象山隧道注漿堵水施工技術

魏志昌

1 工程概況

1.1 工程地質及水文地質

根據區域地質資料,隧址區位于閩西南坳陷帶之龍巖向斜的東翼,政和—大埔大斷裂從新祠村附近通過,測區內主要發育北東—北北東向新華夏系—華夏系的次級斷裂構造。對隧道施工有影響的斷裂主要有:F7,F10,F13,F14,F15,F16,F19,F20,F21斷裂,且多次穿越灰巖地層、不同巖性接觸帶,受復雜地質作用的影響,隧址區地層內構造發育,節理、裂隙發育、連通性好,有較好的地下水滲流通道,隧道施工期間洞內滲、涌水非常普遍。在巖漿巖與沉積巖接觸帶附近靠沉積巖側、斷層及地層不接觸帶附近,如果地表有集中水體或較好的匯水條件,施工期間可能發生大量的涌水。

1.2 象山隧道防排水設計

象山隧道防排水設計的主要原則為:1)對與地表存在良好水力聯系的1號～2號巖溶區段,4號斜井下穿水庫區段的地下水發育、富水的斷層及影響帶:設計采用“強堵為主,基本不排”的原則,采用全斷面超前預注漿、開挖后徑向注漿等手段,降低圍巖的滲透系數,提高圍巖級別,控制地下水流失,減小災難性后果發生幾率。2)除上述地段外,其他地段均采用“防、排、堵、截相結合,因地制宜,綜合治理”的原則。3)特殊高壓涌水地段采用抗水壓襯砌,抗水壓為1 MPa～1.5 MPa。

2 象山隧道注漿堵水技術

2.1 注漿設計

根據象山隧道地下水的特點,通過總結,主要采用的注漿方式有超前帷幕注漿、超前周邊注漿、局部注漿(頂水注漿或者少量注漿)、徑向注漿四種;采用的注漿材料有水泥單液漿、硫鋁酸鹽水泥、超細水泥和水泥—水玻璃雙液漿;注漿壓力 0.5 MPa～5.0 MPa。

2.2 注漿材料

1)分類及性能。注漿材料也稱漿液,它是注漿成敗的基礎。根據注漿材料主要成分是否屬于顆粒型材料可將注漿材料分為粒狀材料和化學材料兩大類。粒狀材料主要有水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿、超細水泥漿、超細水泥—水玻璃雙液漿、黏土漿、水泥黏土漿、TGRM(HSC漿)等,該類注漿材料具有料源廣、成本低、配漿簡單、注漿操作工藝方便等特點,使用較為廣泛。化學材料主要有水玻璃類、丙烯酰胺類、聚氨酯類、丙烯酸鹽類、木質素類、環氧樹脂類等,該類注漿材料具有粘度低、易于注入細小的裂隙或孔隙中、可注性強等優點,但由于成本高、對環境有污染、操作工藝較復雜,使用較少。按照注漿工藝要求分為單液漿和雙液漿,或者按照使用范圍分為普通漿液和特種漿液。理想注漿材料應該滿足:可注性、可控性、穩定性、無污染性、耐久性、可操作性、經濟性,但是目前還沒有任何一種注漿材料能完全達到理想注漿材料的要求,因此要根據象山隧道的水文和地質情況,合理地選擇注漿材料或者進行多種注漿材料的組合選擇,從而保證取得較好的堵水效果,同時有效控制投資。

2)特種材料的使用。巖溶區全斷面注漿工藝相對復雜,其他區段注漿工藝相對簡單,因此只對巖溶的特殊情況加以說明,在巖溶地區特種注漿材料的使用:由于在1號,2號斜井前一段時間注漿施工中,出現多個孔長期大量注普通水泥單液漿而壓力很難上升的現象,為保證注漿效果和快速鉆孔注漿施工,全斷面注漿在3,4,5,6圈孔的開挖輪廓線以外的注漿段內注漿量較大(如注漿量超過10 m3)和塌孔時可以使用特種水泥材料(包括硫鋁酸鹽水泥、超細水泥等),特種水泥注漿量一般控制在10 m3左右,若特種水泥注漿量較大,需經四方達成一致意見以后決定特種水泥的具體注漿量;另外,在其他單個孔注漿量較大而注漿壓力仍然不上升時,也可以使用特種水泥(硫鋁酸鹽水泥)材料,特種注漿材料的注漿量根據實際地層情況而定(不超過10 m3),注漿量較大時,使用雙液漿封孔,間歇一段時間再重新掃孔注漿。前方地層充填物致密,普通水泥注不進去或擴散困難、前進式注漿很慢時,使用超細水泥。

