高速公路隧道淺埋段地表深層注漿施工技術(shù)

摘要：我國(guó)高速公路建設(shè)的規(guī)模逐步擴(kuò)大，為人們的日常出行提供便利的同時(shí)，促進(jìn)了交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，使得區(qū)域間經(jīng)濟(jì)交流日益密切。在高速公路工程的施工過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜的地形地貌，而在山體地形時(shí)通常都是建設(shè)隧道。高速公路隧道施工是整個(gè)工程建設(shè)中最重要的環(huán)節(jié)之一，由于隧道施工面臨的自然環(huán)境較為復(fù)雜，這也給施工人員帶來(lái)了一定的困難。因此，只有加強(qiáng)先進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用，并明確施工技術(shù)的控制要點(diǎn)，才能夠?qū)崿F(xiàn)施工質(zhì)量的提升?；诖耍恼戮透咚俟匪淼罍\埋段地表深層注漿施工技術(shù)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述和分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：地表深層；高速公路；注漿施工技術(shù)

前言

使用地表注漿施工技術(shù)可以改善地層的水理性質(zhì)、對(duì)軟弱地層進(jìn)行加固等作用。被廣泛應(yīng)用于高速公路隧道淺埋段的加固工作之中，對(duì)施工中的難題有效的處理，改善圍巖結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，還有著很好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。本文以某工程為例，對(duì)高速公路隧道淺埋段地表深層注漿施工技術(shù)進(jìn)行講解。

1 工程概況

某高速公路隧道位于四川省內(nèi)，全長(zhǎng)1868米。其中DK10+700～DK10+850位淺埋段，最淺埋處深度為7.2米，設(shè)計(jì)為V級(jí)圍巖，使用CRD法開(kāi)挖，開(kāi)挖斷面寬度14.58米，高度12.94米，此工程專探取樣的結(jié)果如下：0～5米為粉質(zhì)黏土；5～12米時(shí)全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖芯呈堅(jiān)硬密實(shí)砂土狀，遇水易軟化崩解；12～18m為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖芯多呈碎塊狀，巖質(zhì)較軟；18～35m為強(qiáng)風(fēng)化粗砂巖，粗粒結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎塊狀，巖質(zhì)較軟。地表植被主要為松樹(shù)、灌木，注漿施工流程如圖1。

2 注漿施工技術(shù)準(zhǔn)備

2.1 注漿材料

注漿施工前要對(duì)如水文地質(zhì)特征、周邊環(huán)境特征、工程地質(zhì)特征以及工期要求和造價(jià)等進(jìn)行了解和熟悉，鉆探隧道的淺埋段地表并抽樣分析，以便選擇漿液注入地層的方式，由于地質(zhì)原因，一般都是使用多種注漿材料的混合體進(jìn)行灌注。超細(xì)水泥的擴(kuò)散能力、普通水泥漿的價(jià)廉、雙液漿快凝性、TGRM漿高強(qiáng)度和可域性，需要由工程人員適當(dāng)選擇組成合理的注漿材料組合體系，從而滿足強(qiáng)度加固要求、實(shí)現(xiàn)控域注漿。通過(guò)分析地質(zhì)鉆探數(shù)據(jù)，可以確定注漿材料為：孔底5m范圍內(nèi)選用超細(xì)水泥-水玻璃雙液漿，其它部位選用超細(xì)水泥漿。

2.2 注漿參數(shù)

