隧道超前預(yù)注漿施工探討

李小嬌

【摘要】超前預(yù)注漿是一種在工程開挖前通過注漿充填圍巖縫隙的施工工藝，具有阻塞水流、加固圍巖的作用。本文圍繞灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)、注漿施工方案、超前預(yù)注漿施工技術(shù)要點(diǎn)，探討了超前預(yù)注漿施工技術(shù)在隧道工程中的具體應(yīng)用，以供參考。

【關(guān)鍵詞】隧道工程;超前預(yù)注漿;施工技術(shù)

超前預(yù)注漿是隧道施工中的常用技術(shù)，在加固隧道圍巖、抑制地層位移、防范地表沉降等方面起到關(guān)鍵作用。由于隧道工程的施工難度普遍較大、影響因素較為復(fù)雜，因此需在使用超前預(yù)注漿工藝前完善施工準(zhǔn)備與安全防護(hù)工作，加強(qiáng)對(duì)注漿方案、材料、工藝、設(shè)備等要素的把控，便于達(dá)成最優(yōu)注漿效果。本文以某市地鐵二號(hào)線穿越巖溶區(qū)段為背景，根據(jù)該段地鐵隧道的拱頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合注漿加固原理和漿液滲透理論，通過分析注漿材料和注漿參數(shù)，得到巖溶區(qū)段注漿后形成的復(fù)雜受力狀態(tài)特征和位移變形分布規(guī)律，最終給出地鐵隧道穿越巖溶區(qū)合理的處治方案。

1、注漿參數(shù)的確定

注漿過程涉及到注漿參數(shù)的確定，包括：注漿壓力、注漿量、擴(kuò)散半徑和注漿段長度。

1.1注漿壓力

注漿壓力指漿液克服流動(dòng)阻力，在地層間擴(kuò)散、充填和壓實(shí)所需力。注漿壓力與注漿地點(diǎn)的水頭壓力、巖土體孔隙狀態(tài)、土層與漿液之間的摩擦系數(shù)、注漿斷面面積、漿液凝固時(shí)間等因素有關(guān)，并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗(yàn)來確定。

1.2注漿量

注漿量是指注入地層中漿液的使用量，可分為單孔注入量與注漿段總注入量，注漿量應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)概況、水文條件、注漿方案、所選漿材和預(yù)期注漿效果來確定。

1.3擴(kuò)散半徑

擴(kuò)散半徑是指在注漿壓力下，漿液從注漿孔沿地層間孔隙向四周擴(kuò)散，逐漸填滿地層孔隙，最終凝結(jié)硬化巖土體的范圍，可近似認(rèn)為注漿范圍呈球形分布。

1.4注漿段長度

根據(jù)注漿方式可分為全段一次注漿與分段注漿，分段長度不同，所取得的加固效果、消耗的經(jīng)濟(jì)成本、施工的難易程度不一樣。所取段長越短，注漿壓力作用越顯著、漿液擴(kuò)散越均勻、加固效果越好。

2、注漿設(shè)計(jì)

2.1注漿范圍

本文巖溶形狀近似為長方體，考慮到堵水加固的目的，為避免勘察的不完全性，注漿的范圍大于溶洞本身范圍。在巖溶兩端沿隧道軸向各延伸3m，注漿段起訖里程為AK3+217～AK3+253;在垂直于隧道軸向方向，考慮到地鐵隧道的安全穩(wěn)定性，以隧道軸線為中心線，向兩邊各延伸隧道直徑的1倍，即兩邊各延伸12m;在巖溶高度方向，其最大高度為21m，由于隧道頂部土層厚1.05m，隧道底部土層厚13.95m，隧道直徑6m，因此高度方向注漿23m，其中隧道頂部以上注漿2.0m，隧道底部以下注漿15.0m。也即注漿最大范圍為36m×24m×23m。在鉆孔注漿過程中，沿豎向打到巖層內(nèi)部2m深度范圍內(nèi)即可。

2.2注漿材料

由于巖溶內(nèi)部充填物主要為紅黏土，且夾有少量石灰石碎屑，漿液很難通過滲透注漿方式注入，故選擇懸濁型漿液，采用劈裂注漿方式進(jìn)行注漿。選用水泥?水玻璃（CS）漿液，可方便調(diào)節(jié)膠凝時(shí)間，水泥采用425號(hào)新鮮普通硅酸鹽水泥，無受潮結(jié)塊現(xiàn)象，注漿用水可選擇自來水廠飲用淡水，但要嚴(yán)格控制注漿用水的酸堿度，水灰比選用1∶1，水玻璃要求符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3注漿孔布置

全孔采用Φ110套管，Φ108鉆頭鉆進(jìn)，護(hù)壁套漏出地面0.5m。注漿管間距1.5m，多排注漿孔布置，注漿孔采取梅花形排列，由巖溶外圍逐漸向里推進(jìn)，共鉆孔400個(gè)。

