超前注漿技術(shù)在熱力隧道施工中的應(yīng)用

張振

北京熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100028

引言

隨著城市集中供暖倡議的正式提出，隧道敷設(shè)具有節(jié)約用地便捷的優(yōu)勢，大量熱力工程隧道正在建設(shè)。城市熱力隧道常穿越軟弱破碎土質(zhì)地層，超前注漿技術(shù)作為一種解決富含雨水軟弱破碎地層隧道地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)問題的有效技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于熱力工程建設(shè)中。隧道注土、灌漿治理工作是在開始之前，需要施工人員、機(jī)械設(shè)備及基礎(chǔ)物資等諸多方面的充分準(zhǔn)備，并且需要結(jié)合實(shí)際建設(shè)情況進(jìn)行相互配合，以保障注漿作業(yè)的順利實(shí)施。

1 熱力隧道施工中超前注漿技術(shù)的概念

現(xiàn)如今，在熱力隧道的施工過程中，會使用超前注漿技術(shù)來加強(qiáng)施工圍巖并且控制整個的地表地層。而注漿施工技術(shù)就是將已經(jīng)配置好的滿足工程需要的各種漿液注入地層之間，而其主要是由混凝膠和黏結(jié)劑等材料組成的，因此，當(dāng)這種漿液進(jìn)入地層的時候，便能將其加固以及對其起到一定的輔助填充的作用以更好促進(jìn)熱力隧道工程的施工。而且熱力隧道施工工程是一個比較復(fù)雜的工程，是因?yàn)槠鋬?nèi)部地層深淺是不一樣的，因此熱力隧道工程進(jìn)行建設(shè)的時候需要克服較復(fù)雜的地形環(huán)境。而且熱力隧道工程周圍的地質(zhì)環(huán)境也相對的復(fù)雜，因?yàn)槠涫┕さ沫h(huán)境大多是在繁華的城市進(jìn)行，對其順利開展也有一定的影響。因?yàn)槭┕きh(huán)境較為復(fù)雜和艱巨，因此熱力隧道工程在施工的時候必須要使用超前注漿技術(shù)，這樣才能更好地促進(jìn)其發(fā)展[1]。

現(xiàn)如今，在開展熱力隧道施工的時候，我們使用的主要技術(shù)便是超前注漿技術(shù)，而超前注漿技術(shù)有以下四種，接下來便為大家進(jìn)行詳細(xì)的介紹，讓大家能夠更好的了解。

2 熱力隧道施工中超前注漿技術(shù)的注漿方式

2.1 熱力隧道施工中的滲透注漿

滲透漿料注漿的操作方式：直接將滲透漿液注入填充與水泥土層和顆粒的均勻孔隙之中，這樣在填充的操作過程中也并不能直接破壞水泥地層中的土層和顆粒的均勻排列。這種滲透漿料注漿在地層滲透性好的優(yōu)質(zhì)砂礫性土層中比較適用。

2.2 熱力隧道施工中的劈裂注漿

首先對其進(jìn)行初步處理，然后在土壤巖層中加入漿液，泥漿在土壤巖層中流淌時就會產(chǎn)生劈裂，這就產(chǎn)生了細(xì)帶固體，加固土壤巖層。劈裂注漿法在黏土粒度和滲透率均較小的黏土層中較為適宜。

2.3 熱力隧道施工中的裂隙填充

在化工材料注漿破碎后的變質(zhì)巖層中，可以進(jìn)行材料注漿，一般來說，每當(dāng)材料注漿后的材料粒徑裂縫寬度盡可能滿足裂縫寬度，或者小于注漿材料無縫裂隙內(nèi)部裂縫粒徑寬度的3～5倍時，均能完全產(chǎn)生注漿材料無縫裂隙內(nèi)部無縫擠壓填充。普通玻璃流體塑料水泥或液壓玻-流體水泥或液壓玻璃雙塑料流體泥以及液壓水泥注漿在一定量的溫度或者壓力下，基本不能完全滿足注漿材料無縫裂隙內(nèi)部無縫擠壓填充的相關(guān)技術(shù)性能要求。