2.3 注漿方式

目前,地下工程施工中最多采用的注漿方式有全孔一次性注漿、后退式分段注漿、前進式分段注漿。象山隧道設計單位要求采用前進式注漿,鉆孔一段注漿一段,清空鉆進后再注漿,如此循環往復。注漿分段長度原則上不超過2 m,慎用后退式注漿,禁用全孔一次性注漿方式。注漿過程中,遇涌水或因巖層破碎造成卡鉆時,應停止鉆進,立即注漿,掃空后再行鉆進。

注漿順序的選擇從外圍上講應達到“圍、堵、截”的目的,在內部應達到“填、壓、擠”的目的,從而使注漿取得更好的效果。因此,注漿施工中應對八個原則引起高度重視,即分區注漿原則(基坑帷幕注漿和隧道基底鋼管樁注漿、地表注漿)、跳孔注漿原則(兩序孔或四序孔原則——單號一序先注,雙號二序后注或單排單號—雙排雙號—單排雙號—雙排單號)、由下游到上游原則(水流較大時防止漿液流失)、由下到上原則(漿液重力作用,漿液向下沉積或者泥砂下部堆積,影響下部注漿,非溶洞地段可以探討)、由外到內原則(先外圈后內圈,約束注漿)、約束—發散原則(加固地層時全部周邊、堵水時三個周邊,留一個出口,逐步將水排出,提高征地效果)、定量定壓相結合原則(采取跳孔分序注漿時,對先序孔往往采取定量注漿,后序孔采取定壓注漿)、多孔少注原則。

2.4 注漿施工常見問題及對策

1)堵管:影響工程進度,應盡量避免。主要原因:材料問題(材料過期變質、濃度過大、漿液膠凝時間過短)、操作問題(漿液混入雜物、管路過長等)、工藝問題(注雙液漿必須使用混合器,不允許用三通)、地質問題(地層吸不進漿)。2)跑漿:浪費漿液、影響進度。主要原因:未做止漿墻或者止漿墻質量有問題,后部徑向注漿效果差。3)串漿:影響注漿效果。主要原因:單孔注漿量過大、注漿壓力過大、速度過快、鉆孔間距離過小。4)長時間壓力不上升。此問題比較普遍,主要原因:漿液濃度過稀、注漿材料不合適、未設計注漿材料使用體系,即確定注漿材料調整原則,注漿方式控制不合理。通過調整注漿材料和漿液配比參數以及采取復注漿措施,達到注漿效果。5)鉆孔、注漿塌孔應對措施。在巖溶區,溶洞、溶槽充填物致密、松軟,極易塌孔,注漿速度極慢且有時注不進漿,嚴重影響注漿效率及效果,威脅開挖安全,采取如下工藝:a.采用鉆機鉆桿后退式注漿,即鉆桿上套止漿塞,邊退邊注,達到注漿效果;b.下 PVC管至孔底,從孔底注漿,注漿材料可注雙液漿、普通快凝水泥、硫鋁酸鹽水泥、快凝水泥等;c.減小鉆孔直徑,加強孔內自成孔條件。

2.5 注漿效果評定標準

1)徑向注漿。徑向注漿完成后,測量注漿段隧道涌水量:a.單位隧道延米內隧道涌水量小于隧道防排水規范要求;b.鉆檢查孔3個～5個,出水量小于設計要求;c.區段內注漿后涌水量減少50%以上,或者監控量測顯示隧道變形量測穩定。

2)超前注漿。超前注漿包含全斷面、周邊、局部注漿等,注漿結束后檢查注漿效果:a.鉆孔檢查法:檢查鉆孔不少于注漿孔的10%,深度小于注漿段長2 m～3 m,外插小于加固圈1 m～2 m,測量檢查孔水量滿足設計要求;b.鉆孔取芯法:取芯能看到漿液固結體,固結體有一定強度,不坍孔;壓水試驗,壓力達2 MPa以上,吸水量小于0.2 L/(m·min);主要在溶洞區或者斷層破碎帶等地方;c.畫代表性的Q—P—T曲線圖,分析、比較注漿量與壓力關系,注漿量和壓力都滿足要求后,注漿達到設計要求;d.孔內攝像法:購買孔內攝像儀器,再檢查孔內攝像,根據攝像分析注漿效果。

[1]王 超,王春菊.隧道工程水害防治研究[J].山西建筑,2008,34(2):310-311.