控制注漿在城市隧道涌水沉降治理中的試驗及應用

鮑懷偉

摘 要：為快速消除城市隧道開挖中掌子面涌水，隧道坍塌、路面沉陷的安全風險，對隧道拱頂富水松散土層進行了控制注漿加固試驗。試驗內容主要有漿液及其配比參數的選擇，漿液運移中的時間控制，止漿工藝以及最高安全注漿壓力的選取等。試驗結果成功指導了隧道注漿堵水加固施工，并取得良好效果。

關鍵詞：城市隧道;富水松散土層;涌水;控制注漿

0 引言

城市隧道埋深淺，尤其是在富含水的松散土層內施工時，松散土層被水侵蝕后嚴重失穩隧道坍塌、路面沉陷、管線斷裂的安全風險極高。濟南順河高架南延二期工程玉函路地下道路。2017年3月4日在ZK1+725里程施工地下隧道中水站橫洞時，掌子面后方左右側拱肩均出現滲水，且發展為股狀涌水，涌水攜帶大量泥土，造成玉函路（南北向）路面出現較為嚴重的沉降現象。該病害使用地面鉆孔控制注漿工藝，快速治理了隧道涌水，并對隧道富水圍巖進行了注漿加固，取得良好治理效果。

1 水文地質概況及致災因素分析

中水站橫洞處隧址區地層自下而上依次為石灰巖、粉狀粘土、黃土和雜填土。該處隧道自拱頂以下穿土厚度為5 m。黃土和雜填土均具有濕陷性，黃土濕陷性中等。黃土層和雜填土結構松散，孔隙率高，遇水泥化現象嚴重，給地下水的儲存和運移提供了良好的條件。

分析認為隧道正上方路面結構層下敷設有多條污水和雨水管道，地層多年的不均勻沉降引起管道損壞，泄漏的水進入地層形成富水區。隧道在失穩區域開挖后，地層應力在開挖區集中，使地表發生沉降。

2 控制注漿堵水加固試驗

2.1 試驗方案

從隧洞拱頂富水松散土層內選取相鄰的4個鉆孔進行試驗。鉆孔間距為2 m，呈近正方形分布，設計漿液擴散半徑1.5 m。試驗鉆孔深度為注漿加固區域低界限，鉆孔內止漿深度為止漿底界面線處。隧洞拱頂系統注漿堵水加固方案鉆孔設計如圖1所示。

2.2 控制注漿試驗

控制注漿試驗內容包括：漿液及其配比參數的選擇試驗，漿液時間控制試驗，止漿工藝試驗，安全控制試驗等。

2.2.1 漿液及其配比參數的選擇試驗

現場試驗漿液為C-GT漿液（水泥-GT漿液），采用P.O42.5R水泥，水泥漿密度分別選1.5 g/cm3和1.6 g/cm3，GT漿液密度1.2 g/cm3。試驗結果表明，最佳Vc：Vgt比值范圍為1：1～3：1，混合漿液初凝時間在65 s～18 s之間。

2.2.2 C-GT漿液時間控制

C-GT漿液在鉆孔或注漿管內的運移時間（t2）應小于該混合漿液的初凝時間（t1）。本試驗t2可根據灌注混合漿液時C泵和GT泵的總泵量、混合漿液流經的注漿管內徑及長度進行計算。

現場注漿選用兩臺2TGZ-60/210高壓雙液注漿泵，在任何配比下，混合漿液在注漿管內的運行時間均遠遠小于混合漿液在該配比下初凝時間。

2.2.3 止漿工藝試驗

試驗鉆孔施工選用潛孔鉆機，直徑Φ95 mm，注漿管選用Φ35 mm熱軋無縫鋼管。止漿裝置中的止漿底拖是用8號鐵絲把無紡布纏繞捆綁在注漿管上形成，其長度1.5 m，直徑約Φ75 mm。在止漿底拖上部投入編織袋并搗實，編織袋再送入泥土覆蓋，泥土上的鉆孔內灌滿速凝漿液，速凝漿液凝固后與止漿塞共同起到止漿作用。注漿試驗中注漿壓力達到安全極限值時，4個試驗鉆孔均沒有出現跑冒漿和注漿管外移現象。

2.2.4 注漿壓力的安全控制試驗

注漿壓力的安全控制試驗要取得出現隧道拱頂變形量超出允許范圍值或路面變形超規時的最高注漿壓力值。注漿試驗過程每30 min分別對隧道內和路面進行一次監控量測。

注漿壓力控制試驗選用1.5 g/cm3的C漿和1.2 g/cm3的GT漿，Vc：Vg為1：1。經統計4個試驗鉆孔中試1、試4當注漿壓力達到1.50 MPa、1.53 MPa時，路面有輕微鼓出，隨后出現裂縫，隧道圍巖變形不超限。試2、試3終壓分

別為1.6 MPa、1.55 MPa時路面結構變化較大，隧道內出現掉塊，開始出現變形。

因此，注漿結束壓力應取試驗最小破壞壓力值（1.5 MPa）

的80%才是安全的。故選擇注漿堵水加固的結束注漿壓力最高為1.2 MPa。

3 試驗段注漿效果及現場應用效果

3.1 試驗段注漿效果檢查

按照注漿治理效果檢查鉆孔的數量應為注漿鉆孔數量的10%～20%的技術規范要求，在4個地面注漿試驗鉆孔的核心位置施工了1個注漿效果檢查鉆孔，并在注漿加固區域內取芯檢查漿脈充填情況，芯樣顯示注漿段圍巖漿脈充填飽滿，加固效果良好。

3.2 試驗結果現場應用效果

為有效治理中水站橫洞隧道內涌水，在路面設計施工了10排共114個鉆孔，同排孔間距為2 m，鉆孔排間距根據地下管線調整。鉆孔深度到隧道開挖輪廓線以上0.5 m處。拱頂注漿堵水加固區厚度約為3 m，即注漿完成后，在拱頂形成厚度為3 m左右的注漿加固阻水圈。應用試驗結果選取的參數注漿，隧道內各監控點圍巖穩定無變形，路面各沉降監控點數據趨于穩定。

4 結語

（1）在隧道開挖前，應采取措施消除地下水的影響，必要時要對松散土層進行系統性的超前注漿加固，要嚴格控制開挖參數并加強各項防護措施。

（2）為保證注漿安全及注漿質量，要對控制注漿工藝及其注漿參數進行試驗確定，取得符合現場實際的技術參數并合理利用。

（3）注漿期間要加強對各監控點的觀測，及時分析注漿施工對路面和隧道拱頂的影響，出現異常時及時分析處理。

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