竹仔坑隧道全斷面注漿技術(shù)

趙潔

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司）

竹仔坑隧道全斷面注漿技術(shù)

趙潔

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司）

竹仔坑隧道設(shè)計(jì)要穿越破碎帶，洞內(nèi)地質(zhì)情況復(fù)雜，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖在路線縱向交錯(cuò)前進(jìn)，且該隧道洞頂上方有水庫(kù)，洞內(nèi)水量較多，為保證施工安全與進(jìn)度，決定采用全斷面預(yù)注漿技術(shù)進(jìn)行封堵，對(duì)圍巖進(jìn)行了加固，有效地堵住了地下水，使隧道掘進(jìn)工作正常推進(jìn)。

隧道；破碎帶；富含水量；全斷面注漿

目前，在我國(guó)公路隧道工程建設(shè)的過(guò)程中，因地質(zhì)條件、地下水、隧道埋深等因素影響，易造成地層變形、隧道漏水等不良現(xiàn)象，再加上現(xiàn)今我國(guó)在注漿設(shè)計(jì)、施工一級(jí)質(zhì)量檢查手段方面依舊缺乏一定的系統(tǒng)研究，還沒(méi)有形成一套完善的技術(shù)方案，這樣給施工質(zhì)量和注漿效果評(píng)價(jià)帶來(lái)一定的不可靠性。由于該隧道工程項(xiàng)目本身具有一定的復(fù)雜性，因此，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下施工，管理人員對(duì)施工技術(shù)提出新的要求，尤其是隧道，本文主要通過(guò)對(duì)竹仔坑隧道的設(shè)計(jì)流程以及施工方案進(jìn)行分析，以供參考。以求達(dá)到對(duì)注漿技術(shù)積累一定的經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)以后其它隧道的建設(shè)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)的目的。

1　工程概況

竹仔坑隧道本標(biāo)段起點(diǎn)樁號(hào)為K2+660，，隧道右線長(zhǎng)751m，左線長(zhǎng)730m。隧道單洞凈高5m，凈寬13.00m（行車道寬度7.5m；左側(cè)側(cè)向?qū)挾?.5m，右側(cè)側(cè)向?qū)挾?.75m；兩側(cè)檢修道寬度均為0.75m）；隧道位于圓曲線上，曲線半徑分別為R=1000m和R= 1430m。隧道縱坡-1.0%。隧道在K2+980～K3+020穿越破碎帶，于K2+660（ZK2+660）～K2+770（ZK2+750）鄰近竹仔坑水庫(kù)，該處隧道洞頂埋深約20m，該處隧道設(shè)計(jì)高程約為46m，洞頂埋深約20m，隧道邊線離水庫(kù)邊線水平最近距離約15m。竹仔坑水庫(kù)水面高程約為69m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該水庫(kù)水深約為3～4m，隧道洞頂離水庫(kù)庫(kù)底垂直距離約14m左右，隧道邊線距離水庫(kù)邊線水平最近距離約15m。

2　施工原則與工藝流程

針對(duì)隧道高壓富水區(qū)采取了“注漿堵水，限量排放”的施工原則。為確保竹仔坑隧道的安全優(yōu)質(zhì)、快速順利施工，有效地采取施工方案，選擇合理的注漿方法，在隧道施工中采取了多種地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)手段，如超前水平探孔探水、紅外線、TSP地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和地質(zhì)素描等手段，通過(guò)對(duì)地質(zhì)預(yù)報(bào)信息的綜合分析，可以比較準(zhǔn)確地判明前方地質(zhì)情況。在紅外探水探得掌子面前方有富含水段后，通過(guò)超前水平探孔，對(duì)直觀判斷施工前方地質(zhì)圍巖狀況，以確保施工安全。利用液壓鉆孔臺(tái)車或YQ-100A施鉆深孔，在拱頂、起拱線和隧道中下部位各鉆φ76mm孔，孔深超出注漿段5m左右。采用鉆眼排渣取樣分析，記錄鉆速、水質(zhì)水量變化情況以及開(kāi)挖后的巖面觀測(cè)素描，綜合判斷預(yù)報(bào)前方水文、地質(zhì)條件。預(yù)測(cè)工作面前方注漿段長(zhǎng)度范圍的地質(zhì)構(gòu)造和巖性、地下水出露位置和水量大小，以及圍巖變化情況。前方圍巖軟弱，探孔流量達(dá)到3L/min以上，采用斷面注漿止水。

