TBM穿越古河溝高壓旋噴施工方案

李春艷

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

TBM穿越古河溝高壓旋噴施工方案

李春艷

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

高壓旋噴是加固圍巖的一種重要方法，山西某輸水隧洞采用TBM施工，遇到古河溝砂卵石地層。在分析該段地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，參照類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，通過采用高壓旋噴技術(shù)，對該砂卵石地層進(jìn)行了有效加固，從而確保TBM順利通過該不良地質(zhì)洞段。

TBM；古河溝；砂卵石；高壓旋噴；加固

1 工程概況

山西省某輸水隧洞為無壓輸水隧洞，縱坡1/2 700，為圓形斷面（開挖直徑4.16 m，襯砌后直徑3.0 m），采用TBM（全斷面掘進(jìn)機(jī)）施工、預(yù)制C45鋼筋混凝土管片襯砌，管片與圍巖之間的空隙，用豆礫石充填并進(jìn)行回填灌漿。

TBM掘進(jìn)至某古河溝時(shí)，刀盤頂部右側(cè)出現(xiàn)砂卵石層，掌子面顯示厚度從0.8 m增大至1.5 m，并出現(xiàn)大量涌水，涌水量由144 m3/h增至250 m3/h，刀盤內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量泥沙，底部主推油缸被泥沙全部覆蓋。為確保工程安全，TBM停止掘進(jìn)。經(jīng)地質(zhì)鉆孔資料分析，該古河溝長約400 m，埋深約30 m，砂卵石層厚32~34 m，洞頂以上有1~2 m的泥巖層，其上為砂卵石層，水位高程位于洞頂高程以上約10 m。

2 施工安排

2.1 地質(zhì)情況

TBM停止掘進(jìn)后，施工單位補(bǔ)充了地質(zhì)探孔，分析探孔資料結(jié)果為：TBM停機(jī)樁號(hào)洞頂以下巖層厚度約1.5 m、掌子面右側(cè)部位砂卵石層厚度約2.0 m；距停機(jī)樁號(hào)前方6.60 m處，洞頂以下巖層厚度約0.33 m、掌子面右側(cè)部位砂卵石層厚度約34.8 m、水位線埋深22.1 m；距停機(jī)樁號(hào)前方8.0 m處，洞身基本為巖石，但其上部圍巖較?。痪嗤C(jī)樁號(hào)前方17.05 m處，洞頂以上巖層厚度約1.46 m、掌子面右側(cè)部位砂卵石層厚度約33.2 m、水位線埋深16.1 m；距停機(jī)樁號(hào)前方33.0 m處，洞頂以上巖層厚度約2.45 m、掌子面右側(cè)部位砂卵石層厚度約32.4 m、水位線埋深17.5 m。

綜上所述，距停機(jī)面樁號(hào)前方8 m處，洞身開始全部進(jìn)入基巖面以下，且基巖面呈上升趨勢。

2.2 施工方案

根據(jù)工程地質(zhì)情況，參照類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，最終選擇可靠性高、可操作性強(qiáng)的高壓旋噴方案，從地表對古河溝段進(jìn)行圍巖加固。

本工程旋噴樁施工采用三管法旋噴，為防止旋噴樁施工時(shí)由于相鄰兩樁施工距離太近或間隔時(shí)間太短，造成相鄰高噴孔施工時(shí)串漿，采取分序加密施工，具體施工順序依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

旋噴樁施工采用XY-150地質(zhì)鉆機(jī)和XY-300地質(zhì)鉆機(jī)引孔，SH-50型旋噴機(jī)作業(yè)。

3 施工過程

3.1 加固處理范圍及布孔

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況與地質(zhì)鉆孔資料分析，在保證TBM能夠順利通過該古河溝段的前提下，考慮加固方案的經(jīng)濟(jì)性及可操作性，擬定地表加固范圍為：洞軸線方向，機(jī)頭掌子面前20.0 m左右，機(jī)頭掌子面8.0 m，長共28 m。垂直洞軸線方向，機(jī)頭掌子面前洞壁兩側(cè)2.0 m，洞直徑4.16 m，寬共8.16 m，從基巖面起至拱頂以上6.0 m；機(jī)頭范圍內(nèi)洞壁兩側(cè)2.0 m，為防止洞壁被擊穿，兩側(cè)各布置1排孔，拱頂保護(hù)層以上6.0 m。

為防止水泥漿液灌入TBM機(jī)頭部分，掌子面前方及機(jī)頭上方預(yù)留1.0 m保護(hù)層。

高噴灌漿孔為垂直孔，按Ⅰ序孔、Ⅱ序孔布置。排距0.7 m，孔距0.7 m，成樁直徑0.8 m，外圍搭接寬度0.2 m，內(nèi)部搭接寬度0.1 m。鉆孔深度深入基巖0.5 m，孔徑108 mm，先導(dǎo)孔取芯。

