淺埋暗挖雙連拱隧道導(dǎo)洞全斷面帷幕注漿技術(shù)應(yīng)用

周長村

(福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全中心，福州 350011)

0 引言

在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行淺埋暗挖隧道開挖時， 經(jīng)常由于土體有較大的含水量，自穩(wěn)能力差，開挖時容易發(fā)生涌水、突泥和坍塌事故，進(jìn)而引起地表塌陷，在城市地下隧道施工容易引發(fā)原有路面開裂、 造成已有建筑物下沉甚至倒塌等不同程度的破壞。帷幕注漿施工技術(shù)，可以改善開挖施工區(qū)域的土體性質(zhì)， 對復(fù)雜構(gòu)造帶進(jìn)行加固及對地下水進(jìn)行封堵， 提升所在地層土體的自穩(wěn)與抗壓能力，這一技術(shù)已經(jīng)在許多工程中得到了成功的應(yīng)用[1-7]。在此背景下， 本文提出了淺埋暗挖雙連拱隧道導(dǎo)洞全斷面帷幕注漿施工技術(shù)，保證了導(dǎo)洞開挖施工的安全和質(zhì)量。

1 工程概況

某海底隧道陸域近海段全長240m，施工采用淺埋暗挖雙連拱方案，開挖采用三導(dǎo)洞法+三臺階法+上臺階CD法相結(jié)合，該隧道以約30°夾角下穿市政路，上面有重載車輛通過， 路下管線密布， 埋深較淺， 其中側(cè)導(dǎo)洞埋深15.2m～16.2m，中導(dǎo)洞埋深13.6～14.6m。

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報地勘報告及現(xiàn)場開挖實(shí)際顯示，掌子面地層以全風(fēng)化花崗巖為主，呈松散結(jié)構(gòu)，潮濕狀，巖體完整性和穩(wěn)定性差， 臨近市政路主干道區(qū)域?yàn)殡s填土、全風(fēng)化花崗巖，自穩(wěn)能力極差，地下水豐富。該圍巖遇水浸泡擾動后易軟化，承載力急劇下降，中導(dǎo)洞中下臺階兩側(cè)出水量達(dá)15m3/d， 左導(dǎo)洞下臺階左側(cè)出水量8m3/d，右導(dǎo)洞中臺階及下臺階右側(cè)出水量達(dá)10m3/d， 洞內(nèi)出水量較大，加大了圍巖軟化，隧道拱頂沉降明顯。 市政路主路面已出現(xiàn)可見1～2cm 寬裂縫。 洞內(nèi)沉降及收斂隨后續(xù)中下臺階施工有逐漸增大趨勢。

圖1 某海底隧道工程陸域近海段暗挖雙連拱隧道橫斷面圖

為了解決以上存在的問題， 該隧道導(dǎo)洞采用三臺階開挖方法， 通過全斷面帷幕注漿的輔助措施來止水和加固地層， 經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查咨詢及對比國內(nèi)類似圍巖性狀注漿方式，常規(guī)的單液注漿工藝無法解決上述難題，需通過的雙液劈裂注漿的方法以達(dá)到止水+固化土體、基底加固的目的，從而確保安全順利通過雙連拱跨市政路段施工。

2 注漿工藝與主要技術(shù)參數(shù)

2.1 注漿工藝流程

在施工前做較準(zhǔn)確的超前地質(zhì)預(yù)報， 以明確注漿地段的水的化學(xué)性質(zhì)、 巖性等。 現(xiàn)場做單孔或群孔注漿試驗(yàn)，掌握漿液的配合比、注漿量、注漿壓力、凝結(jié)時間、因注漿引起的周圍變化等。 其具體施工工藝流程如圖2。

圖2 注漿工藝流程圖

2.2 漿液配比選擇

暗挖雙連拱隧道導(dǎo)洞周圍以全風(fēng)化花崗巖地層為主，且有小于10m3/h 鉆孔涌水量，選擇由水泥漿(水灰比為1：1)：水玻璃以1：1 配比的漿液，可注性較好、漿液凝固時間短、具有早強(qiáng)的優(yōu)勢、易于控制；且漿液配制容易，使用方便。 經(jīng)試驗(yàn)測定此次工程所用的注漿配比初凝為47s，終凝5min，對導(dǎo)洞開挖時的加固圍巖、臨時止水和控制漿液擴(kuò)散范圍起到很好的效果。