2.1封閉墻（止?jié){墻施工）

對(duì)開(kāi)挖掌子面封閉處理，采用掛網(wǎng)錨噴的形式，對(duì)整個(gè)開(kāi)挖掌子面進(jìn)行掛設(shè)φ6.5鋼筋網(wǎng)片后噴射C25混凝土，噴射混凝土厚度20cm。根據(jù)掌子面前邊富含水及涌水情況，可適當(dāng)增加止?jié){墻厚度。

2.2布孔、鉆孔

由測(cè)工站在工作平臺(tái)上，用紅油漆在掌子面上按設(shè)計(jì)準(zhǔn)確畫(huà)出鉆孔位置，標(biāo)注編號(hào)，一個(gè)斷面布孔38個(gè)（如圖1）。

圖1　

采用PG115鉆機(jī)，該鉆機(jī)通過(guò)自身履帶行走至掌子面位置就位。臺(tái)車鉆孔工作參數(shù)：鑿巖臺(tái)車鉆孔作業(yè)的推進(jìn)壓力2.5～4.0MPa，回轉(zhuǎn)壓力5.0～6.0MPa，沖擊壓力19～20MPa。注漿段鉆孔憤怒三段實(shí)施，第一段長(zhǎng)12m，第二段長(zhǎng)20m，第三段長(zhǎng)30m（如圖2）。

2.3埋設(shè)孔口管

孔口管直徑為108mm，厚5mm無(wú)縫鋼管，單根管長(zhǎng)3m，采用人工安裝，安裝后外露20～30cm。

2.4注漿

采用水泥-水玻璃雙液注漿。

通過(guò)水泥-水玻璃與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，固結(jié)巖體，水泥-水玻璃的主要化學(xué)反應(yīng)為：

圖2　

Ca（OH）2+NaO·nSiO2+mH2O→Ca·nSiO2·nH2O+NaOH

在硅酸三鈣的水化過(guò)程中產(chǎn)生氫氧化鈣：

3Ca·SiO2+nH2O=2Ca·SiO2·（n-1）H2O+Ca（OH）2

在混合液中水泥與水玻璃的反應(yīng)快，水泥本身的水解化學(xué)反應(yīng)要慢得多。根據(jù)這一原理采用固定水灰比，只改變水玻璃漿液濃度及水泥漿液與水玻璃漿比例進(jìn)行水玻璃參數(shù)設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出水泥-水玻璃體積比為1：0.7，水泥漿水灰比為0.8：1，水玻璃稀釋濃度為25～35Bé。

（1）全斷面周邊預(yù)注漿分段實(shí)施，每段注漿長(zhǎng)度30m，開(kāi)挖長(zhǎng)度25m，預(yù)留5m作為下一分段的止?jié){墻，加固范圍為開(kāi)挖輪廓線外5m，注漿順序?yàn)閺耐庵羶?nèi)，從上至下。

（2）成孔注漿采用前進(jìn)式分段注漿，套管安裝完成后，每鉆進(jìn)5～7m即開(kāi)始注漿，注漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)始下一階段鉆孔注漿。

（3）采取反復(fù)注入、稀漿與濃漿交替、壓力控制與注入漿量控制相結(jié)合的措施，注漿壓力從低到高逐漸加壓。初始注漿壓力采用1.2倍靜水壓力，注漿時(shí)間根據(jù)漿量的注入速率進(jìn)行靈活調(diào)整。

（4）每環(huán)注漿孔先施工奇數(shù)編號(hào)注漿孔，然后施工偶數(shù)編號(hào)注漿孔同時(shí)作為檢查孔。待所有注漿孔施工完畢后，根據(jù)壓漿孔涌水量來(lái)決定局部地段是否須補(bǔ)設(shè)注漿孔。每孔每延米涌水量大于0.15L/min或局部孔涌水量大于3L/min的應(yīng)追加鉆孔注漿，再次壓注直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

