富水花崗巖殘積土地層隧道注漿加固技術(shù)

摘要：在東莞市軌道交通R2線的地鐵建設中區(qū)間隧道中，隧道開挖需穿過富水、高壓、上軟下硬、孤石的花崗巖地層地段，采用了前進式注漿、注水泥-水玻璃雙液漿的注漿加固技術(shù)，對傳統(tǒng)的礦山法施工工藝進行改進和優(yōu)化，成功的穿越了富水復雜地層，確保了隧道施工安全，較好的控制了地面沉降，為富水、上軟下硬風化花崗巖土地區(qū)暗挖隧道施工提供量好的經(jīng)驗和方法。

關鍵詞：富水地層，注漿加固，雙液漿，注漿量，注漿壓力

1"前言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化進程加快，全國各大城市均陸續(xù)進行地鐵建設，根據(jù)所處地點不同，在地鐵施工過程遇到的地質(zhì)也各不相同，尤其富水、高壓、上軟下硬的花崗巖地層地段更是少見，經(jīng)常會遇到涌水、涌砂、塌方等災害，給施工帶來了極大的困難和安全隱患，在東莞市軌道交通R2線的地鐵建設中區(qū)間隧道需通過富水、高壓、上軟下硬、孤石的花崗巖地層地段，區(qū)間暗挖隧道施工前需進行注漿加固處理施工。

本論文通過東莞市軌道交通R2線2310標陳寮區(qū)間隧道的注漿加固試驗段的施工，對富水、高壓、上軟下硬、孤石的花崗巖地層注漿加固進行了試驗，主要有：注漿方式、漿液選擇、配合比、注漿量、注漿壓力、施工機具等，最終取得了具體可行的注漿量、配合比、注漿壓力等主要施工工藝參數(shù)，進而修改和完善設計參數(shù)，并為以后及東莞市軌道交通的隧道注漿加固處理提供了依據(jù)。

2"工程概況及特點

2.1"工程概述

陳屋站～寮廈站區(qū)間為礦山法施工隧道，線路總長2146m，隧道采用雙洞單線礦山法施工，在YDK25+910和YDK27+095設置礦山法施工豎井，在YDK26+616.5設置中間風機房。其中1#豎井～陳屋站區(qū)段593m，該區(qū)段自2012年1月1日開始進入橫通道、2012年4月6日進入正線施工以來，一直受到地下水豐富、花崗巖強風化殘積地層遇水軟化崩解的問題影響，施工進度異常緩慢，施工地質(zhì)危害屢屢發(fā)生，存在開挖困難、地面沉降大、施工進度緩慢、涌水、涌砂、溜塌安全風險等情況。

2.2"工程地質(zhì)

隧道洞身圍巖主要為全風化、強風化、中風化、微風化花崗閃長巖，殘疾土層施工開挖易發(fā)生掉塊、塌方、涌水等現(xiàn)象;其中左線ZDK25+312.804～+810、ZDK25+880～+930;右線YDK25+311～+920隧道圍巖主要為花崗閃長巖殘積土及全、強、中等、微風化層混合層，自穩(wěn)性較差，殘積土及全、強風化層遇水易軟化、崩解，強度降低，同一開挖斷面存在上下、左右軟硬不均的現(xiàn)場，且在殘積土及強風化層中存在球狀風化體。本區(qū)段范圍內(nèi)無地表水系。地下水主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水，裂隙水發(fā)育具非均一性。地質(zhì)斷面圖見圖2.1。

2.3"工程特點

2.3.1水量大

根據(jù)現(xiàn)場實際統(tǒng)計，1#豎井往陳屋站方向隧道涌水量非常大，現(xiàn)場抽水量統(tǒng)計每天約為1600m3左右，遠遠超出了類似花崗巖地層含水量，與我們投標及施工策劃時的預期相差甚遠。這也是導致實際工期比策劃工期滯后的根本原因。具體分析其原因，主要是在隧道開挖時，由于開挖掌子面呈臨空狀態(tài)，由于水頭差的存在，掌子面成為水量匯集后涌水的薄弱面。在水的作用下，掌子面全、強風化花崗巖迅速軟化崩解，強度急劇降低造成涌水、涌砂、溜塌險情。

