李森闊

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司宜萬鐵路32標(biāo)項(xiàng)目部,湖北利川 445400)

宜萬鐵路齊岳山隧道高壓富水?dāng)鄬訋ё{加固技術(shù)

李森闊

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司宜萬鐵路32標(biāo)項(xiàng)目部,湖北利川 445400)

如何“安全、優(yōu)質(zhì)、高效”地預(yù)加固高壓富水?dāng)鄬訋?是國內(nèi)外隧道施工中面臨的一大難題。以宜萬鐵路齊岳山隧道進(jìn)口F11斷層為例,簡單闡述高壓富水?dāng)鄬幼{加固施工管理的基本原則及“堵水固巖”的加固理念,同時(shí),介紹了注漿設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)、機(jī)械設(shè)備配套、注漿施工整套工藝流程、注漿關(guān)鍵技術(shù)措施等,還列舉了注漿效果評(píng)定的關(guān)鍵控制參數(shù),加固速度可達(dá)1.2m/d,堵水率可達(dá)95%以上。

宜萬鐵路;齊岳山隧道;斷層;注漿;大管棚

1 工程概述

1.1 工程概況

宜萬鐵路齊岳山隧道位于湖北省利川市境內(nèi),全長10528m,設(shè)計(jì)為單面坡。地質(zhì)構(gòu)造主要是齊岳山背斜和9條較大的斷層,發(fā)育有大、小魚泉和得勝場3條暗河。設(shè)計(jì)正常涌水量176000m3/d,最大涌水量743000m3/d。

F11斷層沿隧道縱向跨度約245m,與位于隧道頂220m的得勝場暗河存在巖溶通道,地表降雨觀察期間最大日降雨量為 132mm,預(yù)測最大涌水量115000m3/d。主要由灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、斷層泥、斷層角礫巖等組成,存在高壓富水、巖性軟硬不勻、圍巖破碎及地層松散等地質(zhì)問題。

1.2 施工基本原則

根據(jù)宜萬鐵路總體工期要求,且考慮斷層傳統(tǒng)加固施工工藝工效低及投入大的特點(diǎn),對(duì)斷層加固的每個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析、對(duì)比(表1),齊岳山隧道F11斷層施工大膽優(yōu)化傳統(tǒng)施工工藝,制定了更加適合高壓富水?dāng)鄬訋┕さ幕驹瓌t。

(1)嚴(yán)格執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)、管理、試驗(yàn)人員24h不間斷輪流值班制度。

(2)引進(jìn)專業(yè)注漿隊(duì)伍。

表1 斷層傳統(tǒng)注漿加固技術(shù)與齊岳山F11斷層注漿加固技術(shù)對(duì)比

(3)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、施工概念。

(4)注漿以堵水固巖為設(shè)計(jì)理念,優(yōu)化大管棚施工方案。

2 斷層注漿加固設(shè)計(jì)

2.1 注漿加固設(shè)計(jì)理念

注漿設(shè)計(jì)中,打破破碎帶必采取帷幕注漿的傳統(tǒng),采用“分水降壓、加固圍巖”為目的的堵水固巖的設(shè)計(jì)理念;注漿設(shè)計(jì)由專業(yè)注漿隊(duì)伍獨(dú)立設(shè)計(jì),建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位、注漿隊(duì)伍共同評(píng)估后實(shí)施。

注漿設(shè)計(jì)地質(zhì)條件以原勘察地質(zhì)概況及六孔超前探孔為主;遵循約束—發(fā)散的注漿機(jī)理;注漿順序由外到內(nèi),由下到上;注漿材料以普通硅酸鹽水泥漿為主,硫酸鹽水泥單液漿、水泥-水玻璃雙液漿為輔,采用前進(jìn)式分段注漿方式;定量、定壓為注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 注漿參數(shù)(表2)