2.3 止?jié){墻設(shè)置

采用50cm 厚井字工字鋼焊接+鋼筋網(wǎng)片+噴射混凝土施工的全斷面止?jié){墻，注漿過程根據(jù)情況再適當(dāng)補(bǔ)噴。全斷面止?jié){墻可以很好地解決止?jié){墻存在配筋不足，噴射混凝土厚度不均勻， 與周邊拱架連接不牢固， 存在開裂、漏漿情況等問題。

2.4 注漿方式

暗挖雙連拱隧道導(dǎo)洞周圍地層較軟，水量較小，具有很好的成孔條件，埋深較淺，采用專用鉆機(jī)全孔一次性注漿、后退式注漿的方法，有較高的工效，能很好的進(jìn)行注漿孔的定位， 減少重復(fù)注漿的工作量。 注漿順序按先外環(huán)，后內(nèi)環(huán)，先下后上，左右對稱的方式，同序內(nèi)進(jìn)行跳孔注漿施工。

2.5 注漿參數(shù)

(1)鉆孔直徑：鉆孔采用50mm 鉆頭。

(2)注漿壓力和漿液擴(kuò)散半徑：全風(fēng)化花崗巖地層比較緊密且空隙率較小，漿液注入難度較大，主要以劈裂和擠密的方式向周圍地層擴(kuò)散，需要提高注漿壓力，其注漿壓力一般為：P=P土+(1.0～2.0)， 式中P 土為上覆蓋土土壓力[8]。 雙連拱隧道導(dǎo)洞的埋深在13.6～16.2m 之間，下部最大壓力不大于3MPa，可以選取2MPa，拱部注漿壓力不大于2MPa，可以選取1.5MPa，具體取值可以根據(jù)現(xiàn)場地表冒漿情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)再進(jìn)行合理的調(diào)整。 參照相似的工程經(jīng)驗(yàn)，在選取的注漿壓力下，全風(fēng)化巖層中漿液擴(kuò)散半徑一般為1～2m，雙連拱隧道導(dǎo)洞漿液擴(kuò)散半徑可取1m。

(3)注漿加固范圍：由于雙連拱隧道導(dǎo)洞周圍巖層地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較大，從偏向于安全施工考慮，超前預(yù)注漿加固范圍可以按開挖輪廓線外(0.5～1.0)D 取值，D 為隧道直徑[9]。側(cè)導(dǎo)洞開挖凈寬為4.48m，中導(dǎo)洞開挖凈寬為7.28m，取加固范圍3m 能夠滿足導(dǎo)洞開挖穩(wěn)定和止水的效果。

(4)注漿段長：注漿段長一般不能過長，利用較短的段長，加快注漿循環(huán)，可以起到降低塌孔和卡鉆等事故的發(fā)生，并且可以大大提高鉆孔的利用率。 由工程經(jīng)驗(yàn)，注漿段長可取為：L=(3～5)D[9]，D 為開挖輪廓線外注漿厚度。 該工程雙連拱隧道導(dǎo)洞全斷面注漿每個循環(huán)注漿段取15m，開挖14m，預(yù)留1m 作為下一循環(huán)注漿止?jié){墻。

(5)注漿孔布設(shè)：注漿孔間距根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)可按L=(1.5～1.75)R[10]取值，其中R 為注漿擴(kuò)散半徑。 在實(shí)際工程中可依據(jù)現(xiàn)場施工過程中動態(tài)調(diào)整。 該隧道側(cè)導(dǎo)洞注漿孔布設(shè)分為二序，第一序環(huán)向孔12 孔，第二序豎向孔3 孔，共計15 孔；中導(dǎo)洞注漿孔布設(shè)分為三序，第一序環(huán)向孔14 孔，第二序環(huán)向孔9 孔，第三序豎向孔2 孔，共計25 孔。 施工過程中外傾角12°～15°。

(6)注漿速度：采用較低的注漿壓力和較慢的注漿速度的方法可以達(dá)到良好的注漿效果。 該工程注漿速度控制在5～30L/min；注漿結(jié)束時，注漿速度小于5L/min。

