單、雙液注漿施工技術(shù)加固沖洪積層淺埋松散土體的效果分析

呂皓明

（中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭溫工程建設(shè)指揮部，浙江 杭州 310000）

0 引言

隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，隧道在工程中占的比例越來(lái)越高，而地質(zhì)條件是影響隧道施工的主要因素之一，由于山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，因此隧道洞口段往往會(huì)遇到洪沖積層粉質(zhì)黏土等不良地質(zhì)，該地層具有地形平緩、穿越長(zhǎng)度短等特點(diǎn)，洞口段隧道埋深淺，隧道進(jìn)洞施工風(fēng)險(xiǎn)較大，難度較高，是隧道施工中的難點(diǎn)。

在杭溫鐵路鏡架山隧道施工中，遭遇第四系沖洪積層粉質(zhì)黏土，為了提高洞口段圍巖的自穩(wěn)能力、改善土體的物理性能，提高松散段土體的強(qiáng)度，降低圍巖的滲透系數(shù)，防止隧道開(kāi)挖時(shí)發(fā)生坍塌、冒頂，確保能夠順利進(jìn)洞，也為后續(xù)施工提供經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)參數(shù)，形成切實(shí)可行的施工工藝以及符合實(shí)際施工的質(zhì)量控制措施，需對(duì)DK282+285.87～+225.87里程段進(jìn)行地表注漿加固。正式施工前，對(duì)比單液注漿與雙液注漿的加固效果，以確定注漿工藝、注漿壓力、漿液配合比、單位注漿量、停止注漿條件等參數(shù)，形成具有指導(dǎo)性意義的施工方法，為后期施工提供參數(shù)[1]。

本文就單、雙液注漿施工技術(shù)加固沖洪積層淺埋松散土體的效果進(jìn)行介紹，分析選擇雙液注漿施工技術(shù)的原因。

1 工程概況

杭溫鐵路鏡架山隧道全長(zhǎng)2699.87m，隧道出口位于永嘉縣楓林鎮(zhèn)獅溪村，毗鄰多為農(nóng)田，隧道出口段圍巖表層為第四系沖洪積層粉質(zhì)黏土，灰黃色，軟塑，夾少量礫石，層厚0～20.0m。下伏侏羅系上統(tǒng)諸暨組熔結(jié)凝灰?guī)r，全～弱風(fēng)化層。其中強(qiáng)風(fēng)化厚1.5～10.0m，黃褐色，多呈土塊狀；強(qiáng)風(fēng)化厚5.0～14.0m，灰綠、青灰色，巖體破碎；其下為弱風(fēng)化，青灰色，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。地下水主要為基巖裂隙水，較發(fā)育。預(yù)測(cè)最大涌水量約564.98m3/d，屬中等富水區(qū)。

其中：DK282+285.87~DK282+225.87段埋深為8~32m，粉質(zhì)黏土層段采用地表袖閥管注漿加固施工工藝。加固范圍以襯砌輪廓線外50cm為界，加固寬度位于隧道中線左右兩側(cè)各10m。加固深度自地表加固至進(jìn)入W3完整基巖面以下0.5m，孔間距為1.5m×1.5m，呈梅花型布置。

2 注漿施工工藝流程及步驟

2.1 注漿施工工藝流程

注漿施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 注漿施工工藝流程圖

2.2 注漿施工步驟

2.2.1 測(cè)量放樣采用測(cè)量?jī)x器、皮尺等工具按設(shè)計(jì)要求定出注漿孔孔位，用水準(zhǔn)儀測(cè)量地面高程，確定孔位深度[2]；為便于施工，多采用放出主要控制點(diǎn)，邊鉆孔邊放樣的方法。

2.2.2 鉆孔

采用地質(zhì)鉆機(jī)按標(biāo)出的孔位垂直于地面進(jìn)行鉆孔，鉆孔前，將場(chǎng)地整平，以保證機(jī)身穩(wěn)定，確保鉆孔符合要求；鉆孔孔位水平偏差≤5cm，鉆孔垂直度誤差≤1%；在鉆孔過(guò)程中，詳細(xì)記錄鉆孔數(shù)據(jù)，描述鉆孔地質(zhì)，比較原設(shè)計(jì)地質(zhì)圖，以便對(duì)下一步的注漿作業(yè)施工進(jìn)行指導(dǎo)。