表2 注漿參數(shù)、漿液配比

3 施工工藝流程

F11斷層注漿施工工藝流程如下:注漿設(shè)計(jì)、施工組織編制→5方單位會(huì)審設(shè)計(jì)、施組→中線、孔位放樣→鉆探、注漿設(shè)備就位→上循環(huán)開挖段小導(dǎo)管注漿→鉆機(jī)定位、開孔、安孔口管→六孔鉆探、注漿作業(yè)→掌子面加固孔鉆探→下玻璃纖維錨桿、注漿→管棚施工、注漿→補(bǔ)注漿、檢查孔→注漿效果評(píng)定→撤除設(shè)備,清理現(xiàn)場,準(zhǔn)備開挖。

4 設(shè)備配套

綜合考慮國內(nèi)鉆探、注漿設(shè)備特點(diǎn)及作業(yè)空間限制,一般選用占用空間小、投入少且易操作的設(shè)備。主要設(shè)備見表3。

表3 鉆探、注漿主要設(shè)備

5 注漿施工

5.1 止?jié){墻施工

止?jié){墻采用 C30防滲混凝土澆筑,厚 1.5～2.0m,周邊設(shè)置2排、環(huán)向間距1.5m,排距1m,長1.5～2.0m的φ22mm藥卷錨桿進(jìn)行加固,梅花形布置,外露0.2～0.3m。周邊預(yù)埋1.5mφ42mm導(dǎo)管,止?jié){墻澆筑完畢后,周邊噴射10～15cm的C25噴射混凝土且通過預(yù)留小導(dǎo)管注漿對(duì)止?jié){墻與初支間的縫隙進(jìn)行封塞。

5.2 開挖段拱部、邊墻小導(dǎo)管加固注漿

考慮前方鉆探注漿時(shí),已開挖段可能會(huì)出現(xiàn)漏漿或初支變形現(xiàn)象,采用1.5～2.0m、φ42mm導(dǎo)管對(duì)上循環(huán)開挖段初支進(jìn)行加固、填塞注漿,小導(dǎo)管徑向間距0.8～1.0m,縱向間距1.0～1.5m,梅花形設(shè)置。注漿壓力控制在1.5～2MPa;開始注漿時(shí)采用W∶C=1∶1的普通硅酸鹽水泥單液漿,如果出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象時(shí),采用W∶C=1∶1,C∶S=(3∶1)～(1∶1)普通硅酸鹽水泥單液漿、水玻璃雙液漿,凝固時(shí)間為13～42s。

5.3 注漿施工技術(shù)措施及關(guān)鍵

(1)孔的多重含義

采用六孔定位鉆探,該六孔的作用包含超前鉆探孔、分段注漿孔、管棚孔。六孔鉆探結(jié)束后,根據(jù)地質(zhì)情況,對(duì)注漿、開挖段長度,鉆孔深度,鉆孔、注漿順序進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。剩余管棚孔及加固注漿孔除發(fā)揮它本來的作用外,還起檢查注漿效果的作用,根據(jù)鉆探情況,適時(shí)調(diào)整鉆孔、注漿順序。

(2)間隔式、分段式鉆探、注漿

如果連續(xù)注漿鉆孔之間可能出現(xiàn)竄漿、漏漿現(xiàn)象,不同孔之間采取間隔、跳躍式鉆探、注漿;考慮注漿段太長,注漿效果將比較差,同一孔進(jìn)行分段鉆探、注漿,分段段落為3～5m,如果3～5m范圍內(nèi)出現(xiàn)塌孔、卡鉆或Q出水量＞10m3/h,立刻停止鉆探,進(jìn)行注漿作業(yè)。

(3)孔口管的安裝

如果孔口管安裝不牢固,可能出現(xiàn)漏漿、竄漿;遇大流量、大壓力承壓水時(shí),孔口管周邊可能崩裂,孔口管瞬間被水壓力推出。孔口段一般鉆探2.2～2.3m,采用L=2m、φ108mm、厚8mm無縫鋼管,管壁每隔40～50cm纏麻絲1道且每隔20～30cm預(yù)留φ2mm溢漿孔(孔口段1m范圍不設(shè)置,插入段采用錨固劑封口,封堵長度 L≈40cm)。開孔結(jié)束后,攪拌約0.15m3硫酸鋁鹽水泥體(軟硬介于流塑、軟塑之間)倒入孔內(nèi),然后采用鉆機(jī)將成品孔口管推至孔內(nèi),孔口采用錨固劑錨固,2.5～3h后開始鉆探。F11斷層中采用該辦法安裝約200個(gè)孔口管,僅有2個(gè)漏漿。

