陜西土木建筑網(wǎng)首頁(yè) > 學(xué)術(shù)研究 > 課題研究 > 隧道淺埋段巖溶糟苜地表注漿施工方法

摘要：銅鑼山隧道廖家溝淺埋段地質(zhì)差、水量大，防止廖家溝淺埋段洞內(nèi)涌水和坍塌，是保證隧道洞身順利安全施工的關(guān)譴．為加快進(jìn)度、確保注裝質(zhì)量，將原設(shè)計(jì)的洞自注漿施工變更為地表注漿施工，由于注漿施工經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏。...

隧道淺埋段巖溶糟苜地表注漿施工方法

張  清

(中鐵二局第四工程有限公司．四川成都610306)

1.工程概況

    銅鑼山隧道起訖里程為K32+243～K37+440，全長(zhǎng)5197 m．K33+940～K34+035段為銅鑼山隧道廖家溝埋段，位于梁板鄉(xiāng)清水村。隧道洞跨D為l2.7 m，埋深h為6m- 25m,h<2D，巖性為薄層鈣質(zhì)泥巖及白云質(zhì)灰?guī)r，巖體破碎、軟弱，自穩(wěn)能力及成拱能力差，地表為一沖淘，溝內(nèi)水量大。本段屬Ⅱ婁圍巖，為典型的淺埋隧道，是銅鑼川隧道施丁重點(diǎn)控制工程。

    在此淺埋段除兩個(gè)主體隧道外，還有5+人行橫洞l434+0201# 4豎井、右洞送風(fēng)道、排風(fēng)道YK33+950．怪井高l8 m．直徑65 m2#堅(jiān)井定洞排風(fēng)遭K33+980，高l7.6m．直徑4m，幾個(gè)構(gòu)造物間縱橫交錯(cuò)，施工結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

    1.1地形地貌

    總體屬侵蝕構(gòu)造地貌，溝谷北側(cè)為陡坡，晟大坡度大于60。南側(cè)為反向斜坡，嶺脊展布與構(gòu)造走向一致，為地表分水嶺．橫向沖溝較發(fā)育。廖家淘大致沿N25。E延伸，與距右洞東約300 m的長(zhǎng)流溝——清水溪交匯。淘谷較穰窄，嶺脊陡峭，切割強(qiáng)烈

    1.2地層巖性

    (1)地層：三疊系雷口坡組Ll-l地層．巖性為鈣質(zhì)泥巖夾灰?guī)r，白云巖不等厚互層．鈣質(zhì)泥巖為灰色探灰色，質(zhì)細(xì)密．層厚1—3cm．有的呈幾毫米厚微層．層間裂縫有方解石脈充填．灰?guī)r、白云巖層厚一 般5-10m 。厚者達(dá)30cm由于是不等厚互層，形成軟巖中的硬質(zhì)骨架。

    (2)地質(zhì)構(gòu)造：薄層鈣質(zhì)泥巖，質(zhì)軟．形成許多柔性微褶曲和斷距5-15的小斷層，巖石破碎成碎渣狀，其中有許多微裂縫，層間結(jié)合差。灰?guī)r、白云巖兩組節(jié)理發(fā)育，組成一組共軛“X”節(jié)殫，將巖石分割成小方塊。整個(gè)巖石成壓碎碎裂結(jié)構(gòu)。地層傾角6o傾角大。由于巖石破碎和重力作用．巖層極不穩(wěn)定。

    1.3水文地質(zhì)

    廖家溝位于高山深各之中，淘內(nèi)常年有流水，是附近居民牛產(chǎn)，牛活用水水源，東而高差達(dá)285 m(400 m至685 m)，西面山高差達(dá)140 m(由409 m至543 m)，山高谷辣，彤成的匯水面積范圍大，常年流量為5—10L／s，短時(shí)最大洪蜂量可達(dá)l3～l5d／s。

    在豎井工程區(qū)，廖家溝地表水與地下水瓦補(bǔ)井以地下水補(bǔ)給地表水為主，在廖家淘旁有一流量達(dá)l672L/s的泉眼，在上游200—300Ill范圍，溝水漏失量2 8tL/8。

2.施工工藝及方法

    2.1鉆孔

    (1)鉆機(jī)就位：采用XY一2PCC．地質(zhì)鉆機(jī)與"IQl00C潛孔鉆機(jī)鉆孔，為防止?jié)摽足@機(jī)倒地，鉆機(jī)到場(chǎng)后先把{骨架的兩個(gè)前支腿放在地面鉆機(jī)支撐牢固。為了下套管方便，地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔用腳手架搭設(shè)操作平臺(tái)。