圖2.2""1#豎井～陳屋站方向隧道地下水情況圖

2.3.2地質(zhì)條件復雜

地下水極為豐富，而洞身圍巖主要為花崗閃長巖殘積土及全、強、中等、微風化層混合層，自穩(wěn)性較差，殘積土及全、強風化層遇水易軟化、崩解，強度降低，同一開挖斷面存在上下、左右軟硬不均的現(xiàn)場，且在殘積土及強風化層中存在球狀風化體。施工開挖易發(fā)生涌水、涌砂、溜塌等現(xiàn)象，開挖效率低，特別是因此出現(xiàn)險情處理險情耽誤的時間嚴重影響施工進度。

圖2.1"陳屋站～寮廈站區(qū)間1#豎井往陳屋站方向左線工程地質(zhì)斷面圖

表1.1""上海市公交、自行車發(fā)展狀況一覽表

*"括號內(nèi)為全市流動人口流入人口

1.2"大城市公共交通線網(wǎng)規(guī)劃的特殊性

1.2.1"我國大城市公共交通特點

大城市的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)形態(tài)與中小城市有差別，這主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1、人口多，面積大;

、社會、經(jīng)濟、文化活動頻繁;

3、城市功能區(qū)域劃分明顯;

4、有明顯的CBD;

5、人均交通設施水平往往較低;

2.3.3地面沉降及周邊建（構(gòu)）筑物的安全

在隧道開挖施工過程中，由于失水影響，造成地面沉降較大，至2013年3月29日YDK25+730+D10地面沉降監(jiān)測點已經(jīng)累計達到-76.38mm，已超過設計控制值。由此造成位于里程段YDK25+760～730處的路面路緣石及附近夾板市場商鋪的門柱和室內(nèi)地板磚開裂，這些商鋪已經(jīng)多次到我部進行投訴。

2.3.4工期緊、進度影響

由于地下水豐富，地質(zhì)條件較差，經(jīng)常發(fā)生險情，往陳屋站方向施工進度非常慢，開工以來右線小里程平均每天進尺0.53m，左線小里程平均每天進尺0.56m。

另外，從2013年1月至2013年7月由于地下水較大、地質(zhì)較差，經(jīng)常出現(xiàn)險情后需進行掌子面封堵和注漿處理，進度統(tǒng)計為：2013年1月左線小里程方向共計施工6.6m，右線小里程方向共計施工17.4m;2013年2月左線小里程方向共計施工17.4m，右線小里程方向共計施工16.2m;2013年3月1日至今左線小里程方向共計施工7.8m，右線小里程方向共計施工4.8m。

3"注漿加固目的

注漿加固漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿量先由設計給定參考值，監(jiān)理組織現(xiàn)場試驗最終確定施工參數(shù)。

本次隧道注漿加固試驗段主要有兩個目的，一個是進行隧道注漿加固試驗段施工，為下步隧道施工提供借鑒，第二個是通過隧道注漿加固試驗段確定隧道注漿加固的相關參數(shù)。

4"注漿加固范圍

根據(jù)地質(zhì)詳勘報告內(nèi)容所述地質(zhì)情況和現(xiàn)場實際揭示的工程地質(zhì)情況，對隧道上半斷面或全斷面實施超前帷幕預注漿，橫斷面注漿范圍為：上半斷面開挖輪廓線以外3m，下半斷面開挖輪廓線以外2m。上半斷面加固體積為（61.36*3+（61.36-10.49+3.56）*4）/7=57.4m3

