魏志昌

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,隧址區(qū)位于閩西南坳陷帶之龍巖向斜的東翼,政和—大埔大斷裂從新祠村附近通過,測區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北東—北北東向新華夏系—華夏系的次級斷裂構(gòu)造。對隧道施工有影響的斷裂主要有:F7,F10,F13,F14,F15,F16,F19,F20,F21斷裂,且多次穿越灰?guī)r地層、不同巖性接觸帶,受復(fù)雜地質(zhì)作用的影響,隧址區(qū)地層內(nèi)構(gòu)造發(fā)育,節(jié)理、裂隙發(fā)育、連通性好,有較好的地下水滲流通道,隧道施工期間洞內(nèi)滲、涌水非常普遍。在巖漿巖與沉積巖接觸帶附近靠沉積巖側(cè)、斷層及地層不接觸帶附近,如果地表有集中水體或較好的匯水條件,施工期間可能發(fā)生大量的涌水。

1.2 象山隧道防排水設(shè)計(jì)

象山隧道防排水設(shè)計(jì)的主要原則為:1)對與地表存在良好水力聯(lián)系的1號～2號巖溶區(qū)段,4號斜井下穿水庫區(qū)段的地下水發(fā)育、富水的斷層及影響帶:設(shè)計(jì)采用“強(qiáng)堵為主,基本不排”的原則,采用全斷面超前預(yù)注漿、開挖后徑向注漿等手段,降低圍巖的滲透系數(shù),提高圍巖級別,控制地下水流失,減小災(zāi)難性后果發(fā)生幾率。2)除上述地段外,其他地段均采用“防、排、堵、截相結(jié)合,因地制宜,綜合治理”的原則。3)特殊高壓涌水地段采用抗水壓襯砌,抗水壓為1 MPa～1.5 MPa。

2 象山隧道注漿堵水技術(shù)

2.1 注漿設(shè)計(jì)

根據(jù)象山隧道地下水的特點(diǎn),通過總結(jié),主要采用的注漿方式有超前帷幕注漿、超前周邊注漿、局部注漿(頂水注漿或者少量注漿)、徑向注漿四種;采用的注漿材料有水泥單液漿、硫鋁酸鹽水泥、超細(xì)水泥和水泥—水玻璃雙液漿;注漿壓力 0.5 MPa～5.0 MPa。

2.2 注漿材料

1)分類及性能。注漿材料也稱漿液,它是注漿成敗的基礎(chǔ)。根據(jù)注漿材料主要成分是否屬于顆粒型材料可將注漿材料分為粒狀材料和化學(xué)材料兩大類。粒狀材料主要有水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿、超細(xì)水泥漿、超細(xì)水泥—水玻璃雙液漿、黏土漿、水泥黏土漿、TGRM(HSC漿)等,該類注漿材料具有料源廣、成本低、配漿簡單、注漿操作工藝方便等特點(diǎn),使用較為廣泛?；瘜W(xué)材料主要有水玻璃類、丙烯酰胺類、聚氨酯類、丙烯酸鹽類、木質(zhì)素類、環(huán)氧樹脂類等,該類注漿材料具有粘度低、易于注入細(xì)小的裂隙或孔隙中、可注性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但由于成本高、對環(huán)境有污染、操作工藝較復(fù)雜,使用較少。按照注漿工藝要求分為單液漿和雙液漿,或者按照使用范圍分為普通漿液和特種漿液。理想注漿材料應(yīng)該滿足:可注性、可控性、穩(wěn)定性、無污染性、耐久性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性,但是目前還沒有任何一種注漿材料能完全達(dá)到理想注漿材料的要求,因此要根據(jù)象山隧道的水文和地質(zhì)情況,合理地選擇注漿材料或者進(jìn)行多種注漿材料的組合選擇,從而保證取得較好的堵水效果,同時有效控制投資。

2)特種材料的使用。巖溶區(qū)全斷面注漿工藝相對復(fù)雜,其他區(qū)段注漿工藝相對簡單,因此只對巖溶的特殊情況加以說明,在巖溶地區(qū)特種注漿材料的使用:由于在1號,2號斜井前一段時間注漿施工中,出現(xiàn)多個孔長期大量注普通水泥單液漿而壓力很難上升的現(xiàn)象,為保證注漿效果和快速鉆孔注漿施工,全斷面注漿在3,4,5,6圈孔的開挖輪廓線以外的注漿段內(nèi)注漿量較大(如注漿量超過10 m3)和塌孔時可以使用特種水泥材料(包括硫鋁酸鹽水泥、超細(xì)水泥等),特種水泥注漿量一般控制在10 m3左右,若特種水泥注漿量較大,需經(jīng)四方達(dá)成一致意見以后決定特種水泥的具體注漿量;另外,在其他單個孔注漿量較大而注漿壓力仍然不上升時,也可以使用特種水泥(硫鋁酸鹽水泥)材料,特種注漿材料的注漿量根據(jù)實(shí)際地層情況而定(不超過10 m3),注漿量較大時,使用雙液漿封孔,間歇一段時間再重新掃孔注漿。前方地層充填物致密,普通水泥注不進(jìn)去或擴(kuò)散困難、前進(jìn)式注漿很慢時,使用超細(xì)水泥。

