蒲正林

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司大西鐵路客運(yùn)專線工程指揮部，山西臨汾 041000)

1 概述

大西客運(yùn)專線上白隧道位于山西省聞喜縣境內(nèi)，全長(zhǎng)1 717 m(里程DK594+747～DK596+464)，自進(jìn)口至出口為1.45%的上坡，隧道最大埋深126.22 m。隧道為黃土臺(tái)塬地貌，沖溝發(fā)育，地形起伏較大，大部分被黃土覆蓋，地表多為耕地及林地。根據(jù)設(shè)計(jì)縱斷面圖顯示，隧道整體圍巖均較差(全隧設(shè)計(jì)圍巖等級(jí)均為黃土Ⅴ級(jí)，最大開挖斷面161.23 m3)，開挖過(guò)程中有大面積的砂層滑落，導(dǎo)致隧道初期支護(hù)無(wú)法正常施工。經(jīng)研究決定采用深孔高壓注漿，這一方法能使砂層圍巖的自穩(wěn)能力加強(qiáng)，在開挖過(guò)程中砂層不會(huì)滑落，保證現(xiàn)場(chǎng)正常施工，給下一道工序爭(zhēng)取了充足的時(shí)間。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，深孔高壓注漿方法能使砂層隧道正常施工，并且施工工藝簡(jiǎn)單，易于操作，材料價(jià)格適宜。采用這一方法，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 施工工藝流程及方法

2.1 施工工藝流程(圖1)

圖1 施工工藝流程

2.2 注漿裝置(圖2)

注漿原理將中心注漿管插入套管內(nèi)，再將套管和中心注漿管一起插入打入土體的注漿管;擰緊套管后端螺絲，使受壓后的橡膠棒膨脹做止?jié){塞，橡膠棒膨脹后與注漿管摩擦有足夠的壓力后開始注漿。注完一段后，松開套管后端螺絲，使套管和中心注漿管在注漿管內(nèi)后退一定距離，再擰緊套管后端螺絲，繼續(xù)注漿。

圖2 注漿裝置

2.3 施工工藝(圖3)

圖3 注漿施工工藝

3 注漿漿液的選擇

3.1 注漿漿液

單液漿一般采用水泥漿液，水泥與水的質(zhì)量比為1∶1。這種漿液在本隧道中主要用于初期支護(hù)施工完畢后在初期支護(hù)背后回填注漿，填滿背后的空洞，雙液漿注漿一般采用水泥水玻璃。在注水泥水玻璃時(shí)既要達(dá)到一定的擴(kuò)散半徑，又不能使?jié){液的擴(kuò)散半徑過(guò)大造成浪費(fèi)，根據(jù)施工的注漿經(jīng)驗(yàn)一般采用35Be'的水玻璃。但實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，此種注漿配比水泥的膠凝速度過(guò)快(十幾秒)，達(dá)不到一定的擴(kuò)散半徑就凝固了，而且注漿泵稍一停就發(fā)生了堵管現(xiàn)象，說(shuō)明這種配比不適合此工程地質(zhì)情況，因此要對(duì)注漿參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，選擇合適的水玻璃濃度配比。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 水泥水玻璃配比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出水泥與水玻璃的漿液初凝速度相差不大，終凝速度相差很大的結(jié)論，所以起到關(guān)鍵作用的是漿液的終凝時(shí)間，在本隧道中，為了有效地加強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力，并且使?jié){液的擴(kuò)散半徑保持在0.5～1 m范圍以內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)采用波美度為10 Be'的水玻璃，水泥與水玻璃的體積比為1∶1的漿液。

3.2 注漿材料

對(duì)材料要求可灌性好，易于注入;穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生離析和沉淀，能在要求的時(shí)間內(nèi)凝固或凝結(jié)，固結(jié)后有較高的強(qiáng)度等級(jí)和抗?jié)B性;具有一定的強(qiáng)度，結(jié)石體抗?jié)B性好;材料來(lái)源豐富，便于運(yùn)輸與儲(chǔ)存;在常溫、常壓下較長(zhǎng)時(shí)間存放不改變其基本性質(zhì)，存放不受溫度、濕度變化的影響;價(jià)格適宜;無(wú)毒、無(wú)臭，不污染環(huán)境，對(duì)人體無(wú)害;漿液對(duì)注漿設(shè)備、管路、混凝土結(jié)構(gòu)物及橡膠制品等無(wú)腐蝕性，并容易清洗。漿液配制方便，工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易簡(jiǎn)便。