（5）待注漿完畢后，再應(yīng)采用地質(zhì)雷達(dá)或紅外探水對(duì)前方地質(zhì)情況的變化進(jìn)行分析，并在注漿范圍內(nèi)施作2～3個(gè)水平探孔，檢驗(yàn)注漿效果，根據(jù)探孔出水情況確定是否需要補(bǔ)充注漿。以確保注漿達(dá)到良好的效果。

在水壓、水量較大的情況下，采用分層泄水減壓、分層注漿方式。即下層管注漿，中層管放水；中層管注漿，上層管放水，這樣逐層抬水，把水排擠到拱頂以上規(guī)定的止水固結(jié)圈以外。

注漿順序?yàn)橛上露希衫锵蛲狻Ｗ{壓力考慮到巖層裂隙阻力，初始?jí)毫?.5MPa，終壓1.5MPa（如圖3～4）。

2.5加固效果檢查

采用水平鉆孔檢測(cè)：對(duì)端頭進(jìn)行水平鉆孔，全斷面鉆孔數(shù)量不小于8個(gè)，對(duì)富含水及涌水段可適當(dāng)增加鉆孔數(shù)量，每次鉆孔深度5m，每掘進(jìn)施工4m后進(jìn)行一次鉆孔檢查，如檢查鉆孔后孔道溢水較小或基本無(wú)水溢出則說(shuō)明注漿效果理想，可以進(jìn)行正常掘進(jìn)施工，如水流較大，且不能保證施工安全時(shí)則需要對(duì)該溢水?dāng)嗝孢M(jìn)行再注漿加固直到滿足要求方可掘進(jìn)施工。

圖3　前進(jìn)式注漿流程及示意圖

圖4　孔位照片雙液注漿

圖5　注漿效果1

圖6　注漿效果2

3　施工安全方案

（1）制定切實(shí)可行的施工方案，充分預(yù)估可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善。

（2）實(shí)地培訓(xùn)施工人員和探求科學(xué)合理的注漿參數(shù)，為施工的順利開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

（3）用地質(zhì)水平鉆機(jī)超前鉆探，獲取地下水良、水壓以及地質(zhì)的構(gòu)造情況，再根據(jù)這些信息，綜合分析，確定注漿參數(shù)。

（4）在注漿施工過(guò)程中，注漿量和注漿壓力是兩個(gè)極為重要的參數(shù)，，而斷層地段施工，關(guān)鍵的是注漿固結(jié)效果。因此，為保證注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，除了認(rèn)真操作外，還要認(rèn)真做好注漿施工記錄，以便進(jìn)行綜合分析判斷。

（5）在隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，嚴(yán)格做好初期支護(hù)和監(jiān)控量測(cè)工作，以防施工中出現(xiàn)坍塌以及注漿帷幕失穩(wěn)等危急現(xiàn)象的發(fā)生。

（6）注漿時(shí)需要密切關(guān)注漿液的流量，當(dāng)壓力突然上升、下降或者漿液溢出時(shí)，應(yīng)立即停止注漿，并且必須查明出現(xiàn)異常的原因，采取必要的措施后，比如調(diào)節(jié)注漿參數(shù)、移位、打斜孔等，方可繼續(xù)注漿。

4　結(jié)語(yǔ)

從竹仔坑隧道的整個(gè)施工效果來(lái)看，注漿質(zhì)量把握較好，未引起周圍建筑物的沉降、開(kāi)裂等不良現(xiàn)象。比如，在注漿過(guò)程中，采取反復(fù)注入、稀漿與濃漿交替的方法，使注漿壓力從低到高逐漸增壓，并且在注漿完畢后，嚴(yán)格檢驗(yàn)注漿效果，來(lái)確保注漿達(dá)到了最好效果，不僅如此，還通過(guò)對(duì)破碎帶富含水段的斷面預(yù)注漿加固處理，使本隧道安全順利的完成了掘進(jìn)工作，為今后想換的隧道施工建設(shè)工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]楊志武.天津地區(qū)鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)與工程應(yīng)用研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2014（13）：125～126.

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[4]秦慶新.鳥(niǎo)山煤礦千米豎井注漿技術(shù)應(yīng)用研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2013（07）：187～188.

[5]陳志永.注漿技術(shù)在撫順石油-廠封堵F1A斷裂構(gòu)造工程處理中的應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué)，2014（20）：137～138.

U455.49

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1673-0038（2015）14-0199-03

2015-3-5