控制注漿在城市隧道涌水沉降治理中的試驗(yàn)及應(yīng)用

鮑懷偉

摘 要：為快速消除城市隧道開(kāi)挖中掌子面涌水，隧道坍塌、路面沉陷的安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)隧道拱頂富水松散土層進(jìn)行了控制注漿加固試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容主要有漿液及其配比參數(shù)的選擇，漿液運(yùn)移中的時(shí)間控制，止?jié){工藝以及最高安全注漿壓力的選取等。試驗(yàn)結(jié)果成功指導(dǎo)了隧道注漿堵水加固施工，并取得良好效果。

關(guān)鍵詞：城市隧道;富水松散土層;涌水;控制注漿

0 引言

城市隧道埋深淺，尤其是在富含水的松散土層內(nèi)施工時(shí)，松散土層被水侵蝕后嚴(yán)重失穩(wěn)隧道坍塌、路面沉陷、管線斷裂的安全風(fēng)險(xiǎn)極高。濟(jì)南順河高架南延二期工程玉函路地下道路。2017年3月4日在ZK1+725里程施工地下隧道中水站橫洞時(shí)，掌子面后方左右側(cè)拱肩均出現(xiàn)滲水，且發(fā)展為股狀涌水，涌水?dāng)y帶大量泥土，造成玉函路（南北向）路面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的沉降現(xiàn)象。該病害使用地面鉆孔控制注漿工藝，快速治理了隧道涌水，并對(duì)隧道富水圍巖進(jìn)行了注漿加固，取得良好治理效果。

1 水文地質(zhì)概況及致災(zāi)因素分析

中水站橫洞處隧址區(qū)地層自下而上依次為石灰?guī)r、粉狀粘土、黃土和雜填土。該處隧道自拱頂以下穿土厚度為5 m。黃土和雜填土均具有濕陷性，黃土濕陷性中等。黃土層和雜填土結(jié)構(gòu)松散，孔隙率高，遇水泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，給地下水的儲(chǔ)存和運(yùn)移提供了良好的條件。

分析認(rèn)為隧道正上方路面結(jié)構(gòu)層下敷設(shè)有多條污水和雨水管道，地層多年的不均勻沉降引起管道損壞，泄漏的水進(jìn)入地層形成富水區(qū)。隧道在失穩(wěn)區(qū)域開(kāi)挖后，地層應(yīng)力在開(kāi)挖區(qū)集中，使地表發(fā)生沉降。

2 控制注漿堵水加固試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

從隧洞拱頂富水松散土層內(nèi)選取相鄰的4個(gè)鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)。鉆孔間距為2 m，呈近正方形分布，設(shè)計(jì)漿液擴(kuò)散半徑1.5 m。試驗(yàn)鉆孔深度為注漿加固區(qū)域低界限，鉆孔內(nèi)止?jié){深度為止?jié){底界面線處。隧洞拱頂系統(tǒng)注漿堵水加固方案鉆孔設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2 控制注漿試驗(yàn)

控制注漿試驗(yàn)內(nèi)容包括：漿液及其配比參數(shù)的選擇試驗(yàn)，漿液時(shí)間控制試驗(yàn)，止?jié){工藝試驗(yàn)，安全控制試驗(yàn)等。

2.2.1 漿液及其配比參數(shù)的選擇試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)漿液為C-GT漿液（水泥-GT漿液），采用P.O42.5R水泥，水泥漿密度分別選1.5 g/cm3和1.6 g/cm3，GT漿液密度1.2 g/cm3。試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳Vc：Vgt比值范圍為1：1～3：1，混合漿液初凝時(shí)間在65 s～18 s之間。

2.2.2 C-GT漿液時(shí)間控制

C-GT漿液在鉆孔或注漿管內(nèi)的運(yùn)移時(shí)間（t2）應(yīng)小于該混合漿液的初凝時(shí)間（t1）。本試驗(yàn)t2可根據(jù)灌注混合漿液時(shí)C泵和GT泵的總泵量、混合漿液流經(jīng)的注漿管內(nèi)徑及長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。

現(xiàn)場(chǎng)注漿選用兩臺(tái)2TGZ-60/210高壓雙液注漿泵，在任何配比下，混合漿液在注漿管內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混合漿液在該配比下初凝時(shí)間。