在選定空位和施工加固方法之后，要對(duì)漿液進(jìn)行配比試驗(yàn)，確定出漿液的相應(yīng)參數(shù)，見(jiàn)表1和表2。

由于此工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要是粉質(zhì)黏土層和泥質(zhì)砂巖層，所以漿液擴(kuò)散半徑為0.9米，注漿壓力值是2～44MPa，漿液凝膠控制在2′～4′這個(gè)時(shí)間范疇內(nèi)；以20～60L/min的速度進(jìn)行注漿，砂層、粉質(zhì)粘性土20～40L/min，砂礫石40～60L/min，斷層破碎帶60～120L/min；注漿的分段長(zhǎng)度控制在0.4cm。注漿的目的為加固地表，要注意一點(diǎn)的是要控制好注漿量。單孔單段注漿量的計(jì)算公式如下：Q=nπR2hα（1+β）式中：Q-單孔單段注漿量（m3）；R-漿液擴(kuò)散半徑（m）；h-注漿分段長(zhǎng)度（m）；n-地層孔隙率（裂隙度），裂隙帶取2～5%，斷層破碎帶取10～20%，砂層及充填型溶洞、巖溶發(fā)育帶取30～40%；α-地層空隙或裂隙充填率，取70～80%；β-漿液損失率，裂隙帶和斷層破碎帶取5～20%，砂層及充填型溶洞和巖溶發(fā)育帶取10～20%。通過(guò)計(jì)算，單孔單段注漿量為235～391L，壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)注漿速度小于5～10L/min注漿完成。

3 隧道淺埋段地表深層注漿施工

3.1 鉆孔施工

布置孔位，采用XY-100型鉆機(jī)鉆孔，鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆桿的垂直度；開(kāi)鉆時(shí)使用套管定位，泥漿護(hù)壁成孔；鉆孔時(shí)開(kāi)始低速鉆進(jìn)，待鉆機(jī)正常鉆進(jìn)（進(jìn)尺0.5m左右），鉆機(jī)速度可以調(diào)至正常速度；在溝谷地段上層鉆孔時(shí)為了避免坍孔，可以用地質(zhì)鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，鉆機(jī)鉆頭為沖擊偏心器，并且在偏心器上裝套管，直到不易坍塌的巖石層停止，然后改換潛孔沖擊鉆頭鉆到標(biāo)高；及時(shí)清空以保證注漿通道順暢。鉆孔過(guò)程中，需要及時(shí)記錄各個(gè)鉆孔取出的巖芯和長(zhǎng)度，分析巖樣以進(jìn)一步確定巖層厚度以及注漿長(zhǎng)度。

3.2 安裝注漿管

本工程采用的注漿管是袖閥管，其由聚乙烯塑料制成，每根管長(zhǎng)6m，外徑準(zhǔn)47mm，壁厚4mm，每隔33cm鉆出一組8個(gè)8mm的射漿孔，外包橡皮套，管口兩端都配有悶蓋。清孔檢查合格將管口底端加悶蓋，在管內(nèi)盛滿清水，管件之間用絲扣連接，沿套管護(hù)壁下到孔底。拔出套管后，孔底3m范圍內(nèi)用粗砂碎石等填充密實(shí)注漿管周圍；孔口3m范圍內(nèi)用水泥砂漿（加速凝劑）封堵密實(shí)，填充材料凝結(jié)到規(guī)定強(qiáng)度后，采用最大注漿壓力加清水施壓5～10min直到開(kāi)環(huán)，管道暢通。

3.3 注漿及注漿特點(diǎn)