3 注漿注意事項

(1)掌子面進(jìn)行帷幕注漿時，必須加強(qiáng)對拱頂管線的監(jiān)測，防止注漿壓力過大引起地表隆起，管線上揚(yáng)，管線接頭張開；除地表沉降(隆起)、洞內(nèi)拱頂沉降(隆起)及收斂、地下管網(wǎng)沉降(隆起)等監(jiān)測項目外，還應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測附近信號塔傾斜及樁頂位移(包括豎向和水平向)， 確保安全。

(2)在注漿前，通過注漿試驗(yàn)，可以了解漿液配合比等注漿參數(shù)情況。 本次注漿段，拱頂埋深淺，地表有Φ800鑄鐵供水管， 注漿時需密切監(jiān)測管線所處區(qū)域地表隆起情況，進(jìn)而及時調(diào)整注漿參數(shù)，注漿壓力，注漿流量，持續(xù)時間，對比摸索采用普通雙液漿與地表隆起之間的關(guān)系。

(3)注漿過程采用JT-E5 灌漿自動化記錄儀全程做好漿液流量記錄。

(4)嚴(yán)格做好孔號、進(jìn)尺、起訖時間、地質(zhì)情況、出水位置，出水量及出水壓力等鉆孔記錄。

(5)注漿過程中要定期檢測漿液的凝結(jié)時間，確保注漿范圍和效果。

(6)注漿過程中設(shè)置專人(兩人一組)負(fù)責(zé)巡查路面在注漿過程中地面隆起情況， 同時加大監(jiān)測頻率，4h 測一回路面地表沉降數(shù)據(jù)， 依據(jù)監(jiān)測情況及時溝通設(shè)計調(diào)整注漿壓力及方案。

4 注漿效果檢驗(yàn)與評定

以中導(dǎo)洞第一循環(huán)為例，歷時9 天，共計完成24 個注漿孔施工；平均每日2.1 個孔，一孔一注，實(shí)際單孔效率來看，孔長20m，鉆孔60min，注漿6h/孔。

該工程注漿效果檢驗(yàn)采用了檢查孔檢驗(yàn)法： 在注漿范圍內(nèi)選取比較薄弱的部位布設(shè)檢查孔， 一般取注漿孔數(shù)量的5%到10%作為檢查孔數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)， 然后對檢查孔進(jìn)行出水量的測定， 如果每延米檢查孔出水量超過0.15L/min， 或每延米局部檢查孔出水量大于3L/min 時，需要對注漿孔進(jìn)行補(bǔ)充注漿。 本次注漿前檢查孔每延米涌水量為0.33L/min，注漿后，檢查孔涌水量為0.01L/min；中臺階在注漿完成后，無水流流出，此次注漿檢查孔的涌水量達(dá)到了設(shè)計要求。通過鉆孔取芯可以看出，芯樣比較完整，兩種漿液在巖層中有較為密集的分布。

圖3 注漿后檢查孔

從開挖揭示的情況看，注漿段內(nèi)，掌子面破除后，掌子面位置漿脈分布密集，無水流流出，注漿效果良好。 從開挖結(jié)果顯示， 該工程中全斷面帷幕注漿的止水效果是比較顯著的。

圖4 掌子面破除開挖

5 結(jié)語

通過某海底隧道陸域近海段淺埋暗挖雙連拱中導(dǎo)洞第一循環(huán)全斷面帷幕注漿檢查孔檢驗(yàn)和掌子面開挖后顯示狀態(tài)可以看出，通過注漿，檢查孔的出水量從注漿前單孔出水量0.33L/min 降至注漿后單孔出水量O.01L/min，止水率達(dá)96.9%，達(dá)到了良好的止水效果；對注漿后的巖層進(jìn)行鉆孔取芯可以看出，芯樣比較完整，兩種漿液在巖層中有較為密集的分布， 達(dá)到了良好的固化和加固巖層的效果；注漿段內(nèi)，掌子面破除后，掌子面位置漿脈分布密集，達(dá)到了較好的加固目的。通過注漿對隧道圍巖進(jìn)行加固和止水， 使得隧道在開挖過程中的地層出水量基本保持在滲水很小或者無水的狀態(tài)， 有效地保證了隧道的施工安全。 該注漿技術(shù)對于以后類似復(fù)雜條件下工程施工具有一定的參考價值。