剛性袖閥管后退式注漿技術(shù)

柯文柱

摘要：隧道在淺埋、軟巖及滲水地段的施工，對(duì)于掌子面圍巖出現(xiàn)滲水、拱頂?shù)魤K、掌子面失穩(wěn)、塌落甚至坍塌等問(wèn)題。運(yùn)用剛性袖閥管后退式注漿技術(shù)進(jìn)行堵水、固結(jié)，能夠有效的改善掌子面工況，保證隧道安全、高效、快速的施工。本文針剛性袖閥管后退式注漿技術(shù)在隧道淺埋、軟巖及滲水地段的應(yīng)用，通過(guò)具體的施工過(guò)程闡述，以期能夠?qū)窈箢?lèi)似的工程施工起到學(xué)習(xí)借鑒的作用。

Abstract： For tunnel construction in shallow， soft rock and water seepage areas， there are the problems of water seepage， vault loss， tunnel face instability， collapse in the surrounding rock of the tunnel face. The use of rigid sleeve valve tube retreat grouting technology for water blocking and consolidation can effectively improve the working conditions of the tunnel face and ensure the safe， efficient and rapid construction of the tunnel. In this paper， the application of rigid sleeve valve tube retreat grouting technology in the shallow buried， soft rock and water-permeable sections of the tunnel is explained through the specific construction process， in order to learn from similar engineering construction in the future.

關(guān)鍵詞：剛性袖閥管;后退式注漿;隧道;技術(shù)

Key words： rigid sleeve valve tube;backward grouting;tunnel;technology

中圖分類(lèi)號(hào)：U454? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）23-0079-03

0? 引言

袖閥管注漿施工技術(shù)又稱(chēng)索列坦休斯工法，這種注漿方法是由法國(guó)Soletanche公司最先提出并應(yīng)用的，在國(guó)內(nèi)叫做袖閥管注漿工法。由于能有效的控制注漿范圍和有效的控制注漿壓力，并且可以進(jìn)行重復(fù)注漿，另外在注漿過(guò)程中發(fā)生冒漿、串漿的可能性較小，所以在國(guó)內(nèi)以及國(guó)外都對(duì)這個(gè)注漿方法比較認(rèn)可，是一種最可靠的注漿工法。

袖閥管注漿其主要特點(diǎn)是：①在施工中因場(chǎng)地問(wèn)題而受到限制時(shí)，可以采用斜向打孔的方式，對(duì)施作段進(jìn)行斜孔注漿，而且可在洞內(nèi)進(jìn)行水平注漿;②結(jié)構(gòu)由外管、內(nèi)管（雙栓塞芯管）、橡皮套、密封圈等組成，注漿時(shí)只能通過(guò)橡皮套下的注漿孔由管內(nèi)向管外出漿，管外漿液被橡皮套阻隔，無(wú)法向管內(nèi)返漿的一種單向注漿裝置;③可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，調(diào)整注漿長(zhǎng)度，對(duì)不同地層定壓、定量、定尺，實(shí)現(xiàn)可控注漿，而且可對(duì)任意一個(gè)段落進(jìn)行重復(fù)注漿;④可根據(jù)不同地質(zhì)情況分段采用不同的注漿材料及注漿參數(shù)實(shí)現(xiàn)靈活注漿;⑤由于注漿過(guò)程中多點(diǎn)位進(jìn)行了定壓、定量、定尺的均衡注漿，在被加固的地層中，漿液的均勻分布有效的起到了連接與加固地層的作用，致使被加固地層的整體穩(wěn)定性、安全性得到了較大提高。

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展，隧道工程也進(jìn)入了一個(gè)快速的發(fā)展期，隧道工程與其它類(lèi)型的工程相比，具有隱蔽性、復(fù)雜性、不確定性，施工中各種類(lèi)型的地層條件以及周邊環(huán)境對(duì)施工的影響，加大了施工技術(shù)難度和施工安全風(fēng)險(xiǎn)。本文以工程實(shí)例闡述了剛性袖閥管后退式注漿技術(shù)在隧道淺埋、軟巖及滲水地段的應(yīng)用，以供參考。