4 注漿參數(shù)的控制

4.1 注漿裝置的制作要求

注漿管采用φ42 mm無(wú)縫鋼管制作。先把鋼管截成5 m長(zhǎng)，在鋼管的一端做成30 cm長(zhǎng)的圓錐狀。距注漿管后端100 cm不開孔，剩余部分每隔20 cm梅花型布設(shè)φ5 mm～φ10 mm的溢漿孔。中心注漿管采用φ20 mm的無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度為5.2 m。前端制作螺絲扣(螺絲扣長(zhǎng)度20 cm)用來(lái)固定橡膠棒和橡膠壓盤不脫落。后端制作螺絲扣(長(zhǎng)度40 cm)用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)固定手柄和活動(dòng)手柄產(chǎn)生壓力使橡膠棒壓縮膨脹。套管選用φ30 mm的無(wú)縫鋼管，其長(zhǎng)度為500 cm。橡膠棒和壓盤的直徑與套管一樣大。

4.2 注漿管的安設(shè)

應(yīng)采用引孔頂入法，其安設(shè)步驟為:

(1)用帶沖擊錘的風(fēng)鉆將小導(dǎo)管頂入;

(2)用吹風(fēng)管將管內(nèi)砂石吹出或用掏勾將砂石掏出;

(3)注漿管周圍縫隙用錨固劑封堵，為防止注漿過(guò)程中工作面漏漿，必須對(duì)工作面進(jìn)行噴混凝土封閉后再安設(shè)注漿管。噴射厚度50 mm。

4.3 注漿管布置

隧道每循環(huán)鋼支撐間距為60 cm，每開挖2個(gè)循環(huán)注漿1次，管長(zhǎng)為5 m，環(huán)向間距100 cm，施作范圍拱部180°范圍，外插角盡量控制在14°～20°，以保證注漿管的有效長(zhǎng)度。存在漏點(diǎn)時(shí)按50～100 cm進(jìn)行加密布孔，并根據(jù)需要適當(dāng)鉆排氣、排水、排泥漿的輔助孔。

4.4 注漿孔的設(shè)置

沿鋼拱架左下側(cè)連接板50 cm處開始向右布孔，孔直徑5 cm，孔間距100 cm，下一循環(huán)沿鋼拱架左下側(cè)連接板100 cm處開始向右布孔，孔直徑5 cm，孔間距100 cm，盡量避免相鄰2個(gè)循環(huán)注漿管在隧道徑向重疊。將注漿管打入設(shè)定的深度后，用高壓風(fēng)或清水清除注漿管內(nèi)的雜物。

4.5 注漿順序

沿隧道軸線由低到高、由下往上、隔孔進(jìn)行注漿。

4.6 漿液擴(kuò)散范圍

漿液擴(kuò)散半徑50 cm。漿液擴(kuò)散范圍與漿液粘度、凝膠時(shí)間、注漿的壓力、速度、注漿量有關(guān)，設(shè)計(jì)中常用類比參考值選用，漿液注入量可根據(jù)擴(kuò)散半徑及巖層裂隙率計(jì)算確定。施工中根據(jù)注漿效果適當(dāng)增減。漿液注入量按下式計(jì)算

式中R——漿液擴(kuò)散半徑，m，取0.5 m;

L——注漿管長(zhǎng)，取4 m;

n——地層孔隙率;

α——地層填充系數(shù)，一般取0.8;

β——漿液消耗系數(shù)，一般取1.1～1.2。

4.7 壓漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

開始注漿壓力一般小于0.5 MPa，注漿過(guò)程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當(dāng)壓力達(dá)到注漿終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%以上，可結(jié)束該孔注漿;注漿壓力未能達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量，無(wú)漏漿現(xiàn)象，亦可結(jié)束該孔注漿。本循環(huán)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)漏注現(xiàn)象，即可結(jié)束本循環(huán)注漿。