2.4 熱力隧道施工中的高壓噴射注漿

高壓噴射注漿法主要是利用泥漿成射流狀對混凝土體產(chǎn)生撞擊與破碎，使砼體和泥漿混雜在一起產(chǎn)生固體結(jié)構(gòu)，以起到加固土壤地層結(jié)構(gòu)的目的。高壓噴射注漿主要在沙類黏土和淤泥等土層中應(yīng)用[2]。

3 熱力學(xué)在隧道工程施工中超前注水砂漿施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 超前注漿技術(shù)在高井熱電廠的熱力網(wǎng)工程施工中的應(yīng)用

在地層熱力網(wǎng)建設(shè)工程施工中，地層的巖性主要為地層片巖、砂巖等變質(zhì)巖層，這些變質(zhì)巖層的整體性質(zhì)主要是其表現(xiàn)部分為巖層膠結(jié)性差、深層局部巖層結(jié)構(gòu)預(yù)埋等，這就有可能意味著建筑地層施工圍巖的松散巖體基層自穩(wěn)定性、吸水能力非常差，成型也比較困難。在這樣的施工情況下，我們可以考慮選擇采用超前注漿這種施工技術(shù)，通常這種情況下，可以選擇考慮采用單層鋼筋水泥或者混合摻砂漿與雙層鋼筋水泥、鋼玻璃漿摻砂漿以及混合雙層的液體注漿對基層施工建筑地層巖體圍巖內(nèi)部進(jìn)行超前注漿或者填充。在超前注漿的用量和壓力的兩個巨大作用下，漿液不僅會迅速而彈性地直接滲入松散的建筑地層內(nèi)部巖體中，同時，還極有可能會將松散建筑地層內(nèi)外巖體巖漿填充中的多余巖體水分，以及巖內(nèi)部的空氣迅速性地排出，讓松散的建筑地層內(nèi)部巖體、巖漿得以膠著或者黏結(jié)，這樣就對基層施工建筑地層巖體圍巖內(nèi)部進(jìn)行了巖體基底、基層加固，同時大大提高了基層施工建筑地層的松散巖體內(nèi)部抗?jié)B層的阻力和鋼筋水泥的抗?jié)B能力。通過超前注漿技術(shù)這種施工方式，也就能夠有效地提高建筑地層施工圍巖的整體性與施工地層性的穩(wěn)定性。

3.2 超前注漿技術(shù)在改良地層的力學(xué)性質(zhì)中的應(yīng)用

高井熱電廠斷層熱力傳輸管網(wǎng)建設(shè)工程主要建設(shè)地層地質(zhì)巖性為中層高強(qiáng)風(fēng)化、深層底部斷層節(jié)理、裂隙風(fēng)化發(fā)育、膠結(jié)性差的斷層片巖、頁巖、砂巖等。部分工程地段由于存在大型斷層圍巖破碎斷裂帶，致使斷層圍巖自穩(wěn)活動能力表現(xiàn)極差，成型困難。我們根據(jù)隧道地層情況，用超前導(dǎo)管進(jìn)行1∶1水泥漿和水玻璃混合雙液漿注漿填充地層裂隙。漿液在膠質(zhì)巖體內(nèi)部注水的漿力和注水壓力的強(qiáng)大相互作用下，就可能會迅速呈現(xiàn)為主動脈狀，然后快速向下流向巖水滲入或被切斷破碎松散的膠質(zhì)巖體中，并將其中的大量膠質(zhì)空氣、水分迅速流向排出，使松散或被破碎的膠質(zhì)巖體與其中的大量膠質(zhì)巖層迅速黏結(jié)、膠化，形成一個整體具有一定流動阻壓防水凝結(jié)強(qiáng)度和較大固定抗壓阻力防滲防水阻力的，具有水結(jié)合適應(yīng)能力固定阻水凝結(jié)體。從而有效率地提高超前小石圍巖的整體性、抗?jié)B性和巖體地質(zhì)上的穩(wěn)定性。同時只要使超前小巖的圍巖注漿導(dǎo)管與一個固定阻水凝結(jié)的殼體緊密結(jié)合，即可形成一個具有整體性的抗壓阻力和水適應(yīng)強(qiáng)度的穩(wěn)定固結(jié)阻水殼體，在這個固結(jié)殼體的注漿壓力較大保護(hù)下，施工即可順利進(jìn)行超前圍巖地下隧道及其主體工程開挖時的工程施工，較好地解決了隧道拱頂易塌方的難題。