(4)注漿壓力產(chǎn)生機(jī)理分析及處理技術(shù)

通過分析,產(chǎn)生壓力的原因主要有:遇地層水或巖溶水時(shí)產(chǎn)生的H頂水壓力;遇垂直或斜交鉆孔裂隙時(shí),漿液上升產(chǎn)生的 G漿液重力;滯留在孔內(nèi)的 P空氣壓力; Q地層吸漿量＜Q注漿量產(chǎn)生的注漿壓力。其中,在注漿中,易影響注漿效果的主要是滯留在孔內(nèi)的 P空氣壓力與Q地層吸漿量＜Q注漿量產(chǎn)生的注漿壓力。為了盡可能避免P空氣壓力產(chǎn)生,采用三孔注漿堵頭(圖1),在水平或仰角鉆孔內(nèi)插入了φ25mm、L=L孔深的PVC排氣管(圖2),當(dāng)漿液完全噴出排氣孔時(shí),關(guān)閉小閘閥;為了避免Q地層吸漿量＜Q注漿量產(chǎn)生的注漿壓力,采用變頻注漿泵調(diào)節(jié)注漿速度或者采取間歇式注漿。

(5)管棚施工技術(shù)改造

圖1 3孔注漿堵頭

圖2 PVC排氣管

φ76mm管棚采用L=30cm的φ60mm無縫鋼管(圖3)焊接連接,管棚加工簡單。考慮不施工管棚工作室,管棚必將侵限,結(jié)合循環(huán)搭接5m且0～5m注漿效果良好,0～5m段不設(shè)計(jì)管棚,施工時(shí),采用鉆機(jī)沿孔口向里推進(jìn)4.5～5.0m,推進(jìn)工藝見圖4。

圖3 管棚連接

圖4 管棚推進(jìn)

(6)檢查孔的設(shè)計(jì)

檢查孔設(shè)計(jì)以鉆探揭示地質(zhì)情況、注漿量及壓力上升情況為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。吸漿量大、壓力上升慢的區(qū)域,水量大的區(qū)域,地質(zhì)差、吸漿量小、壓力上升快區(qū)域。

(7)孔口管安裝閘閥

鉆探前,安裝φ100mm、耐高壓鑄鋼閘閥,易于控水、限量排放,確保施工安全。

(8)開挖輪廓內(nèi)圍巖加固

在隧道開挖輪廓內(nèi)的水平孔或仰角孔,全部、全孔插設(shè)與孔同深的玻璃纖維錨桿,防止后期開挖輪廓內(nèi)圍巖的滑移、塌方。

6 效果評(píng)定

效果評(píng)定結(jié)果是決定隧道能否開挖的關(guān)鍵因素。主要從以下幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

(1)堵水率及檢查孔出水量。

(2)檢查孔鉆探情況。

(3)孔內(nèi)成像影像。

(4)壓力與時(shí)間、吸漿量與時(shí)間關(guān)系。

7 結(jié)論

在高壓富水的斷層帶采用“堵水固巖”注漿加固技術(shù),加固速度可提高到1.2m/d,堵水率可達(dá)到95%以上。注漿加固改善了圍巖的物理學(xué)性能、減少了開挖變形產(chǎn)生的松弛區(qū)范圍,封堵了地表下及巖溶管道水滲入開挖輪廓安全控制范圍內(nèi),大管棚加固圈可起到懸掛巖土的作用,防止塌方冒頂。通過后期開挖揭露的地質(zhì)狀況可知,齊岳山隧道F11斷層注漿加固安全可靠、快速、經(jīng)濟(jì)可行。

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U459.1

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1004 -2954(2010)08 -0090 -03

2010 -06 -01;

2010 -06 -10

李森闊(1982—),男,助理工程師,2007年畢業(yè)于長沙理工大學(xué)土木工程專業(yè),E-mail:lisenkuo313@126.com。