馬 聘

1 工程概況

新疆大坂隧洞洞線呈東西向布置,隧洞長(zhǎng)約30 km,縱坡為1/1 016,彎道半徑1 500 m,采用TBM隧洞施工與鉆爆法相結(jié)合的施工方案。TBM施工的隧洞長(zhǎng)約24 km,開(kāi)挖直徑6.79 m,管片襯砌后直徑6.0 m,TBM掘進(jìn)段中,預(yù)制管片背后與圍巖之間360°范圍內(nèi),采用復(fù)合式回填灌漿(包括兩方面的工作內(nèi)容：1)底拱砂漿回填;2)在兩側(cè)、頂拱進(jìn)行預(yù)壓豆礫石灌注水泥漿),以實(shí)現(xiàn)管片早期的穩(wěn)定性。

2 TBM施工洞段的地質(zhì)條件

TBM掘進(jìn)洞段按地質(zhì)條件可分為：土洞段(又分有水洞段或無(wú)水洞段)、巖石過(guò)渡段、巖洞段(又分有水或無(wú)水、砂礫巖段和膨脹巖段、含煤段)。

3 豆礫石回填灌漿

豆礫石灌漿孔的布置：通過(guò)預(yù)制管片安裝孔進(jìn)行,除頂拱為3孔外,其他均為2孔。為了施工中統(tǒng)計(jì)方便,按TBM掘進(jìn)順時(shí)針?lè)较驅(qū)⒏骺拙幪?hào)為A—B—C—D—E—F—G—H—I。

3.1 豆礫石回填

豆礫石回填是通過(guò)預(yù)制管片中安裝孔進(jìn)行的。具體方法如下：第一步直接將連接噴接噴豆礫石管的噴頭插入孔中進(jìn)行,這時(shí)會(huì)有豆礫石從孔中流出,將其暫時(shí)封堵,直到C—G孔進(jìn)行,這時(shí)會(huì)有豆礫石從B,H孔流出,將其暫時(shí)封堵,直到C與G孔噴不進(jìn)去為止;第二步分別對(duì)D和F孔進(jìn)行回填,直到噴不進(jìn)去為止;第三步在滯后D—F孔環(huán)左右,開(kāi)始噴E孔。

3.2 底管片非灌漿孔的封堵

為了實(shí)現(xiàn)底管片的早期穩(wěn)定,管片進(jìn)行豆礫石回填后,首先對(duì)A(I)孔進(jìn)行砂漿灌注,將攪拌均勻的砂漿放入主機(jī)料斗,啟動(dòng)主機(jī)將砂漿通過(guò)的輸送管灌入灌注孔,由于砂漿具有流動(dòng)性,在灌注時(shí),會(huì)有砂漿依次從A(I)3串出,將其用木塞進(jìn)行封堵,待砂漿初凝后將木塞拔出利用砂漿將孔抹平。為了防止底管片在灌注中的抬動(dòng),在灌注中嚴(yán)格控制灌注的壓力,最大壓力控制在0.5 M Pa內(nèi)。

