑向鋼花管注漿與周邊巖體聯(lián)系牢固，預(yù)留0.5m澆筑于止?jié){墻內(nèi)，環(huán)向間距1m，墻內(nèi)留3?5根排水管，并在排水管的端頭預(yù)留閥門(mén)；然后施作止?jié){墻；待止?jié){墻達(dá)到強(qiáng)度后，應(yīng)立即關(guān)水并進(jìn)行注漿堵水和加固坍體。

為了滿足大型鉆機(jī)作業(yè)要求，需要在工作面鋪設(shè)鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)平臺(tái)長(zhǎng)10m，預(yù)留作業(yè)工作空間高度5m。鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)需采用洞渣回填密實(shí)，平臺(tái)表面澆注30cm厚C25混凝土與止?jié){墻成為整體。

3.4.3 測(cè)量布孔

根據(jù)設(shè)計(jì)的要求孔位在止?jié){墻上成圓環(huán)型布置，布孔時(shí)按照先外后內(nèi)的原則先標(biāo)識(shí)出最外側(cè)孔位，待外側(cè)孔位鉆完成并注漿完成后再布設(shè)內(nèi)側(cè)孔位?？孜徊荚O(shè)時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行，其孔位偏差不大于±5cm。

3.4.4 開(kāi)口、孔口管安裝

孔口管起著導(dǎo)向作用，先用鉆機(jī)鉆引導(dǎo)孔，孔深3m。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求在孔口段安裝3m長(zhǎng)的?108mm，壁厚5mm的熱軋無(wú)縫鋼管?？卓诠馨惭b采用人工進(jìn)行，人工安裝有困難時(shí)可輔以適當(dāng)?shù)腻N擊。孔口管安裝完成后再用M5砂漿對(duì)孔口管四周進(jìn)行封閉，以確保注漿作業(yè)時(shí)不出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

3.4.5 鉆孔

鉆孔采用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行，其鉆孔順序?yàn)橄韧夂髢?nèi)，同一環(huán)鉆孔時(shí)應(yīng)間隔進(jìn)行。成孔后其孔徑要求為：開(kāi)孔直徑不小于108 mm，終孔直徑不小于90 mm。鉆孔完成后及時(shí)用高壓風(fēng)和高壓水對(duì)成孔進(jìn)行清掃，清除孔內(nèi)石碴和灰土。

3.4.6 注漿

（1）注漿材料：普通硅酸鹽水泥單液漿（W：C=（0.8?1.2）：1），普通水泥-水玻璃雙液漿（W：C=（0.8?1.2）：1；C：S=1：1）。

（2）注漿加固順序：先終孔斷面孔，后補(bǔ)孔斷面孔，每個(gè)斷面孔采用先外后內(nèi)，先上后下，間隔跳孔的原則。

（3）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

①單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：采用定壓定量相結(jié)合原則。

定壓標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)地質(zhì)條件，注漿終壓暫定為：4?5Mpa，單孔單段注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓可結(jié)束該孔。

定量標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)地層孔隙率，單孔每延米注漿量不小于設(shè)計(jì)注漿量的80%，如果注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間不上升，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.5-2倍后結(jié)束注漿。

②全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)的所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)漏注現(xiàn)象。

按總注漿孔的5?10%設(shè)計(jì)檢查孔，檢查孔滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）注漿施工工藝

前進(jìn)式分段注漿：鉆孔注漿施工過(guò)程，原則每次鉆深5?10m后，退鉆進(jìn)行注漿施工，注漿達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，再鉆進(jìn)5?10m，并進(jìn)行注漿，如此循環(huán)直到鉆注到設(shè)計(jì)深度。施工中可根據(jù)地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整鉆注分段長(zhǎng)。

4結(jié)論

4.1達(dá)朵隧道全長(zhǎng)2.3 km，根據(jù)地表出露圍巖及設(shè)計(jì)地質(zhì)鉆孔推測(cè)，該隧道覆蓋層及堆積層較厚，下覆基巖為白云質(zhì)灰?guī)r，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖級(jí)別預(yù)估多為Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)，在施工穿越軟巖與硬巖接觸帶巖發(fā)現(xiàn)承壓水時(shí)，采取全斷面超前帷幕注漿，以此截?cái)嗨?，達(dá)到防滲堵漏、安全施工。

4.2注漿是一個(gè)精細(xì)的施工過(guò)程，由于地質(zhì)情況的多樣性和難預(yù)見(jiàn)性，要根據(jù)前方實(shí)時(shí)地質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合鉆注設(shè)備能力制定注漿方案，并在實(shí)施過(guò)程中不斷優(yōu)化，對(duì)鉆注方案實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，確保注漿質(zhì)量，提高注漿工效。

4.3每一隧道類型遇到的地質(zhì)情況不同，在超前帷幕注漿段，應(yīng)針對(duì)斷面情況合理設(shè)計(jì)鉆孔數(shù)量及排布、選擇注漿材料及各項(xiàng)參數(shù)，并對(duì)施工中遇到的各突發(fā)情況做好預(yù)案，確保施工安全和工程有序進(jìn)行。

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（作者單位：中鐵開(kāi)發(fā)投資集團(tuán)有限公司）