水泥—水玻璃雙液后退式注漿技術(shù)在軟弱富水圍巖隧道中的施工應(yīng)用

摘 要：本文結(jié)合廣深港客運(yùn)專線馬鞍山隧道進(jìn)口施工的實(shí)際情況，通過(guò)后退式雙液注漿技術(shù)在軟弱富水圍巖隧道施工中成功應(yīng)用案例，提出一個(gè)可為類似地質(zhì)圍巖改良及隧道工程施工的方法。

關(guān)鍵詞： 軟弱富水圍巖；雙液注漿；后退式

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1工程概況

1.1工程地質(zhì)情況

馬鞍山隧道為雙線中長(zhǎng)隧道，全長(zhǎng)2065米，隧道位于R=6994.92米的平曲線上，隧道縱坡為0.53%，進(jìn)口段約80米覆蓋層在5～25米，地表平緩，隧道進(jìn)口圍巖主體為全風(fēng)化花崗巖，顏色為灰白色、黃褐色，大部分礦物已經(jīng)風(fēng)化成高嶺土等粘土物，遇水易成淤泥。

隧道處巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙貫通性較好，裂隙面較平直：巖體中可見很多小斷層，有泥化夾層；局部片理化。存在張開裂面，為中等儲(chǔ)水及透水介質(zhì)；易風(fēng)化，現(xiàn)施工掌子面位置均為全風(fēng)化帶，地貌上前緣及右側(cè)臨空。

1.2工程水文情況

隧道區(qū)地下水主要為基巖風(fēng)化裂隙水，埋藏于花崗巖、片巖及石英巖的風(fēng)化帶裂隙中，呈層狀分布。在DK68+173以前未見地下水出露，全風(fēng)化層是比較好的隔水介質(zhì)，透水性差；在DK68 +173以后見地下水，下斷面及仰拱基底為全風(fēng)化層，花崗巖強(qiáng)風(fēng)化層及弱風(fēng)化層存在大量的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙，為強(qiáng)～弱儲(chǔ)水及透水介質(zhì)，并接近區(qū)域地下水層。經(jīng)實(shí)際量測(cè)，現(xiàn)地下水流量為1.5L/S。由于地下水出露，該處圍巖受毛細(xì)水作用，強(qiáng)度軟化。且該地下水補(bǔ)充水源充足。

1.3工程施工情況

該V級(jí)圍巖段采用設(shè)計(jì)工法CRD法進(jìn)行施工，因?yàn)樵摱嗡淼绹鷰r土體受到出露地下水浸泡影響，自穩(wěn)能力急劇下降，導(dǎo)致在開挖過(guò)程中頻頻出現(xiàn)塌方掉塊等影響施工安全的事故發(fā)生。目前，隧道施工掌子面樁號(hào)為DK68+193，根據(jù)設(shè)計(jì)資料顯示，該段V級(jí)圍巖段到DK68+220結(jié)束。但通過(guò)對(duì)該段進(jìn)行水平地質(zhì)探孔發(fā)現(xiàn)，該V級(jí)圍巖段到DK68+309結(jié)束。

2治理方案分析

如何保證剩余V級(jí)圍巖段隧道施工安全是擺在我們面前的難題。由于隧道圍巖土體物理指標(biāo)變差，在開挖出露后，無(wú)自穩(wěn)能力，并且有微弱膨脹性，而且地下水豐富，水量大，補(bǔ)充水源多，對(duì)隧道圍巖產(chǎn)生更直接的影響。

要想快速安全施工通過(guò)該段隧道，就必須進(jìn)行改良圍巖土體，使其在開挖后有自穩(wěn)能力，并阻斷地下水的不斷侵入減少對(duì)圍巖土體自穩(wěn)能力的破壞。

3施工方案確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，要對(duì)隧道圍巖土體進(jìn)行改良，可采用壓力注漿法和水泥-水玻璃雙液注漿法兩種。但由于該隧道巖體受地下水侵入已久，造成巖體無(wú)自穩(wěn)能力，如采用壓力注漿法進(jìn)行土體改良，有施工中成孔不易且注漿量不易控制等缺點(diǎn)。而水泥-水玻璃雙液后退式注漿法原理是靠水玻璃的化學(xué)反應(yīng)來(lái)改善巖體物理特性，且有凝結(jié)時(shí)間可控，注漿數(shù)量可控，防水堵水效果好等特點(diǎn)。所以選用水泥-水玻璃雙液后退式注漿法進(jìn)行圍巖土體改良及堵水施工。