2.3 注漿方式

目前,地下工程施工中最多采用的注漿方式有全孔一次性注漿、后退式分段注漿、前進(jìn)式分段注漿。象山隧道設(shè)計(jì)單位要求采用前進(jìn)式注漿,鉆孔一段注漿一段,清空鉆進(jìn)后再注漿,如此循環(huán)往復(fù)。注漿分段長度原則上不超過2 m,慎用后退式注漿,禁用全孔一次性注漿方式。注漿過程中,遇涌水或因巖層破碎造成卡鉆時,應(yīng)停止鉆進(jìn),立即注漿,掃空后再行鉆進(jìn)。

注漿順序的選擇從外圍上講應(yīng)達(dá)到“圍、堵、截”的目的,在內(nèi)部應(yīng)達(dá)到“填、壓、擠”的目的,從而使注漿取得更好的效果。因此,注漿施工中應(yīng)對八個原則引起高度重視,即分區(qū)注漿原則(基坑帷幕注漿和隧道基底鋼管樁注漿、地表注漿)、跳孔注漿原則(兩序孔或四序孔原則——單號一序先注,雙號二序后注或單排單號—雙排雙號—單排雙號—雙排單號)、由下游到上游原則(水流較大時防止?jié){液流失)、由下到上原則(漿液重力作用,漿液向下沉積或者泥砂下部堆積,影響下部注漿,非溶洞地段可以探討)、由外到內(nèi)原則(先外圈后內(nèi)圈,約束注漿)、約束—發(fā)散原則(加固地層時全部周邊、堵水時三個周邊,留一個出口,逐步將水排出,提高征地效果)、定量定壓相結(jié)合原則(采取跳孔分序注漿時,對先序孔往往采取定量注漿,后序孔采取定壓注漿)、多孔少注原則。

2.4 注漿施工常見問題及對策

1)堵管:影響工程進(jìn)度,應(yīng)盡量避免。主要原因:材料問題(材料過期變質(zhì)、濃度過大、漿液膠凝時間過短)、操作問題(漿液混入雜物、管路過長等)、工藝問題(注雙液漿必須使用混合器,不允許用三通)、地質(zhì)問題(地層吸不進(jìn)漿)。2)跑漿:浪費(fèi)漿液、影響進(jìn)度。主要原因:未做止?jié){墻或者止?jié){墻質(zhì)量有問題,后部徑向注漿效果差。3)串漿:影響注漿效果。主要原因:單孔注漿量過大、注漿壓力過大、速度過快、鉆孔間距離過小。4)長時間壓力不上升。此問題比較普遍,主要原因:漿液濃度過稀、注漿材料不合適、未設(shè)計(jì)注漿材料使用體系,即確定注漿材料調(diào)整原則,注漿方式控制不合理。通過調(diào)整注漿材料和漿液配比參數(shù)以及采取復(fù)注漿措施,達(dá)到注漿效果。5)鉆孔、注漿塌孔應(yīng)對措施。在巖溶區(qū),溶洞、溶槽充填物致密、松軟,極易塌孔,注漿速度極慢且有時注不進(jìn)漿,嚴(yán)重影響注漿效率及效果,威脅開挖安全,采取如下工藝:a.采用鉆機(jī)鉆桿后退式注漿,即鉆桿上套止?jié){塞,邊退邊注,達(dá)到注漿效果;b.下 PVC管至孔底,從孔底注漿,注漿材料可注雙液漿、普通快凝水泥、硫鋁酸鹽水泥、快凝水泥等;c.減小鉆孔直徑,加強(qiáng)孔內(nèi)自成孔條件。

2.5 注漿效果評定標(biāo)準(zhǔn)

1)徑向注漿。徑向注漿完成后,測量注漿段隧道涌水量:a.單位隧道延米內(nèi)隧道涌水量小于隧道防排水規(guī)范要求;b.鉆檢查孔3個～5個,出水量小于設(shè)計(jì)要求;c.區(qū)段內(nèi)注漿后涌水量減少50%以上,或者監(jiān)控量測顯示隧道變形量測穩(wěn)定。

2)超前注漿。超前注漿包含全斷面、周邊、局部注漿等,注漿結(jié)束后檢查注漿效果:a.鉆孔檢查法:檢查鉆孔不少于注漿孔的10%,深度小于注漿段長2 m～3 m,外插小于加固圈1 m～2 m,測量檢查孔水量滿足設(shè)計(jì)要求;b.鉆孔取芯法:取芯能看到漿液固結(jié)體,固結(jié)體有一定強(qiáng)度,不坍孔;壓水試驗(yàn),壓力達(dá)2 MPa以上,吸水量小于0.2 L/(m·min);主要在溶洞區(qū)或者斷層破碎帶等地方;c.畫代表性的Q—P—T曲線圖,分析、比較注漿量與壓力關(guān)系,注漿量和壓力都滿足要求后,注漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求;d.孔內(nèi)攝像法:購買孔內(nèi)攝像儀器,再檢查孔內(nèi)攝像,根據(jù)攝像分析注漿效果。

[1]王 超,王春菊.隧道工程水害防治研究[J].山西建筑,2008,34(2):310-311.