2.4注漿方式與注漿分段長

采用地面預(yù)注漿方式，由于巖溶上部有6m厚的巖層，考慮采用分段上行式注漿。注漿分段長為4m，當(dāng)巖溶高度不足4m時(shí)，采用全段一次注漿。

2.5膠凝時(shí)間與注漿壓力

巖溶內(nèi)含水，但并未發(fā)現(xiàn)涌水現(xiàn)象，因此膠凝時(shí)間取3min。由于巖溶區(qū)域地層大部分為紅黏土層，注漿壓力考慮取為0.6MPa，并根據(jù)施工過程中出現(xiàn)的情況隨時(shí)調(diào)整漿液壓力。

2.6注漿量

漿液注入量應(yīng)該保證充填率在50%左右，漿液注入量預(yù)設(shè)為4m3/m。根據(jù)以上各預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行注漿，然后根據(jù)現(xiàn)場注漿實(shí)際情況調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，以期達(dá)到最優(yōu)注漿效果。

3、注漿施工工藝

3.1施工準(zhǔn)備

施工前對(duì)該巖溶段進(jìn)行土層地質(zhì)調(diào)查，詳細(xì)了解該巖溶的大小與分布情況，以確定注漿孔布置以及漿液制備;對(duì)土層成分進(jìn)行成分分析，確保漿液與土層中某些成分之間的化學(xué)反應(yīng)對(duì)于注漿效果不會(huì)產(chǎn)生影響，如若出現(xiàn)不利影響，應(yīng)及時(shí)調(diào)整漿液成分，避免與預(yù)期效果相差較大;調(diào)查對(duì)地下水分布情況，測定自然水位，求出土層滲透系數(shù)，避免出現(xiàn)泡漿情況。通過試驗(yàn)研究，分析地下水酸堿性對(duì)注漿效果、漿液膠凝時(shí)間、水泥硬度及耐久性的影響;對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，詳細(xì)掌握周邊建筑物的基礎(chǔ)類型，防止注漿施工期間對(duì)周圍構(gòu)筑物產(chǎn)生不利影響。調(diào)查地下水井分布情況，對(duì)飲用水源采取保護(hù)措施，防止?jié){液流入井中，做到不污染地下水。完成上述調(diào)查之后，組織施工人員清理施工現(xiàn)場，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，孔位測設(shè)，制備注漿材料。

3.2注漿孔施工

搭建施工平臺(tái)，采用多臺(tái)MG-50高壓旋噴鉆機(jī)同時(shí)鉆進(jìn)，各鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)已測設(shè)好的孔位進(jìn)行鉆孔，要求孔位偏差不超過2cm，鉆孔一次性完成，鉆孔深度應(yīng)超過設(shè)計(jì)深度0.3m以上。做好鉆探詳細(xì)記錄，記錄各鉆孔鉆進(jìn)尺寸，巖土層變化區(qū)段，出現(xiàn)涌水位置等，根據(jù)鉆進(jìn)速度判斷各巖土層強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)際鉆孔情況，整個(gè)鉆孔過程中無涌水現(xiàn)象發(fā)生。

3.3安裝注漿設(shè)備進(jìn)行壓水試驗(yàn)

安裝完注漿設(shè)備之后，進(jìn)行壓水試驗(yàn)，注水量逐漸增大，注漿壓力比設(shè)計(jì)終壓大0.5MPa，檢查注漿是否有竄水、漏水現(xiàn)象出現(xiàn)，測定壓水流量，測定鉆孔吸水率，檢查止?jié){塞止?jié){效果。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)注漿孔段吸水量Q為25L/（min.m），進(jìn)水量不大。

3.4確定漿液配合比

根據(jù)壓水試驗(yàn)所采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選取水泥-水玻璃漿液，采用42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1。在配方中加入所需添加劑，先將少量組分與中等量稀釋劑混合，進(jìn)行攪拌，再與大劑量漿液攪拌均勻，并在漿液中加入了適量惰性染色劑，為后續(xù)確定漿液滲透范圍分析所用。

3.5注漿

注漿順序先疏后密，先周邊后中間，漿液密度由稀到濃交替進(jìn)行。先開水泥漿泵將孔中的水壓入裂隙，后開水玻璃漿液泵進(jìn)行注入，實(shí)現(xiàn)雙液注漿。注漿全過程觀察并記錄注漿量與注漿壓力。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的0.6MPa時(shí)，若注漿流量穩(wěn)定在100L/min時(shí)，即可停止注漿。

結(jié)語：

圍巖穩(wěn)定性現(xiàn)已成為影響隧道施工質(zhì)量與順利貫通的重要因素，采用超前預(yù)注漿施工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)圍巖縫隙的有效充填，具有阻塞水流、加固圍巖等現(xiàn)實(shí)功用。在具體使用過程中還需強(qiáng)化對(duì)注漿參數(shù)、注漿方案、施工技術(shù)要點(diǎn)等環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)管理，完善注漿效果檢驗(yàn)評(píng)價(jià)，進(jìn)一步為隧道施工的質(zhì)量與安全提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]武衛(wèi)星，朱敏，郭曉剛.地鐵工程穿越巖溶地區(qū)處理技術(shù)研究[J].人民長江，2011，42（1）：47-49