    (2)孔序安排．鉆孔間距為2 0Ⅲx 2 0 m梅花布置，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序鉆孔，即隔兩個(gè)孔，防止竄漿。按設(shè)計(jì)要求，先施工上游U字型帷幕。

    (3)鉆孔及跟管施工：注漿孔用φ110mm鉆頭開(kāi)孔由于地質(zhì)條件較差，鉆孔時(shí)常發(fā)生塌孔，鉆孔過(guò)程中采用邊鉆孔邊下套管的辦法進(jìn)行施工。套管孔徑為,φ127 mm，導(dǎo)管下至巖右層為止。同時(shí)更換鉆機(jī)鉆頭為沖擊(直徑為110mm)偏心器，偏心器外安裝套管，鉆孔時(shí)偏心器不斷沖擊巖石。由于偏心器的作用，鉆孔孔徑略為大于導(dǎo)管直徑，從而致使套管自動(dòng)下降。套管安裝到不易坍塌的巖石層為止，再改換 u徑為llo mm潛孔沖擊鉆頭鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

    (4)開(kāi)鉆：開(kāi)始采用低速鉆進(jìn)，待鉆機(jī)正常鉆進(jìn)時(shí)(進(jìn)尺0.5 m左右)，將鉆機(jī)速度調(diào)至正常運(yùn)行速度。

    (5)清孔：鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高或分段高度后，為使注漿通道順暢，用風(fēng)水聯(lián)合沖洗。風(fēng)水聯(lián)臺(tái)沖洗的風(fēng)壓可為注漿壓力的50％，并不大于l MPa；沖洗至回水澄清后l0mm結(jié)柬，且總的時(shí)間要求，不少于30 min。

    (6)鉆孔垃程中，每孔作了鉆孔記錄。根據(jù)鉆孔的推進(jìn)壓力、鉆孔速度以及不同孔深時(shí)的涌水量，以此判斷地質(zhì)構(gòu)造巖性、水源位置及水量大小，并繪制了地質(zhì)柱狀圖，為注漿提供了地質(zhì)依據(jù)。

    (7)鉆孔操作工藝流程：鉆機(jī)就位→開(kāi)孔→接桿鉆孔→清孔→卸桿。

    2.2漿液配置

    采用雙層攪拌機(jī)拌制，上層為攪拌桶(規(guī)格為φ750 x400)，下層為蓄裝桶(規(guī)格為,^2coo x 230)。配制時(shí)，先把水加入攪拌桶內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)水灰比，倒入水泥攪拌，攪拌均勻后放人蓄漿桶備用，蓄漿桶的葉輪不停旋轉(zhuǎn)，確保漿液不沉淀．漿液拌靜時(shí)間為3—5mm，然后存儲(chǔ)在自制的漿液槽內(nèi)，隨拌隨用，并用人工不停攪拌，防止沉淀體糨比采用1：(0. 6，1 .0)(體積比)，水灰比控制在0 8：1之間.水玻璃模數(shù)為2.6～2.8水玻璃濃度為35—40BE。

    2.3注漿工藝(圖1）

    (1)注漿方式：采用后退式注漿．注漿分段長(zhǎng)約8m，止?jié){塞靠近套管底部或根據(jù)地質(zhì)條件放在孔壁較規(guī)則處，注漿過(guò)程中采用注一段拔一段奩管如此循環(huán)操作到注漿完畢。

    (2)注漿管連接：采用KZY80型雙漣注漿泵壓漿，水{尼漿和水玻璃漿在距注漿孔10 m位置廂“Y”型結(jié)構(gòu)混合，水玻璃及水泥出漿管上分剮安裝流量計(jì)和控制閥門控制流量，然后進(jìn)入注漿孔，與止?jié){塞導(dǎo)管相連在注漿管上安裝自動(dòng)流量計(jì)記錄注漿過(guò)程中流量、雎力等變化．終端進(jìn)人電腦自動(dòng)記錄。

    (3)止?jié){塞安裝：采用機(jī)械式止?jié){塞控制分段注漿壓力和注漿范圍，其原理是利用中心管穿串膠塞，兩端用托盤限位，固定上端托盤，下端托盤沿中心管移動(dòng)用注漿鉆桿下端連接止?jié){塞，下到預(yù)定止?jié){位置，通過(guò)鉆桿在孔口施加一個(gè)機(jī)械壓力使膠塞產(chǎn)生縱向壓縮橫向膨脹與孔壁擠緊，達(dá)到封堵與止?jié){目的。