1? 工程概況

龍山2號(hào)隧道全長(zhǎng)4885m，其中ZDK19+645～ZDK19+480段隧道上方為低洼谷地，地表水豐富，周邊有水塘、水庫(kù)及村落等，且地表水水體高程均高于隧道洞身，隧道長(zhǎng)期排水可能對(duì)地表水體及周邊水文地質(zhì)環(huán)境造成較大影響，甚至影響居民生產(chǎn)生活用水等。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料顯示，本段圍巖基巖裂隙水發(fā)育，屬?gòu)?qiáng)富水地段，隧道上部處于強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖范圍，巖質(zhì)軟，飽水狀態(tài)，在滲流作用下易掉塊、垮落，存在垮塌風(fēng)險(xiǎn)。

隧道開(kāi)挖過(guò)程中，拱部揭示為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，巖體破碎呈碎塊狀，受水浸泡，軟化嚴(yán)重，巖塊手可掰斷;拱部以下掌子面為弱風(fēng)化粉砂巖，巖質(zhì)較硬，巖體較破碎。掌子面散布股狀滲流及滴滲流，流量超過(guò)20m3/h。掌子面開(kāi)挖后在滲流作用影響下，拱部不斷掉塊、垮落，對(duì)施工安全和施工進(jìn)度影響較大。因此根據(jù)本段工程特點(diǎn)，決定采用袖閥管后退式注漿技術(shù)從地表對(duì)隧道進(jìn)行預(yù)加固及地下水防滲漏處理，以確保施工安全，加快施工進(jìn)度。

2? 袖閥管后退式注漿施工技術(shù)

2.1 施工工序

施工工序見(jiàn)（圖1）剛性袖閥管注漿施工工藝流程圖

2.2 注漿范圍

地表注漿孔布置按照1.5m×1.5m梅花形布置袖閥管，地表鉆孔直徑Φ91mm，剛性袖閥采用直徑Ф50mm（壁厚5mm）的無(wú)縫鋼管加工。注漿加固寬度為隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外3m，加固深度為開(kāi)挖范圍內(nèi)為拱頂6m至進(jìn)入掌子面以?xún)?nèi)3m，隧道開(kāi)挖范圍以外為拱頂3m至仰拱底部。見(jiàn)（圖2）剛性袖閥管注漿示意圖。

2.3 施工技術(shù)

2.3.1 封閉掌子面

注漿施工前，掌子面掛設(shè)？準(zhǔn)6mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片采用？準(zhǔn)6mm鋼筋加工而成，網(wǎng)格間距25cm*25cm，然后采用C25噴射混凝土封閉掌子面，封閉厚度20cm。

2.3.2 測(cè)量放樣

根據(jù)鉆孔布置圖，測(cè)量班先用全站儀把每排孔兩側(cè)最外面的點(diǎn)位測(cè)出來(lái)，打設(shè)木樁后用油漆進(jìn)行標(biāo)注。然后兩側(cè)拉線(xiàn)，采用卷尺每1.5m定出中間其它孔位。測(cè)出孔位后，詳細(xì)記錄各孔位坐標(biāo)及高程。

2.3.3 鉆孔

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)鉆孔位置埋設(shè)孔口管后安裝鉆機(jī)，鉆機(jī)安裝時(shí)需平整場(chǎng)地，保證鉆機(jī)底座水平，機(jī)身穩(wěn)定牢固?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)鉆機(jī)高度進(jìn)行調(diào)整，將鉆桿立軸對(duì)正孔位后放入孔口管內(nèi)。采用羅盤(pán)、水平尺、輔助線(xiàn)等檢測(cè)鉆桿立軸的方向和傾斜角度，符合要求后，開(kāi)始鉆孔。成孔直徑91mm，鉆孔過(guò)程中，鉆進(jìn)2m后，增加鉆桿并對(duì)鉆桿進(jìn)行調(diào)平校正，后序每增加一節(jié)鉆桿均要進(jìn)行此道工序，以保證孔位的垂直，鉆孔護(hù)壁采用稀泥漿。