4施工方法

4.1施工原理

由于施工前隧道圍巖土體較差，不易成孔，所以注漿采用后退式注漿方式，在隧道圍巖掌子面進(jìn)行全斷面布控孔，進(jìn)行鉆孔施工后通過(guò)可后退式鉆機(jī)直接進(jìn)行注漿等工序，后退式鉆機(jī)的鉆桿即是鉆桿也是注漿管。因?yàn)殡p液漿凝固時(shí)間短，所以注漿加固長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，每循環(huán)注漿長(zhǎng)度為20米，搭接4米。

4.2施工工藝

4.2.1施工準(zhǔn)備

（1）施工材料：強(qiáng)度采用42.5普通硅酸鹽水泥、水玻璃濃度40波美度、濃硫酸、外加劑（促凝劑，如白灰Ca（OH）2，可加快膠凝；緩凝劑，如磷酸氫二鈉Na2HPO。或木素，具有顯著緩凝效果。）。

（2）施工機(jī)具：后退式鉆機(jī)、雙液注漿機(jī)、鐵箱（裝水玻璃）、

水泥漿攪拌機(jī)、量筒等。

4.2.2工藝流程

4.2.3操作方法

1、封堵掌子面：采用C20噴射混凝土進(jìn)行掌子面封閉施工，噴射混凝土厚度采用30cm。

2、布孔：擴(kuò)散半徑按1米計(jì)算，布孔位置全斷面布設(shè)。

3、漿液制備：水泥-水玻璃雙液漿。

水玻璃漿液制備：首先將濃硫酸加水稀釋成15%稀硫酸，并把水玻璃稀釋成20波美度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體地質(zhì)條件及凝結(jié)時(shí)間要求按一定比例進(jìn)行調(diào)配，PH值控制在2.5-3.5左右。為了防止?jié){液凝固，要不停攪動(dòng)。水玻璃漿液初凝時(shí)間控制在8min-10min左右。

水泥漿液制備：采用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比采用1：1，加入外加劑（按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況要求加入速凝劑或緩凝劑）后用漿液攪拌機(jī)攪拌均勻備用。

水泥漿液與水玻璃漿液混合注漿體積比按1：1進(jìn)行施工配比。

4、鉆孔注漿：采用后退式鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，在布設(shè)好孔位位置進(jìn)行鉆孔后，達(dá)到設(shè)計(jì)鉆孔長(zhǎng)度后將制備好的漿液通過(guò)鉆機(jī)鉆桿進(jìn)行注漿施工（鉆桿即注漿管），通過(guò)計(jì)算好的注漿量控制鉆機(jī)后退速度達(dá)到較好的注漿效果。

單根注漿量計(jì)算公式：Q=πR2Lnαβ

式中--Q-注漿量

R-注漿擴(kuò)散半徑

L-注漿長(zhǎng)度

n-地層孔隙率該地質(zhì)取0.3

α-地層填充系數(shù)一般取0.8

β-漿液消耗系數(shù)一般取1.1

注漿壓力：初壓宜控制在0.3 MPa，終壓控制在1.5 Mpa.

5圍巖改良效果

通過(guò)對(duì)該段土體進(jìn)行雙液注漿處理后，有效的改善了圍巖巖性，阻斷地下水對(duì)巖體的侵入，圍巖巖體中注漿效果成劈裂樹狀，有一定強(qiáng)度，開挖采用風(fēng)鎬，部分位置需要預(yù)裂爆破處理。說(shuō)明水泥-水玻璃雙液后退式注漿技術(shù)對(duì)于處理軟弱富水圍巖隧道具有很好的操作性，為以后相似地質(zhì)條件工程提出解決辦法。（圖1 注漿效果圖 ）

結(jié)語(yǔ)

馬鞍山隧道進(jìn)口軟弱富水圍巖段，通過(guò)進(jìn)行水泥-水玻璃雙液后退式注漿能有效的提高隧道圍巖的物理特性，增強(qiáng)圍巖抵抗變形的能力，水泥-水玻璃漿液的膠結(jié)作用，使處理后的圍巖有機(jī)的形成整體，漿液的作用實(shí)現(xiàn)了改善土體及阻斷地下水的目的。這是一種治理復(fù)雜圍巖行之有效的方法，它簡(jiǎn)單有效、經(jīng)濟(jì)易行具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]楊曉華，俞永華.水泥—水玻璃雙液注漿在黃土隧道施工中的應(yīng)用[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2004.

[2]莊紅艷.隧道水泥或水泥-水玻璃雙液注漿施工工藝總結(jié)[J].城市建設(shè)理論研究，2012.