彭旺明,劉星友

(1.懷化市鶴城區(qū)公路局;2.湖南省洪江市公路管理局)

超前管棚注漿施工技術(shù)在隧道施工中的應用

彭旺明1,劉星友2

(1.懷化市鶴城區(qū)公路局;2.湖南省洪江市公路管理局)

以某隧道為工程依托,研究隧址區(qū)膨脹巖土體的工程性質(zhì),提出針對性的工程處理方法及施工方法,對某隧道具有重要的實際意義和應用價值,將對相似工程地質(zhì)條件及施工條件的隧道建設(shè)有良好的借鑒意義。

隧道;超前管棚注漿;施工

1 超前管棚設(shè)置

管棚采用直徑為Φ80鋼管,長度為 15m,與前段超前管棚搭接 6m,鋼管前端 6m范圍內(nèi)設(shè)間距 50 cm孔徑 10mm梅花型注漿孔,管棚端頭切成錐頭,以便管棚前進同層管棚間距 0.25m,雙層間距為 0.4m。采用全注漿,以有效加固進口段松散土體,并起到止水作用。

2 進洞管棚施工

2.1 管棚位置測量

首先定出隧道中線,然后根據(jù)設(shè)計開挖輪廓各點標高測出管棚輪廓,并根據(jù)間距一一畫出單根管棚位置,做出明顯標記。

2.2 管棚鉆進安裝

鉆孔采用潛孔鉆機,鉆孔位置滿足設(shè)計要求,孔口位置偏差不超過 5 cm,孔底位置偏差不超過孔深的 1%,并作好鉆孔檢查記錄。

施工時首先根據(jù)測量放樣標記,使用潛孔鉆進行間隔鉆孔,鉆到設(shè)計深度后,打入鋼管,鋼管每節(jié)長度 3m,每節(jié)采用絲扣接長,順線路方向外插角為 2°～5°,同層間距 25 cm,上下兩層間距為 0.4m,前后兩排重疊部分為6m。

2.3 管棚注漿

管棚注漿采用滲透注漿。針對某隧道圍巖特性,采有中低壓力將漿液壓注到地層中的空穴、裂縫、孔隙里、凝固后將巖土或土顆粒膠結(jié)為整體,起到止水、加固圍巖作用。

(1)注漿目的

①減少地下水對膨脹性圍巖的侵蝕,避免膨脹性圍巖反復膨脹對隧道結(jié)構(gòu)和隧道施工安全帶來影響。

②保護生態(tài)環(huán)境,防止由于地下水的過度流失對附近地表生態(tài)環(huán)境的不利影響。

(2)注漿范圍

要確定加固區(qū)的大小,即確定圍巖塑性破壞區(qū)的大小,根據(jù)本隧道的開挖斷面及前期開挖后圍巖的收斂情況,根據(jù)類似工程經(jīng)驗數(shù)據(jù),確定注漿范圍。

①正洞正常行車道注漿范圍Ⅲ類圍巖為開挖輪廓外3.5m,Ⅳ類圍巖為開挖輪廓外 3.0m;

②正洞避車洞注漿范圍為開挖輪廓外 6.0m。

(3)注漿數(shù)量

注漿數(shù)量應根據(jù)隧道加固區(qū)需充填的地層孔隙數(shù)量來確定。一般來講,不可能也無需將全部滲透孔隙充填密實,就可以達到加固和堵水的目的。

根據(jù)充填率來估算和控制注漿總量,所謂充填率是指注漿體積占孔隙總體積的比率。注漿總量可按式(1)求解。

式中:Q為注漿總數(shù)量,m3;A為被加固圍巖的體積,m3;n為被加固圍巖的孔隙率,%;a為過去實踐證實了的充填率,%。

實際工程中應計算出每孔注漿量,單孔平均注漿量可采用式(2)進行計算。

式中:m為鉆孔數(shù)量;q為單孔平均注漿。

n,a的取值如表1所示。

表1 管棚注漿n,a值一覽表

為了保證注漿效果,必須事先對被加固圍巖進行現(xiàn)場注漿試驗,采取鉆孔取芯的辦法檢測注漿質(zhì)量。

(4)注漿材料的選擇

注漿材料種類及適用條件

①在斷層破碎帶(裂隙寬度或顆粒粒徑大于1mm,滲透系數(shù) k≥5×10-4m/s)等強滲透性地層中,應采用料源廣且價格便宜的注漿材料。一般,對于無水的松散地層,宜優(yōu)先選用單液水泥漿;對于有水的強滲透地層,則宜選用雙液水泥一水玻璃漿,以控制注漿范圍。