2.3.4 澆注套殼料

成孔后將配置好的套殼料通過(guò)擠壓式注漿機(jī)使用鉆桿壓入鉆孔底部，由下向上慢慢的將原有泥漿置換出來(lái)，等到置換出的泥漿中發(fā)現(xiàn)含有套殼料時(shí)，就表示置換完成。套殼料采用水泥：膨潤(rùn)土：水=1：1.6：2，粘度27s。

2.3.5 安裝袖閥管

袖閥管采用？準(zhǔn)50×5mm的已開(kāi)孔的成品花管，并在每排孔眼位置處提前在管子外面套上一段長(zhǎng)10cm厚2mm緊貼的橡皮箍，并加以固定。在套殼料置換完成后，立即依次下入了備好的袖閥花管，采用長(zhǎng)度20cm的套管連接相鄰管道，下入要管道要及時(shí)并最大限度的保證管道中心與鉆孔中心重合，并確保袖閥管下到孔底。另外袖閥管上部要高出地面20cm，下放完畢后在管口處蓋蓋，以防止雜物進(jìn)入注漿管，影響注漿作業(yè)質(zhì)量。

2.3.6 固管止?jié){

袖閥管下入完成后，在孔口袖閥管與鉆孔孔壁的環(huán)狀孔隙處注入深度不小于1.5m的止?jié){固管料。止?jié){固管料采用水和水泥配置而成，水灰比1：1。

2.3.7 配置漿液

試驗(yàn)室下現(xiàn)場(chǎng)選取了三種雙液漿配比進(jìn)行比對(duì)，分別是水泥漿：水玻璃體積比=1：0.3;水泥漿：水玻璃體積比=1：0.5和水泥漿：水玻璃體積比=1：1，水玻璃濃度均為35B水泥漿為0.6：1～1：1水泥漿。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水玻璃用量不變的情況下，隨著水泥漿濃度的增大，雙液漿的凝結(jié)時(shí)間也會(huì)隨著變短;水灰比不變的情況下，隨著水玻璃用量的減小，雙液漿的凝結(jié)時(shí)間也會(huì)隨著變短。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)壓注試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)漿量較大、注漿壓長(zhǎng)時(shí)間不升高的時(shí)候，雙液漿凝結(jié)時(shí)間選1～2分鐘適合;當(dāng)進(jìn)漿量中等、注漿壓力穩(wěn)定上升的時(shí)候，雙液漿凝結(jié)時(shí)間選3～4分鐘適合;當(dāng)進(jìn)漿量較小、注漿壓力升高較快的時(shí)候，雙液漿凝結(jié)時(shí)間選5～6分鐘適合。綜合考慮，我們選擇雙液漿配比中水泥漿=1：1（水泥：水），水泥漿：水玻璃體積比=1：1（質(zhì)量比為1：1.68），水玻璃濃度35B。

2.3.8 注漿

待孔口段止?jié){料凝固后，袖閥管內(nèi)下入雙栓塞芯管至袖閥管底部，開(kāi)始注漿，首先采用稀漿加壓開(kāi)環(huán)，注漿壓力起始1MPa，逐漸增加，待壓力突降，進(jìn)漿量劇增，表示開(kāi)環(huán)成功，開(kāi)始按設(shè)計(jì)配比正式注漿，從孔底自下而上進(jìn)行注漿，每段注漿段長(zhǎng)度為50cm，注漿壓力4～6MPa，終壓6MPa。注漿順序按發(fā)放-約束型注漿原則進(jìn)行，由外向內(nèi)，先兩側(cè)、再中間的方式間隔跳孔一次成孔注漿，以利控制注漿量，達(dá)到可控效果。