    (4)孔口管連接：將高壓注漿管與孔口止?jié){塞注漿導(dǎo)管連接。為排泄鉆孔內(nèi)空氣，在孔口高壓注漿上連接三通管，主要目的是安裝一個(gè)排泄閥，既能排除孔內(nèi)空氣，使注漿飽滿，也能排除多余回漿液。

    (5)注漿操作：先打開(kāi)混臺(tái)器注漿閥．先注水約2—3 min，使圍巖孔隙暢通。然后注水泥漿約3min至正常后，迅速將兩個(gè)吸漿龍頭分別放進(jìn)水泥漿桶和水玻璃桶，宴施雙液注漿。停止灌注時(shí)，先停水玻璃泵，后停水泥漿泵，并用清水清洗管路，以預(yù)防堵管。

注漿完成后，止?jié){塞應(yīng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間撥出、拔出時(shí)打開(kāi)泄?jié){閥，觀察其凝結(jié)情況，如不見(jiàn)還漿，即可試撥，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，漿液凝崮不易拔出。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)，大致停漿25mm撥管較臺(tái)適。

    (6)注漿順序：宴行鉆一孔注-4L的方法注漿，與鉆孔順序一致，注漿也按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序注漿，即隔兩個(gè)孔，防止竄漿，先施工上游U字型帷幕，在縱向I-從墊江端向鄰水端進(jìn)行，以便隧道及早開(kāi)挖。注漿過(guò)程由電腦自動(dòng)記錄。

    (7)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)注漿過(guò)程中注漿壓力逐漸升高．最終達(dá)到或接近設(shè)計(jì)的注漿終壓，并維持10min以t或者注漿流量隨時(shí)間逐漸減少．最終小于11／(min·m)，并維持10min以上，即結(jié)束本孔注漿；遇到大裂隙或溶洞時(shí)，壓力上小去，進(jìn)漿量很大的情況下，經(jīng)過(guò)漿液濃度的變換，仍達(dá)不到終壓與注漿流量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采取間歇注漿，待養(yǎng)護(hù)24 h后復(fù)注，以達(dá)到設(shè)計(jì)終壓標(biāo)準(zhǔn)。

    2.4注漿效果檢查

    (1)泉眼出水情況觀測(cè)，在注漿區(qū)中心原一流量達(dá)672L/s的泉眼，在注漿前，泉眼常年流水，經(jīng)過(guò)注漿后，泉眼周圍地層經(jīng)過(guò)封堵現(xiàn)在摹本干枯。

    (2)土層含水量試驗(yàn)情況。注漿的，曾在試驗(yàn)室進(jìn)行了上土工實(shí)驗(yàn)。情況是：該區(qū)土質(zhì)為黃泥，含水量高選64％，無(wú)法進(jìn)行顆粒分析及干密度試驗(yàn)；注漿后，再次取樣進(jìn)行土工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為：土樣為灰黑色，十層含水量9 2％-l35％。含水最較注漿前有大幅度下降，這主要是漿液通過(guò)填充、擠壓作川，擠走地層中的部分游離水份，以漿液充填密實(shí)，含水量減少，達(dá)刊了固結(jié)堵水目的二。

    (3)注漿區(qū)鉆芯情況。在注漿區(qū)采用雙管單洞法進(jìn)行了鉆芯取樣，由于甭口坡組泥灰?guī)r層薄，鉆孔取芯極易破碎，部分芯樣完整性較差，成型：不好，部分芯樣完整性較好，但芯樣密實(shí)，漿液滲透飽滿、裂隙填充密實(shí)，充填效果明顯。共鉆取了8個(gè)孔4個(gè)鉆芯成型較好．2個(gè)一般．2個(gè)較差。取出～塊較完整的芯樣進(jìn)行抗壓試驗(yàn)．漿液固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到0. 4 MPa以上。

3.分析及結(jié)論

    3.1注漿參數(shù)

    (1)往袋壓力：注漿壓力是灌注工藝重要的控制指標(biāo)，壓力過(guò)高，漿液擴(kuò)散過(guò)遠(yuǎn)，引起漿液消耗量增加，壓力過(guò)低，影響注漿堵水質(zhì)量。在確定注漿壓力時(shí)豐要弩慮，裂隙巖層賦存的水文地質(zhì)條件，含水層的流動(dòng)速度及靜水壓力，巖層的透水性。