3.2 灌漿材料

由于加固圍巖涌水量大，為保證旋噴漿液凝固速度，選用水泥水玻璃雙漿液。水泥選用礦渣硅酸鹽32.5水泥，稱量誤差應(yīng)小于5%。為保證漿液能夠足量滲入預(yù)定影響半徑內(nèi)，且防止地下水將漿液過分稀釋、沖走，需選定適合的膠凝時(shí)間，根據(jù)不同水灰比、不同水玻璃濃度漿液膠凝時(shí)間試驗(yàn)，最終確定選用漿液水灰比為0.6、水玻璃摻入量為5%。

3.3 作業(yè)流程

三管法旋噴是一種水、氣噴射、漿液灌注攪拌混合噴射的方法，其加固直徑可達(dá)600～800 mm。采用三管法旋噴，應(yīng)先送高壓水、再送水泥漿和壓縮空氣；噴射時(shí)先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿量后，再逐漸提升注漿管，注漿管分段提升的搭接長度不得小于100 mm；當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)樁頂高度或地面出現(xiàn)溢漿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止旋噴工作，將旋噴管拔出并清洗管路。

3.4 質(zhì)量控制

鉆機(jī)就位后，對樁機(jī)進(jìn)行調(diào)平、對中，調(diào)整樁機(jī)的垂直度，保證鉆桿應(yīng)與樁位一致，偏差應(yīng)在10 mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差小于0.3%。鉆孔前應(yīng)調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，校驗(yàn)鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標(biāo)注深度線，保證孔底標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)深度。鉆機(jī)施工前，先在地面進(jìn)行試噴，鉆孔機(jī)械試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后開始引孔鉆進(jìn)。鉆孔過程中要詳細(xì)記錄好鉆桿節(jié)數(shù)，保證鉆孔深度準(zhǔn)確。鉆孔時(shí)，為保證不易塌孔，選用親水性好、分散性高、穩(wěn)定性、粘著性及可塑性強(qiáng)的黏土或膨潤土進(jìn)行制漿護(hù)壁。

引孔至設(shè)計(jì)深度后，拔出巖芯管，并換上噴射注漿管插入預(yù)定深度。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，要邊射水邊插管，水壓不得超過1 MPa，以免壓力過高，將孔壁射穿，高壓水噴嘴用塑料布包裹，以防泥土進(jìn)入管內(nèi)。

當(dāng)噴射注漿管插入設(shè)計(jì)深度后，接通泥漿泵，然后由下向上旋噴，同時(shí)將泥漿清理排出。噴射時(shí)，先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿后再逐漸提升旋噴管，以防扭斷旋噴管。為保證樁底端質(zhì)量，噴嘴下沉到設(shè)計(jì)深度時(shí)，在原位置旋轉(zhuǎn)10 s左右，待孔口冒漿正常后再旋噴提升。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，鉆機(jī)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)停止提升鉆桿和旋轉(zhuǎn)，以防斷樁，并立即檢修排除故障。為提高樁底端質(zhì)量，在樁底部1.0 m范圍內(nèi)適當(dāng)增加鉆桿噴漿旋噴時(shí)間。旋噴提升過程中，可根據(jù)不同的土層調(diào)整旋噴參數(shù)。

旋噴提升到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)停止旋噴，提升鉆頭出孔口，清洗注漿泵及輸送管道，然后將鉆機(jī)移位。

3.5 成樁檢查及后續(xù)掘進(jìn)效果

為了檢查高壓旋噴施工效果，在高壓噴射注漿結(jié)束后7 d后，對所加固區(qū)域進(jìn)行鉆孔取芯檢查（在每根檢測樁樁徑方向1/4處、樁長范圍內(nèi)取芯），并將其做成標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)，檢查內(nèi)部樁體的均勻程度，并取上、中、下不同深度的3個(gè)試樣做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及抗?jié)B能力試驗(yàn)。

從所取芯樣試驗(yàn)結(jié)果看，水泥漿液與砂卵石拌合均勻且較密實(shí)，抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B均滿足規(guī)范要求，說明此次高壓旋噴效果較為理想。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述方案對該古河溝段進(jìn)行地表高壓旋噴加固，TBM已順利通過古河溝段。結(jié)果表明，高壓旋噴加固圍巖方法能有效解決砂卵石地層條件下TBM掘進(jìn)的難題，具有強(qiáng)度高、加固質(zhì)量均勻、加固范圍可控、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

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1004-7042（2017）01-0042-02

李春艷（1978－），女，2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專業(yè)，工程師。

2016-11-05；

2016-12-21