2.3.9 管道清理

注漿完成后，袖閥管內(nèi)泵入清水，以便把管道內(nèi)的漿液及殘留沖洗干凈，以備進(jìn)行復(fù)注。

2.3.10 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采取定壓以及定量相結(jié)合的控制標(biāo)準(zhǔn)，注漿終壓4～6MPa。

①當(dāng)注漿壓力逐步升高并達(dá)到設(shè)計(jì)終壓6MPa，然后繼續(xù)注漿10min以上后可結(jié)束注漿;②當(dāng)注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量在5L/min以下時(shí)可結(jié)束注漿;③當(dāng)單孔（或每段）注漿壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)終壓6MPa，但注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的時(shí)候可結(jié)束注漿。

2.4 注漿效果檢查

本工程注漿加固效果評(píng)定方法采用分析法、檢查孔取芯法，各種方法進(jìn)行相互印證，綜合分析，確保注漿效果。同時(shí)應(yīng)進(jìn)行開(kāi)挖進(jìn)度指標(biāo)檢驗(yàn)。

2.4.1 P-Q-T曲線(xiàn)分析法

對(duì)注漿過(guò)程中P-Q-T曲線(xiàn)進(jìn)行分析，隨著注漿的進(jìn)行，注漿壓力緩慢上升，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿速度小于5L/min時(shí)，P-T曲線(xiàn)呈上升趨勢(shì)，Q-T曲線(xiàn)呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明地層被有效的加固。

2.4.2 檢查孔取芯法

現(xiàn)場(chǎng)抽樣取芯鉆探檢驗(yàn)注漿質(zhì)量，孔檢查孔直徑？準(zhǔn)91mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨機(jī)抽取并覆蓋整個(gè)注漿加固范圍，無(wú)流泥、成孔好、無(wú)塌孔現(xiàn)象，取芯率80%以上。根據(jù)芯樣顯示，注漿范圍內(nèi)芯樣可見(jiàn)漿液包裹，固結(jié)效果明顯，芯樣完整，說(shuō)明地層被有效的加固。

2.4.3 注漿量反算填充系數(shù)

漿液填充系數(shù)根據(jù)注漿公式Q=αβπr2ln/m反算（漿液損耗系數(shù)β=1.5;π=3.14;擴(kuò)散半徑r=1.3;注漿長(zhǎng)度l=9m;孔隙率n=8%;漿液結(jié)石率m=0.7），按平均單孔注漿量7.3m3計(jì)算，充填系數(shù)為89%，符合設(shè)計(jì)漿液填充系數(shù)大于85%的要求。

2.4.4 沉降觀(guān)測(cè)

注漿結(jié)束后，通過(guò)對(duì)地表及隧道內(nèi)沉降進(jìn)行觀(guān)測(cè)，洞內(nèi)累計(jì)單次最大沉降量為2.25mm，地表累計(jì)單次最大沉降量為1.92mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范沉降量要求。

2.5 施工效果

本工程采用剛性袖閥管后退式注漿技術(shù)對(duì)淺埋、軟巖及滲水地段進(jìn)行了地表注漿止水加固處理，取得了良好的施工效果，隧道拱頂區(qū)域與周邊雙液漿帷幕止水帶形成有效的封閉止水層，隔絕了地表水補(bǔ)充，隧道內(nèi)滲水量由注漿前期20m3/h減小到了3m3/h，止水效果較好;拱頂圍巖在地表注漿后形成有效固結(jié)圈，避免和減少了開(kāi)挖時(shí)的拱頂?shù)魤K、垮落現(xiàn)象，有效的減少施工安全風(fēng)險(xiǎn)并加快了施工進(jìn)度。

3? 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)隧道在淺埋、軟巖及滲水地段的施工，對(duì)于掌子面圍巖出現(xiàn)的滲水、拱頂?shù)魤K、掌子面失穩(wěn)、塌落甚至坍塌等問(wèn)題，剛性袖閥管后退式注漿技術(shù)能夠有效的改善掌子面施工工況，在保證安全質(zhì)量的情況下，高效、快速的施工。

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