    在現(xiàn)場(chǎng)，由于開(kāi)始注漿時(shí)，吸漿量大壓力在前30 min，基本都小于10 MPa。隨著漿液填充孔隙，壓力注漿上升至1MPa．當(dāng)流量小于l L／rain時(shí)，壓力基本能達(dá)到1.2 MPa以上。終孔壓力是控制注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)，因?yàn)榭變?nèi)無(wú)壓力，證明注漿孔漿掖未滿。

    為了控制注漿量，盡量都把注漿壓力控制在1.5 MPa以漿量均無(wú)明顯壹化，換濃一級(jí)的漿液，②注漿壓力上升較快而吸漿量減少時(shí)，如非管路堵塞．換稀一級(jí)的漿液。

    3.2注漿壓力廈流量與時(shí)間之間的關(guān)系(圖2)

    根據(jù)P-t和Q-t曲線分析，漿液擴(kuò)散主要分三十階段。

    (1)滲透階段：從l=0開(kāi)始到t=30 rain．P從0.3 MPa上升1.0 MPa；O值為50L，此時(shí)漿液處于擴(kuò)散滲透階段。

    (2)平穩(wěn)階段：隨著注漿施工進(jìn)行，注漿壓力和流速基本保持不變。這主要起到了補(bǔ)充注漿的作用，并正在進(jìn)一步擠壓強(qiáng)化注下。在注漿孔表士層壓力較小，低壓洼漿，深屢土注漿壓力增大。

    (2)注裝量：漿液在壓力作用下沿裂隙流動(dòng)和腔凝，并在壓力作用下繼續(xù)脫水壓實(shí)形成致密的結(jié)石捧，充塞巖體裂隙，注漿縮小過(guò)留斷面，增加流動(dòng)阻力．其充塞過(guò)程就是克服流動(dòng)阻力的過(guò)程。當(dāng)壓力過(guò)大及漿液濃度較稀時(shí)．漿液擴(kuò)散距離遠(yuǎn)，注漿量大．壓力上升較慢．會(huì)造成漿液的浪費(fèi)；注漿壓力過(guò)小及漿液濃度較稠時(shí)，擴(kuò)散距離較近壓力上升較快，漿液消耗量小．會(huì)造成裂隙封堵不嚴(yán)：因此．注漿量與注漿和地層裂隙大小及發(fā)育情況有關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)每孔注漿量最大值為175m，最小值為709m，平均值為11.78m3。

    (3)擴(kuò)散距離：漿液擴(kuò)散距離與裂隙發(fā)育程度、裂隙開(kāi)度與溝通狀況、注漿壓力與注漿方法、漿液的種類與性質(zhì)等有關(guān)。合理的孔距應(yīng)等于有效擴(kuò)散距離，以保證漿液有二次充填的機(jī)會(huì)，避免漏水；現(xiàn)場(chǎng)2m的孔距，擴(kuò)散半徑l3 m，通過(guò)鉆芯檢查，與現(xiàn)場(chǎng)基本較吻合。

    (4)漿液濃度調(diào)整：注漿過(guò)程中，出現(xiàn)下列情況應(yīng)調(diào)整漿液濃度。①某一濃度連續(xù)注漿一個(gè)小時(shí)左右，注漿壓力和吸漿效果。

    (5)結(jié)束階段：隨著維持一段時(shí)間，注漿壓力上升，注漿量下降。說(shuō)明漿液基本達(dá)到飽和狀態(tài)，終孔注漿壓力15 MPa，多數(shù)孔注漿壓力在12 MP且，同時(shí)注漿流速急劇下降到4～10L/NUn．維持8-10ram后地層基本不能進(jìn)漿．達(dá)到了注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)．即流量l L／(min/m)。

4.結(jié)束語(yǔ)

    注漿工程涉及物理、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)及地下結(jié)構(gòu)等多門學(xué)科，且有大量的管理問(wèn)題，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，面廣、環(huán)節(jié)多且工序多變。本次注漿達(dá)到了設(shè)計(jì)要求．在注漿范圍大，山坡與溝谷、上游與下游的地層各不相同的情況下，通過(guò)壓力、漿液等調(diào)整，使?jié){液在巖層中充填密實(shí)，封堵了地下水滲流路徑，加固了圍巖，提高了圍巖強(qiáng)度，杜絕了坍方及涌突水事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]黃德發(fā)．王宗敏．楊彬，地層注漿堵水與加目施工技術(shù)[M]徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版．2003

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

上一篇： 土木工程中系統(tǒng)識(shí)別的研究現(xiàn)狀

下一篇： 基于性能的隔震加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討