3.3 超前注漿技術(shù)在流砂層中的應(yīng)用

在熱力工程隧道注漿施工中經(jīng)常會同時遇到隧道流砂和基層，為了安全順利的通過隧道流砂和基層，就經(jīng)常會大量應(yīng)用超前式的注漿施工方式。目前，在隧道流砂和基層自穩(wěn)加固中廣泛應(yīng)用的超前注漿施工技術(shù)，主要采用有兩種注漿施工工藝方式：其中一種是單漿液施工技術(shù)，另外一種就是雙重漿液施工技術(shù)。主要可以采用的施工方式分別是雙漿液技術(shù)、單漿液施工技術(shù)結(jié)合起來，雙漿液技術(shù)主要特點(diǎn)就是，能夠達(dá)到超前熱力工程隧道內(nèi)部難以穿越的隧道粘土和基層，是較復(fù)雜的充填土和基層：其內(nèi)部含有砂石粉細(xì)砂，土質(zhì)松軟，自穩(wěn)黏土加固施工能力差的隧道黏土層和地方（流程如圖1所示），其施工方法能夠有效率地改善這些黏土加固不良現(xiàn)象，而兩者有機(jī)無縫結(jié)合的注漿施工工藝技術(shù)更加十分重要以及值得肯定，它不僅有效改進(jìn)了兩者的一些共同缺點(diǎn)，能夠在復(fù)雜的隧道黏土層和地層中廣泛應(yīng)用，而且同時可以應(yīng)用在一起，加固效果良好。

圖1 地層地質(zhì)剖面圖

3.4 超前分層注漿沉降技術(shù)在控制地表沉降過程中的應(yīng)用

由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程的日益推進(jìn)，都市周邊環(huán)境日益復(fù)雜，導(dǎo)致許多地下工程都會在都市繁華區(qū)域進(jìn)行建設(shè)，這對地下工程施工的需求相當(dāng)高。所以，在都市繁華地的施工中要運(yùn)用超前地注漿材料技術(shù)防止地表下沉，以減少對施工周邊環(huán)境的危害。例如，在熱力隧洞施工中有施工點(diǎn)離房屋距離特別接近，而豎井外壁面和住宅基礎(chǔ)間的距離卻只有2m以下。在這樣的條件下進(jìn)行熱力隧洞的開鑿施工，很可能損傷房屋的構(gòu)件，所以在施工中要采取熱注漿技術(shù)對房屋加以防護(hù)。針對此熱力，隧洞工程施工的實(shí)際狀況下選用了水平旋噴注漿施工技術(shù)，每15m2為一次澆筑階段。在設(shè)置完畢以后，就可以通過水平鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)定向水平噴灑，使混凝土沿著一定的水平走向進(jìn)行擴(kuò)散，最后還將在地下工程的拱頂產(chǎn)生一個混凝土固體結(jié)構(gòu)，以對土壤巖層進(jìn)行強(qiáng)化，同時還可以發(fā)揮一定的封水功能，而最后要的目的就是當(dāng)土壤巖層強(qiáng)化以后，再進(jìn)行隧洞開挖施工，就能夠提高巖土巖層的強(qiáng)度，進(jìn)而有效抑制土巖層和房屋的下沉，從而提高了建筑工程質(zhì)量。