②斷層泥帶,當裂隙寬度(或粒徑)小于 1mm,或滲透系數(shù) k≥5×10-5m/s,注漿材料宜優(yōu)先選用水玻璃類和木胺類漿液。

③中、細、粉砂層、細小裂隙巖層及斷層泥地段等弱滲透地層中,宜選用滲透性好、低毒及遇水膨脹的化學漿液,如聚胺脂類。

(5)注漿材料的配合比

漿液配合比:漿液配合比的選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液的擴散半徑,一般是由試驗室通過試驗確定,本隧道按以下配比選擇。

水泥漿的水灰比 =0.8～1.2。

漿液凝膠的確定一般應采用CS漿液(C代表水泥,S代表水玻璃)作壓注試驗,當進漿量很大、泵壓長時間不升高時,膠凝時間選 1～2m in;當進漿量中等、泵壓穩(wěn)定上升時,膠凝時間選 3～4m in;進漿量較小、泵壓升高很快時,膠凝時間選 5～6m in。

雙液漿的凝膠時間不同于凝結(jié)時間。凝膠時間較短,是指由流動狀態(tài)變位不流動狀態(tài)的過程。凝結(jié)是水泥漿體開始失去塑性的時間。

(6)注漿壓力

注漿壓力應根據(jù)地層條件、機械能力、實測水壓力等因素在現(xiàn)場試驗確定,本隧道設(shè)計注漿壓力(終壓值)為 2～3倍實測水壓力,一般控制在 1.0～1.2 MPa之間。

(7)注漿參數(shù)確定

①根據(jù)本隧道的地質(zhì)情況,經(jīng)計算及工程類比確定漿液擴散半徑R=3m;

②注漿壓力:設(shè)計注漿壓力(終壓值)為 2～3倍實測水壓力;

(8)施工要點

①超前鉆探

超前鉆探的目的是為了探明掌子面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況,為正確選擇注漿參數(shù)和采取相應的技術(shù)參量提供依據(jù)。其主要工作內(nèi)容是探測巖石的完整程度、涌水壓力和涌水量。做法是用鉆機在洞內(nèi)工作面上向隧道前方鉆探 30m左右的超前探孔,利用探孔進行探測和注水試驗。

②超前鉆探作業(yè)程序

施工準備→埋孔口管→鉆探孔→測涌水量→測涌水壓力→注水試驗。

③測涌水量及前方地下水的連通性:當遇到較大的涌水時,應停鉆測涌水量,方法是用容器接任孔口管中流出的水,用秒表計時測得每分鐘容器接到的水量。如無特殊情況,探孔鉆至設(shè)計深度后也要測一下涌水量,涌水量小于0.2 L/min的孔可不注漿。

④注漿:根據(jù)選定的參數(shù)配制漿液,水泥漿配好后需用1mm篩過濾一遍。注漿管須先檢查,確認暢通后再接入注漿系統(tǒng)。注漿系統(tǒng)與孔口混合器接好后,開閥門,啟動注漿泵按照先稀后稠、(注漿量)先大后小、先注水泥單液漿再注雙液漿的程序注漿。當注漿壓力達到設(shè)計值時,維持2～3min,進漿量達到設(shè)計數(shù)量則停止注漿,關(guān)閉球閥,隨即卸下注漿混合器及注漿系統(tǒng),并用清水清洗干凈。

注漿順序應先上方后下方,或先內(nèi)圈后外圈,先無水孔后有水孔,先上游(地下水)后下游順序進行,應利用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力直至漿液完全凝固。每循環(huán)注漿長度 15 m,預留 6m止?jié){巖盤。

(9)注漿工藝及要求

①注漿前在類似地質(zhì)條件下的巖層中進行注漿試驗,初步掌握漿液充填率,注漿量、漿液配合完凝膠時間,漿液擴散半徑,注漿終壓等指標;

②孔口位置準確定位,與設(shè)計位置的允許偏差為 ±5 cm偏角應符合設(shè)計要求,每鉆進一段,檢查一段,及時糾偏孔底位置偏差應小于 30 cm;

③鉆孔和注漿順序應田外向內(nèi),同一圈孔間隔施工;

④一個孔段的注漿作業(yè)一般應連續(xù)進行到結(jié)束,不宜中斷,應盡量避免因機械故障、停電、停水、器材等問題造成的,被迫中斷。

3 結(jié)束語

超前雙層管棚注漿作為對遇水崩解軟化圍巖的一種超前支護技術(shù),在止水、加固松軟、自身無穩(wěn)定性的圍巖、抑制圍巖變形,確保施工安全等方面是一種有效可靠的超前支護技術(shù)。洞內(nèi)超前管棚采取 15m長,預留6m止?jié){盤,與隧道的初期循環(huán)進尺 1.5 m相匹配。管棚注漿采用雙液注漿,漿液填充了圍巖空隙,固結(jié)后有效地加固了圍巖,同時也阻止了地下水的下滲和流通,隔斷了地下水與膨脹圍巖的作用,減小了圍巖膨脹和軟化。

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