此工程使用的是后退式袖閥管分段注漿方式，在鉆孔內(nèi)預(yù)先下帶有射漿孔的灌漿花管，管外與孔壁間填料，灌漿管內(nèi)用雙層灌漿塞開(kāi)展分段灌漿。注漿順序?yàn)榧s束-發(fā)散性方式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，配置一臺(tái)75kW發(fā)電機(jī)，兩臺(tái)WB-150型雙液漿注漿機(jī)，兩臺(tái)攪拌機(jī)，由專人負(fù)責(zé)操作并隨時(shí)和現(xiàn)場(chǎng)施工人員保持聯(lián)系，及時(shí)根據(jù)注漿情況調(diào)整注漿的速度。注漿施工時(shí)，注漿采用跳一注一孔的施工方法。袖閥管注漿適用于50m以內(nèi)的地表注漿，也可以用在隧道內(nèi)水平注漿。由于其具有2個(gè)阻塞器，所以能將漿液限定在任一段內(nèi)進(jìn)行灌漿，實(shí)現(xiàn)分段注漿。如果需要反復(fù)灌漿，可以利用可自由移動(dòng)的阻塞器調(diào)節(jié)分段注漿。鉆孔、注漿可選擇平行作業(yè)方式，以提高工作效率。鉆注平行作業(yè)時(shí)，鉆孔和注漿作業(yè)距離應(yīng)該大于6m，當(dāng)距離過(guò)小時(shí)，注漿管自然彎曲變形半徑過(guò)小漿液阻力大在注漿高壓力作用下注漿管容易爆裂，當(dāng)注漿壓力小進(jìn)漿量較大的情況時(shí)說(shuō)明遇到巖層裂隙過(guò)大，可適當(dāng)調(diào)節(jié)漿液濃度，如果仍達(dá)不到終壓或者注漿流量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要間歇注漿，養(yǎng)護(hù)24h后復(fù)注，以達(dá)到設(shè)計(jì)終壓標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 注漿的注意事項(xiàng)

1）在進(jìn)行鉆孔的過(guò)程中，相關(guān)人員要確保鉆孔的垂直度能夠達(dá)標(biāo)，才可以下袖閥管。

2）對(duì)相應(yīng)的孔口管段進(jìn)行封堵，避免出現(xiàn)漿液流出的現(xiàn)象，從孔底注漿，單次注漿段的控制在0.4～0.8m的范圍內(nèi)。在完成首段注漿之后，要使用止?jié){工具提升至二段再進(jìn)行注漿工作。注漿時(shí)先注水2～3min，使圍巖孔隙通暢，然后注水泥漿3min左右到正常后，迅速將吸漿龍頭分別放入水泥漿桶、水玻璃桶，雙液注漿。達(dá)到注漿設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，先停水玻璃泵，后停水泥漿泵，清水清洗管路，以防止堵管現(xiàn)象。

3）根據(jù)試驗(yàn)所得的漿液配比進(jìn)行注漿，也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

4）根據(jù)注漿工藝進(jìn)行施工，現(xiàn)場(chǎng)工作人員要相互配合，對(duì)注漿速度及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)壓力表的情況時(shí)刻注意。

5）如果在進(jìn)行注漿時(shí)出現(xiàn)了堵管等情況，應(yīng)立即對(duì)其進(jìn)行分析和討論，找到問(wèn)題的關(guān)鍵所在?？赡軐?dǎo)致堵管現(xiàn)象的原因有：漿液的濃度過(guò)大、泵缸體被漿液堵塞了、漿液里的固體物質(zhì)過(guò)大、漿液在灌注的過(guò)程中發(fā)生了初凝現(xiàn)象、注漿管不注意折彎了等。

6）如果出現(xiàn)串漿孔位的情況，要立即進(jìn)行封孔處理，對(duì)注漿的速度和壓力進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)孔位的次序，利用隔孔注漿的方法進(jìn)行注漿。

7）如果發(fā)生不能提升注漿管的現(xiàn)象，則要注意查看注漿管的絲扣有沒(méi)有脫落了，注漿管下方的止?jié){塞此時(shí)是不是配套，如果有問(wèn)題的話要馬上進(jìn)行更換。

8）注漿施工的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)做好記錄并對(duì)照之前的數(shù)據(jù)，檢查、核對(duì)好每一個(gè)孔的注漿壓力以及注漿量，如果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的，務(wù)必要及時(shí)地做好補(bǔ)注工作，以確保注漿質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用地表注漿加固技術(shù)，可以減少高速公路隧道淺埋段的挖掘時(shí)間，并讓隧道施工更加安全、高效，使得高速公路能夠順利、高質(zhì)的完工，促進(jìn)了社會(huì)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：裴換銀（1987-），男，甘肅省天水市人，大學(xué)本科學(xué)歷，研究方向：工程施工，工程管理。

（作者單位：中鐵二十三局集團(tuán)第四工程有限公司）