3.5 超前注漿技術(shù)在隧道穿越或鄰近現(xiàn)有建筑物的應(yīng)用

隨著我國城市地下建筑空間綜合開發(fā)利用的工作力度不斷逐步增大，大多數(shù)地下建筑工程工作是在位于城市繁華區(qū)的地段和城市靠近密集區(qū)的建筑物群或主要居民區(qū)之間進(jìn)行，因此，能否控制好地下施工進(jìn)行過程中可能引起的城市地表泥土下沉和對周周圍環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)物，是決定施工過程成敗的關(guān)鍵。在松散地層條件下，注漿法較其他超前支護(hù)輔助方法具有加固體形成強(qiáng)度快、效果好、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，可有效地控制地面沉降及建筑物變形，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3.6 為隧道穿越城市干路或鐵路進(jìn)行的注漿

熱力隧道開挖工程施工不可避免地引起隧道開挖施工區(qū)域一定程度范圍的既有土體老化產(chǎn)生壓力沉降和土體位移。而且由于目前熱力隧道施工通過的開挖區(qū)域內(nèi)已經(jīng)有各種新的地層管線，地層老化變形可能會直接引起既有管線層的破壞，需對地層進(jìn)行注漿之后管線加固保護(hù)。大部分市政管線都集中在本工程隧道施工影響的范圍內(nèi)，對地層的沉降變形量也有較高要求，一旦出現(xiàn)沉降變形，后果將非常嚴(yán)重。

為有效增強(qiáng)本段隧道上方土體地層間的整體地質(zhì)穩(wěn)定性，控制隧道地層地質(zhì)變形，減小隧道地面整體沉降，需要對隧道拱頂上的土體基層進(jìn)行打孔注漿分層加固。根據(jù)本段隧道地層的不同厚度地質(zhì)變化情況，對中粗粉細(xì)砂一和二黏土的基層按照全部劈孔斷裂管式注漿加固原理，采用袖閥管注漿進(jìn)行打孔后退式劈裂分段打孔注漿；對中粗漂白砂一粉細(xì)砂礫一黏石層采用打孔滲透管式注漿加固原理，采用大型鋼筋壓花管注漿進(jìn)行全部打孔一次性分段注漿。還可以使用袖閥灌漿技術(shù)，其主要采用的是預(yù)埋且具有單向止?jié){閥的管材，這樣便可以一次性地灌入較多的漿，然后通過加壓后就能進(jìn)入地層。當(dāng)壓力達(dá)到一定程度的時候，再增大壓力，之后漿液就會在地層結(jié)構(gòu)中開始產(chǎn)生初始的劈裂流動，這時候由于其是小于吃漿量，壓力就會恢復(fù)到較穩(wěn)定的狀態(tài)，這時候劈裂的裂縫也不會向外延展，漿液會在地層形成較穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣便可以增強(qiáng)地層的整體穩(wěn)定性以及強(qiáng)度[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，超前注漿技術(shù)是目前熱力隧道工程的重要技術(shù)內(nèi)容，但是目前熱力隧道工程施工比較復(fù)雜，在隧道施工的整個過程中也會存在很多復(fù)雜問題。近年來，超前注漿工藝技術(shù)逐漸成熟，在目前熱力隧道施工過程中的技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，解決了目前熱力隧道工程施工的一些復(fù)雜問題。本文先行介紹熱力隧道工程超前注漿技術(shù)的概念以及注漿方式，然后再詳細(xì)地深入分析超前注漿技術(shù)的應(yīng)用，希望通過本文的研究，能夠提高超前注漿技術(shù)在熱力隧道施工中的應(yīng)用水平，從而保證巖土工程的質(zhì)量。