2.2.3 安設(shè)孔口鋼管、袖閥管、注套殼料

（1）當(dāng)注漿孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，利用高壓風(fēng)進(jìn)行清孔，清孔完成后，將預(yù)先拌制好的套殼料泵送至孔底，采取由下而上的順序灌注，逐段灌注至孔口。

（2）套殼料一般以膨潤(rùn)土為主，水泥為輔組成，主要作用為防止注漿時(shí)漿液翻出；注漿原理：漿液在袖閥管橡膠套和注漿管端部的止?jié){塞的封堵下，迫使止?jié){塞下部的漿液在壓力的作用下從袖閥管橡膠套處從溢漿孔流出，在壓力作用下漿液又將套殼料擠破裂（即開(kāi)環(huán)），隨后高壓將漿液壓入地層裂隙中[3]。

（3）套殼料灌滿后拔出鉆桿，安裝孔口管，管長(zhǎng)2m，直徑Ф89鋼管，隨后將外徑50mmPVC塑料袖閥管插入孔內(nèi)，與孔深等長(zhǎng)，袖閥管末端用悶蓋封好，防止管內(nèi)被堵塞而達(dá)不到注漿效果。安裝袖閥管時(shí)保證其位于鉆孔中心，以確保套殼料將袖閥管包裹均勻?？卓谟每煊菜酀{封堵密實(shí)，保證套殼料灌注飽滿、密實(shí)。

（4）套殼料灌注完成達(dá)到一定強(qiáng)度后方可進(jìn)行注漿施工作業(yè)。

2.2.4 注漿施工

采取由外到內(nèi)約束-發(fā)散性方式，注漿順序由外向內(nèi)，由下向上，為防止相鄰施工孔之間串漿，采用間隔施工法注漿，從而確保注漿質(zhì)量，如遇地下水較大，漿液無(wú)法快速凝固成封閉圈，需要從外部注雙液漿，快速形成密封圈，再在內(nèi)部利用單液漿進(jìn)行注漿[4]。

注漿加固遵循逐漸加密的原則，加密次數(shù)多采用1~3次注漿加密，注漿一般采用隔孔注漿，相鄰兩孔不能立即先后注漿，注漿方式采用后退式分段注漿工藝，即在注漿帶內(nèi)由孔底自下而上進(jìn)行注漿，每次注漿段長(zhǎng)1m。注完第一注漿段后，后退注漿芯管，進(jìn)行第二注漿段的注漿，以此法循序推進(jìn)，直至整根孔完成注漿。

3 注漿施工控制要點(diǎn)與參數(shù)

3.1 控制要點(diǎn)

（1）分段鉆孔、分區(qū)注漿，注漿過(guò)程中嚴(yán)格按照先外圍、后內(nèi)部的注漿順序進(jìn)行注漿，防止?jié){液外流造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

（2）若施工過(guò)程中出現(xiàn)進(jìn)漿量小、速度慢、注漿困難的情況，則采取間歇式注漿，注漿過(guò)程中，隨時(shí)檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無(wú)串漿現(xiàn)象，如發(fā)生串漿，應(yīng)立即停止注漿，采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗或錨固劑封堵，直至不再串漿時(shí)再繼續(xù)注漿[5]。

（3）雙液漿凝結(jié)時(shí)間較快，故現(xiàn)場(chǎng)拌制漿液應(yīng)隨拌隨用，若中途因故不能及時(shí)使用，應(yīng)重新拌制。

（4）若施工過(guò)程中，施工區(qū)域地表隆起，應(yīng)立即停止施工，分析原因，調(diào)整注漿參數(shù)后繼續(xù)施工。

3.2 施工參數(shù)

3.2.1 單液注漿技術(shù)參數(shù)

單液注漿技術(shù)采用配合比為1∶1的水泥單漿液，即水泥∶水=1∶1。單液注漿過(guò)程容易出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，導(dǎo)致單液漿與地表水從地表混合流出，不能有效地固結(jié)松散土體，造成經(jīng)濟(jì)損失較大。

3.2.2 雙液注漿技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)溫度20℃～25℃,采用水玻璃和P?O 42.5水泥配制雙液漿。取水灰比為1∶1，水玻璃濃度為10Be′，水泥漿與水玻璃體積比1∶1最為經(jīng)濟(jì)合理[6]。其原因如下:

（1）在水玻璃濃度為10Be′時(shí)，在相同的水泥漿與水玻璃體積比下，此濃度下時(shí)間差值較為理想，且工人操作較為方便。

（2）在該濃度的水玻璃摻量下，水泥漿的微調(diào)對(duì)初凝時(shí)間與終凝時(shí)間間隔影響較小，可消除施工中因配合比誤差造成的無(wú)法注漿或達(dá)不到預(yù)期的注漿效果。

（3）該濃度條件下水玻璃初凝時(shí)間與終凝時(shí)間間隔較合理，初凝20s，終凝250s，見(jiàn)表1。這樣可以將水泥的擴(kuò)散半徑很好地控制在一定范圍內(nèi)，并且在施工過(guò)程中，能夠有效地遏制冒漿、串漿等現(xiàn)象（一旦冒漿停止注漿，5min便將冒漿處封?。辉诘乇硭粩D出地表的過(guò)程中，注漿壓力會(huì)逐漸恢復(fù)正常。該工藝在機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)，能有足夠的時(shí)間供工人清洗設(shè)備，不至于損壞機(jī)器和高壓輸漿管。

表1 水泥與水玻璃不同配比的凝結(jié)時(shí)間

4 單、雙液漿注漿技術(shù)效果對(duì)比及驗(yàn)證

4.1 注漿技術(shù)效果分析

由于該注漿段地表土體較松散，多為粉質(zhì)黏土，采用單液漿易發(fā)生大量水泥漿隨地表水一起流出地面，致使注漿達(dá)不到效果，注漿壓力達(dá)不到要求，故采用雙液漿能有效地遏制冒漿、串漿現(xiàn)象，且土體加固效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求[7]。

如圖2所示，Ⅰ型為單液漿注漿法注漿，其注漿壓力較小，隨著注漿的進(jìn)行注漿壓力稍有提升，注漿速度略微降低，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，注漿壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓值，而此時(shí)注漿速度仍較大。經(jīng)分析，這種現(xiàn)象主要是地表為粉質(zhì)黏土，漿液流動(dòng)的阻力較小，漿液主要表現(xiàn)為填充擴(kuò)散方式進(jìn)行加固，達(dá)不到預(yù)期加固效果。

圖2 P-Q-t曲線圖

Ⅱ型為雙液漿注漿法注漿，隨著注漿的進(jìn)行，注漿壓力明顯上升，注漿速度明顯下降，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，注漿終壓超過(guò)設(shè)計(jì)值，注漿加固效果明顯且經(jīng)濟(jì)損失較小，在允許范圍之內(nèi)，故采用雙液漿注漿。雙液漿注漿施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3。

圖3 雙液漿注漿施工現(xiàn)場(chǎng)

4.2 注漿技術(shù)效果驗(yàn)證

注漿效果的驗(yàn)證遵循以下原則：利用注漿過(guò)程中的注漿量和注漿壓力進(jìn)行分析，判斷注漿效果；對(duì)注漿完成的區(qū)域隨機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，通過(guò)對(duì)土體固結(jié)效果及漿脈分布情況判定；對(duì)注漿完成的區(qū)域隨機(jī)進(jìn)行取芯，對(duì)芯樣進(jìn)行檢測(cè)分析，見(jiàn)圖4。

從圖4可知，采用水灰比為1∶1，水玻璃濃度為10Be′，水泥漿與水玻璃體積比1∶1為最經(jīng)濟(jì)合適［8］；芯樣密實(shí)，裂隙中充滿漿液，效果較為明顯。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)取芯

5 結(jié)束語(yǔ)

杭溫鐵路鏡架山隧道出口洞口段表層為第四系沖洪積層粉質(zhì)黏土的加固，根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比選取了雙液注漿施工技術(shù)。在施工中，嚴(yán)格遵循施工工藝和控制要點(diǎn)，執(zhí)行施工工序，按期完成了該段注漿施工加固任務(wù)，為暗洞段施工安全奠定了基礎(chǔ)。本文總結(jié)的注漿施工經(jīng)驗(yàn)，可為今后其他粉質(zhì)黏土等松散土體及類(lèi)似工程的施工提供參考。