下半斷面加固體積為（48.46*3+（48.46-16.18-3.56）*4）/7=37.18m3

全斷面加固體積為（61.36*3+（61.36-10.49）*4+48.46*3+（48.46-16.18）*4）/7=94.58m3。

圖4.1""上下斷面注漿加固土體橫斷面圖

5"注漿參數(shù)及工藝

5.1機械設備

鉆孔設備：鉆孔設備：ZYG150全液壓鉆機。

注漿設備：BW-250注漿泵。

制漿設備：JZ350葉片式攪拌機。

輔助設備：攪拌儲漿桶;T型混合器;Y型混合器。

監(jiān)測設備：精密水準儀、測微器

圖5.1""注漿機械設備

5.2注漿方式、注漿孔布置

隧道注漿加固方式采用前進式注漿。

根據(jù)鉆機性能，選用每循環(huán)注漿段長10米;注漿就是要使?jié){液擴散到注漿孔周邊預定范圍內(nèi)的所有巖層裂隙中，所以注漿孔的布置要以漿液擴散不出現(xiàn)空白為原則，據(jù)此根據(jù)設計注漿孔數(shù)量以隧道中軸為中心呈傘蓋形布置。

每循環(huán)注漿長度10m，單孔有效擴散半徑0.75m左右;注漿范圍為：上半斷面開挖輪廓線外3m，下半斷面開挖輪廓線外2m。

縱向方向由工作面向開挖方向呈輻射狀，鉆孔布置成圓形圈，最外圈環(huán)向間距1.0m，孔底間距（1.0～1.5）R。見圖5.2。

圖5.2"全斷面注漿加固方案圖

5.3"注漿順序

注漿順序采用先注外圈孔、底部孔，封閉后再注中間孔的原則，每環(huán)注漿孔采取隔孔注漿的原則。即先注（3-1#～3-11#）環(huán)、（2-1#～2-11#）環(huán)，再注底排1-1#、1#、16#、13#、12#、15#、21#、11#、1-11#，形成封閉環(huán)，再注中間部位的第1環(huán)、第2環(huán)、第3環(huán)和第4環(huán)。

5.4注漿材料

水泥漿液采用普通硅酸鹽，強度等級Po42.5，水玻璃濃度30°Be，模數(shù)2.6。

圖5.3""注漿材料檢查及測試

5.5漿液配合比

通過現(xiàn)場漿液試配、鉆機可注性、土體實際注入情況等，現(xiàn)場水泥-水玻璃漿液配合比為：水泥漿液：水玻璃漿液=1：0.7，水灰比1：1，凝固時間為25～30S。

圖5.4"現(xiàn)場配合比檢查

5.6注漿壓力

根據(jù)實際注漿情況壓力上半斷面在0.5～1.71MPa之間，下半斷面在0.5～1.45MPa之間。

圖5.5"現(xiàn)場注漿壓力

5.7注漿結(jié)束標準

（1）注漿壓力或注漿量達到設計標準，采用隔孔注漿時，先期孔注漿量相對大設計注漿量10～20%左右，后期孔相對小設計注漿量10～20%左右。

（2）檢查孔鉆取巖芯，漿液充填飽滿。

（3）所有孔注完后，掌子面無明水、無股水現(xiàn)狀。

（4）滿足掌子面開挖條件。

6"按設計初始參數(shù)完成后效果檢查

在上半斷面注漿加固結(jié)束后，于2013年5月31日進行了鉆孔抽芯檢查，共鉆2個孔對注漿效果進行檢驗，并取巖芯觀察漿液充填情況，掌子面無明水、股水現(xiàn)象，根據(jù)開挖的效果，漿脈明顯，掌子面穩(wěn)定。

圖6.1""上半斷面鉆孔取芯情況

至2013年6月5日按照設計注漿量對下半斷面注漿完成后，對掌子面進行效果檢查，掌子面存在明水、股水現(xiàn)象，根據(jù)開挖的效果，漿脈明顯，掌子面穩(wěn)定。

圖6.2""隧道斷面注漿效果情況

7"注漿量情況

7.1理論注漿量填充率計算

隧道注漿數(shù)量根據(jù)地層孔隙率確定，一般按照下列公式計算：

Q=πR2"hnαβ

Q——單管注漿量，m3

R——漿液有效擴散半徑，m

h——注漿長度，m

n——土體孔隙率，%

β——漿液充填率，%（取0.6～0.7）

α——超耗系數(shù)（含超注量、冒漿、損耗等），α=1.1～1.2

根據(jù)《東莞市城市快速軌道交通R2線工程（東莞火車站～東莞虎門站段）陳屋站～寮廈站詳勘階段巖土工程勘察報告》（2010年11月），隧道穿過土層孔隙比分別為：lt;6-6gt;硬塑狀砂質(zhì)粘性土e=0.841，lt;9-1gt;全風化地層e=0.787，lt;9-2gt;強風化地層e=0.778。