3.3 側(cè)、頂管片非灌漿封孔

在TBM后配套的中部,按一定的孔序用特制的CK砂漿將非灌漿孔進(jìn)行封堵。

3.4 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

灌漿孔壓力達(dá)到0.2 MPa～0.3 MPa時(shí),灌漿孔停止吸漿,并繼續(xù)灌注5 min即可結(jié)束。

3.5 灌漿順序

根據(jù)注入漿液在預(yù)制管片背后形成的自然坡度,以30.4 m (19環(huán))為一循環(huán)進(jìn)行逐級(jí)灌注。以B孔為例來(lái)說(shuō)明灌注的順序：灌注B1孔時(shí),因B2,B3,B4,B6,B8,B9等孔封堵,需觀察孔B4是否出漿,已出漿且漿液由稀變濃時(shí),即可關(guān)閉B4孔注漿塞閥門(mén),再次觀察B7孔,當(dāng)B7孔出漿時(shí),關(guān)閉注漿塞閥門(mén),按照上述的辦法,當(dāng)B1孔壓力達(dá)0.2 MPa～0.3 MPa時(shí),停止注漿并保持5 min后,結(jié)束B(niǎo)1孔的灌漿,改灌B7孔。假設(shè)在灌注B1孔時(shí)漿液未從B4孔溢出,在B1孔灌注結(jié)束后改灌B4孔。按照上述辦法,當(dāng)B(H)排孔灌漿長(zhǎng)度為30 m左右時(shí),改灌D(F)排孔,當(dāng)D(F)排孔灌漿長(zhǎng)度為30 m左右時(shí),改灌E排孔,由于E排孔豆礫石回填較為困難,推斷漿液流動(dòng)性很大,定為間隔5孔灌注一次,依次類推,循環(huán)灌注,當(dāng)起始環(huán)灌注完后,進(jìn)行下一循環(huán)灌注。

3.6 質(zhì)量檢查

豆礫石灌漿應(yīng)進(jìn)行灌水試驗(yàn)和鉆孔取芯檢查。壓水試驗(yàn)在每200 m段進(jìn)行4次,在灌漿實(shí)施7 d后,按下述規(guī)定進(jìn)行壓水試驗(yàn)：1)鉆孔直徑為48 mm,鉆孔底部至巖面的豆礫石灌漿層厚度不小于3 cm。2)在規(guī)定壓力下,初始10 min內(nèi)注入量不超過(guò)10 L,即為合格,否則,應(yīng)采取其他措施進(jìn)行處理。

灌漿28 d后,每200 m洞段由監(jiān)理指定4個(gè)孔進(jìn)行鉆孔取豆礫石水泥灌漿結(jié)石芯樣,其中3個(gè)芯樣(芯樣直徑為50 mm或75 mm)制成長(zhǎng)直比1∶1的試件,作抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)或干容重試驗(yàn),若標(biāo)準(zhǔn)立方體試件抗壓強(qiáng)度大于10 N/mm2即為合格,另一個(gè)芯樣應(yīng)取自底部管片,用于觀察豆礫石水泥灌漿結(jié)石的表觀質(zhì)量。

補(bǔ)灌應(yīng)在鉆孔取樣,按照以下措施進(jìn)行：1)在應(yīng)補(bǔ)灌的區(qū)域內(nèi),每三環(huán)鉆取一個(gè)補(bǔ)灌孔,并錯(cuò)落分布。2)先灌注原不合格孔位,再灌注補(bǔ)灌孔。3)單孔壓力保持在0.2 MPa～0.3 MPa之間,最大到0.6 MPa,水灰比為0.8∶1,當(dāng)不吃漿時(shí),在規(guī)定壓力下保持5 min后,即可結(jié)束該孔灌漿。4)補(bǔ)灌28 d后,在補(bǔ)灌位置前后10 m范圍內(nèi),監(jiān)理指定位置重新取一斷面鉆孔取樣,直至該段灌漿達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

4 回填灌漿不密實(shí)原因分析

1)由于TBM掘進(jìn)速度大于灌漿速度產(chǎn)生脫灌漏灌。2)灌漿人員素質(zhì)低,閉漿壓力沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3)地質(zhì)原因,塌方比較嚴(yán)重,回填不進(jìn)去。4)對(duì)于灌漿不合格的部位進(jìn)行補(bǔ)灌后,取芯結(jié)果還是達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,其原因?yàn)樵诘谝淮喂酀{過(guò)程中由于閉漿壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求和進(jìn)行滿填滿灌,但充填介質(zhì)已占滿回填空間,無(wú)法進(jìn)行第二次回填灌漿或第二次回填灌漿吃漿量較少。5)TBM施工以來(lái),豆礫石回填灌漿不能達(dá)到理想效果,除地質(zhì)情況外,豆礫石回填灌漿封閉環(huán)沒(méi)有形成也是原因之一。