2.2.3 止?jié){工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)鉆孔施工選用潛孔鉆機(jī)，直徑Φ95 mm，注漿管選用Φ35 mm熱軋無(wú)縫鋼管。止?jié){裝置中的止?jié){底拖是用8號(hào)鐵絲把無(wú)紡布纏繞捆綁在注漿管上形成，其長(zhǎng)度1.5 m，直徑約Φ75 mm。在止?jié){底拖上部投入編織袋并搗實(shí)，編織袋再送入泥土覆蓋，泥土上的鉆孔內(nèi)灌滿速凝漿液，速凝漿液凝固后與止?jié){塞共同起到止?jié){作用。注漿試驗(yàn)中注漿壓力達(dá)到安全極限值時(shí)，4個(gè)試驗(yàn)鉆孔均沒(méi)有出現(xiàn)跑冒漿和注漿管外移現(xiàn)象。

2.2.4 注漿壓力的安全控制試驗(yàn)

注漿壓力的安全控制試驗(yàn)要取得出現(xiàn)隧道拱頂變形量超出允許范圍值或路面變形超規(guī)時(shí)的最高注漿壓力值。注漿試驗(yàn)過(guò)程每30 min分別對(duì)隧道內(nèi)和路面進(jìn)行一次監(jiān)控量測(cè)。

注漿壓力控制試驗(yàn)選用1.5 g/cm3的C漿和1.2 g/cm3的GT漿，Vc：Vg為1：1。經(jīng)統(tǒng)計(jì)4個(gè)試驗(yàn)鉆孔中試1、試4當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.50 MPa、1.53 MPa時(shí)，路面有輕微鼓出，隨后出現(xiàn)裂縫，隧道圍巖變形不超限。試2、試3終壓分

別為1.6 MPa、1.55 MPa時(shí)路面結(jié)構(gòu)變化較大，隧道內(nèi)出現(xiàn)掉塊，開(kāi)始出現(xiàn)變形。

因此，注漿結(jié)束壓力應(yīng)取試驗(yàn)最小破壞壓力值（1.5 MPa）

的80%才是安全的。故選擇注漿堵水加固的結(jié)束注漿壓力最高為1.2 MPa。

3 試驗(yàn)段注漿效果及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)段注漿效果檢查

按照注漿治理效果檢查鉆孔的數(shù)量應(yīng)為注漿鉆孔數(shù)量的10%～20%的技術(shù)規(guī)范要求，在4個(gè)地面注漿試驗(yàn)鉆孔的核心位置施工了1個(gè)注漿效果檢查鉆孔，并在注漿加固區(qū)域內(nèi)取芯檢查漿脈充填情況，芯樣顯示注漿段圍巖漿脈充填飽滿，加固效果良好。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

為有效治理中水站橫洞隧道內(nèi)涌水，在路面設(shè)計(jì)施工了10排共114個(gè)鉆孔，同排孔間距為2 m，鉆孔排間距根據(jù)地下管線調(diào)整。鉆孔深度到隧道開(kāi)挖輪廓線以上0.5 m處。拱頂注漿堵水加固區(qū)厚度約為3 m，即注漿完成后，在拱頂形成厚度為3 m左右的注漿加固阻水圈。應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果選取的參數(shù)注漿，隧道內(nèi)各監(jiān)控點(diǎn)圍巖穩(wěn)定無(wú)變形，路面各沉降監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在隧道開(kāi)挖前，應(yīng)采取措施消除地下水的影響，必要時(shí)要對(duì)松散土層進(jìn)行系統(tǒng)性的超前注漿加固，要嚴(yán)格控制開(kāi)挖參數(shù)并加強(qiáng)各項(xiàng)防護(hù)措施。

（2）為保證注漿安全及注漿質(zhì)量，要對(duì)控制注漿工藝及其注漿參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)確定，取得符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的技術(shù)參數(shù)并合理利用。

（3）注漿期間要加強(qiáng)對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的觀測(cè)，及時(shí)分析注漿施工對(duì)路面和隧道拱頂?shù)挠绊?，出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)分析處理。

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