則土體孔隙率n分別為：

lt;6-6gt;地層n=0.841/（0.841+1）=0.4568

lt;9-1gt;地層n=0.787/（0.787+1）=0.4404

lt;9-2gt;地層n=0.778/（0.778+1）=0.4376

則注漿量填充率計算為：

（1）lt;6-6gt;地層填充率為nαβ=0.4568*0.7*1.2=0.3837

（2）lt;9-1gt;地層填充率為nαβ=0.4404*0.7*1.2=0.3699

（3）lt;9-2gt;地層填充率為nαβ=0.4376*0.7*1.2=0.3676

7.2試驗段注漿量

試驗段注漿加固詳細注漿記錄見附表，隧道注漿加固試驗段注漿量統(tǒng)計見表7.1。

表7.1"""隧道注漿加固試驗段實際注漿量統(tǒng)計表

位置

斷面注漿

加固體積（m3）

實際注漿

量（m3）

實際土體

填充率

折合隧道單延米注漿量

（m3/m）

備注

1#

豎井

上半斷面

57.40

176.7

0.43

25.24

下半斷面

37.18

118.44

0.45

16.92

小計

94.58

295.14

0.44

42.16

0#

豎井

上半斷面

57.4

194.08

0.48

27.73

下半斷面

37.18

129.57

0.49

18.51

小計

94.58

323.65

0.48

46.24

8"參數(shù)總結(jié)

8.1對本區(qū)間隧道在lt;6-6gt;砂質(zhì)粘性土、lt;9-1gt;全風化花崗巖、lt;9-2gt;強風化花崗巖地層中采用隧道注漿加固是有必要的;

8.2陳～寮區(qū)間隧道1#豎井至陳屋站方向采用前進式注漿是可行的;

8.3水泥-水玻璃漿液配合比：通過現(xiàn)場漿液試配、鉆機可注性、土體實際注入情況等，現(xiàn)場水泥-水玻璃漿液配合比為：水灰比1：1，水泥漿液：水玻璃漿液=1：0.7;

8.4通過試驗段注漿量的統(tǒng)計分析，lt;9-2gt;地層上半斷面注漿加固注漿總量為176.7m3，平均隧道單延米注漿量為25.24m3;下半斷面注漿注漿總量為118.44m3，平均每米注漿量為16.92m3。全斷面平均每米注漿量為42.16m3。

lt;9-1gt;、lt;6-6gt;地層上半斷面注漿加固注漿總量為194.08m3，平均隧道單延米注漿量為27.73m3;下半斷面注漿注漿總量為129.57m3，平均每米注漿量為18.51m3。全斷面平均每米注漿量為44.24m3。

8.5注漿壓力：上半斷面在0.5～1.71MPa之間，下半斷面在0.5～1.45MPa之間。

8.6每循環(huán)注漿加固時間：上半斷面注漿加固時間為4天，下半斷面注漿加固時間為3天。

8.7監(jiān)測情況，隧道注漿加固后地面沉降基本趨于穩(wěn)定。

8.8開挖情況：注漿加固后進行開挖，掌子面土體穩(wěn)定，局部存在小掉塊現(xiàn)象，下臺階開挖后存在小量的滲水，已不影響開挖，開挖進尺為每天二個半循環(huán)，即1.5m/d，折合綜合指標為0.75m/d。

9"結(jié)語

在該富水、高壓、上軟下硬風化花崗巖殘積土施工中，采用了前進式注漿、注水泥-水玻璃雙液漿的注漿加固技術(shù)，對傳統(tǒng)的礦山法施工工藝進行改進和優(yōu)化，成功的穿越了富水復雜地層，確保了隧道施工安全，較好的控制了地面沉降，為富水、上軟下硬風化花崗巖土地區(qū)暗挖隧道施工提供量好的經(jīng)驗和方法。

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