5 回填灌漿措施控制探索

本文通過(guò)對(duì)豆礫石回填不飽滿問(wèn)題的成因綜合分析,逐步探索并采取了以下控制措施：1)對(duì)灌漿問(wèn)題監(jiān)理與施工單位的領(lǐng)導(dǎo)層必須高度重視,提高灌漿人員總體素質(zhì),增加技術(shù)人員、管理人員,豆礫石回填灌漿必須做好技術(shù)交底工作,嚴(yán)格控制配合比,嚴(yán)格回填工藝流程,提高回填技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)交流能力,指定專人負(fù)責(zé)灌漿材料供應(yīng),保持回填灌漿的連續(xù)性。2)回填設(shè)備的能力必須滿足不同回填方案的實(shí)施能力和調(diào)整能力,要配備充足的灌漿設(shè)備及配件,應(yīng)將絕大多數(shù)灌漿工作在TBM臺(tái)車上完成。3)對(duì)于塌方較為嚴(yán)重的地質(zhì)洞段,常規(guī)的豆礫石回填灌漿方案已不適用,應(yīng)考慮其他有效辦法,可考慮固結(jié)灌漿方案,通過(guò)不同地質(zhì)洞段的灌漿試驗(yàn)來(lái)確定灌漿范圍、技術(shù)參數(shù)、檢查標(biāo)準(zhǔn)。4)對(duì)土洞段,泥巖塌方洞段及有水洞段因灌漿母體強(qiáng)度較弱,即便采取了回填灌漿及固結(jié)灌漿,很可能仍達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,對(duì)于以上灌漿結(jié)果都無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),本工程采用封閉環(huán)：a.預(yù)制管片內(nèi)預(yù)埋鋼管。因本工程在豆礫石回填與固結(jié)灌漿中,底管片灌漿采用了砂漿灌注的方法,從而根據(jù)開(kāi)挖中實(shí)際支護(hù)使用的管片型號(hào),提前在管片(側(cè)、頂)預(yù)制中預(yù)埋化學(xué)灌漿管,主管直徑為50 mm,支管直徑為25 mm,為了在管片預(yù)制中水泥漿液流入預(yù)埋管內(nèi),在管頂加特制的塑料帽,在上述管片出窯后,利用手工鉆將管片背后的預(yù)埋管制成花管。b.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)封閉環(huán)經(jīng)驗(yàn),Ⅳ類,Ⅴ類圍巖以20環(huán)～30環(huán)為宜,Ⅱ類,Ⅲ類以30環(huán)～50環(huán)為宜(為確保施工進(jìn)度和質(zhì)量,宜利用TBM檢修或卡機(jī)等停機(jī)時(shí)間進(jìn)行封閉的施工和檢查)。c.側(cè)、頂管片預(yù)埋鋼花管,采取的措施有封閉環(huán)中灌入水玻璃雙液漿,瑞米Ⅰ號(hào)化灌材料,并在管片澆筑過(guò)程中由鋼花管變?yōu)镻VC管,灌漿量每25環(huán)形成一個(gè)封閉環(huán),化灌量為180 kg/環(huán),其效果使管片錯(cuò)臺(tái)較小,管片安裝后很快趨于穩(wěn)定,取芯強(qiáng)度較高,超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)豆礫石回填灌漿的認(rèn)真研究分析,豆礫石回填灌漿問(wèn)題從以下兩個(gè)方面來(lái)考慮：選擇合理的施工方案,配備足夠的回填設(shè)備,提高回填人員素質(zhì),保證回填材料供應(yīng),保持回填灌漿的連續(xù)性;如果以上辦法不能解決,只能在施工技術(shù)中進(jìn)行彌補(bǔ),通過(guò)本工程實(shí)踐來(lái)看,設(shè)置封閉環(huán)應(yīng)用效果良好,提高了灌漿質(zhì)量,使豆礫石回填灌漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求,提高了施工質(zhì)量,達(dá)到了預(yù)期效果。