5 注漿設(shè)備

(1)注漿應(yīng)配備與工藝相適應(yīng)的成孔設(shè)備、注漿設(shè)備、攪拌設(shè)備和其他設(shè)備，不可臨時(shí)拼湊，以保證注漿質(zhì)量。

(2)成孔設(shè)備可根據(jù)地質(zhì)情況選用成孔深度4 m以上的風(fēng)鉆、高壓(0.6 MPa)吹管。

(3)根據(jù)注漿工藝，應(yīng)配有單液注漿泵，其注漿壓力應(yīng)不小于5 MPa，排漿量應(yīng)大于50 L/min，并可連續(xù)注漿。

(4)攪拌水泥漿的設(shè)備應(yīng)選用低速機(jī)械式攪拌機(jī)，其攪拌有效容積不小于400 L。

(5)注漿時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要配有混合器、抗振壓力表、高壓膠管、高壓球閥、水箱及儲(chǔ)漿桶等輔助設(shè)備。

(6)注漿時(shí)，還應(yīng)配備必要的檢驗(yàn)測(cè)試設(shè)備，如:秒表、pH計(jì)、波美計(jì)等。

(7)所有計(jì)量?jī)x器、儀表均應(yīng)有產(chǎn)品合格證及檢定單位檢定合格證。

6 質(zhì)量控制和預(yù)防措施

(1)注漿開始前，應(yīng)根據(jù)單液漿注漿方式正確連接管路。

(2)注漿開始前，應(yīng)進(jìn)行壓水或壓稀漿試驗(yàn)，檢驗(yàn)管路的密封性和地層的吸漿情況，壓水試驗(yàn)的壓力不小于設(shè)計(jì)終壓，時(shí)間不小于5 min。

(3)注漿時(shí)，要經(jīng)常觀測(cè)注漿壓力和流量的變化，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理。注漿過(guò)程中，如壓力逐漸上升，流量逐漸減少屬于正?，F(xiàn)象;如壓力長(zhǎng)時(shí)間不上升(注漿5 min)流量不減，可能是跑漿或漏漿;如壓力急劇上升，流量急劇減少，在排除地層因素外，可能是管路阻塞。

(4)注漿過(guò)程中，要經(jīng)常觀察工作面及管口情況，發(fā)現(xiàn)漏漿和串漿，要及時(shí)進(jìn)行封堵。

(5)注漿過(guò)程中要做好注漿記錄，每隔5 min詳細(xì)記錄壓力，流量，凝膠時(shí)間等，并記錄注漿過(guò)程中的情況。

(6)為防止串漿情況發(fā)生，注漿時(shí)應(yīng)采取隔孔注漿的順序進(jìn)行。

7 注漿效果檢查

注漿結(jié)束前，必須對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，確認(rèn)已達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，方可結(jié)束注漿。否則必須進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。效果檢查的主要方法為分析法和直觀檢查法。分析法:對(duì)注漿記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢查每孔壓力流量是否達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，有無(wú)漏漿、串漿情況，從而反算漿液擴(kuò)散范圍;檢查本循環(huán)所有注漿孔是否都按規(guī)定進(jìn)行了注漿，有無(wú)漏注或無(wú)法注漿的情況，判定注漿效果。直觀檢查法:在開挖過(guò)程中觀察漿液擴(kuò)散情況，地層是否達(dá)到了有效的固結(jié)，有無(wú)漏水和流砂現(xiàn)象，完善和修改下次循環(huán)注漿參數(shù)。

8 隧道注漿加固效果

隧道砂性圍巖注漿加固以后，砂層不在有大面積的滑落，能夠滿足開挖的條件。只要有漿液滲入到的砂層，都能夠使砂層的流動(dòng)性發(fā)生質(zhì)的改變。開挖后有充足的時(shí)間完成下一步施工工序。如果漿液擴(kuò)散不是很均勻，尤其隧道拱頂上部，由于拱部砂層壓力比較大，流沙問(wèn)題還是存在，有局部地方仍然有砂層在流動(dòng)，只局限于小部分的砂層，給施工不會(huì)帶來(lái)影響。鑒于拱頂?shù)牧魃?，現(xiàn)場(chǎng)采用外插角20°～25°的大角度注漿，加強(qiáng)注漿管的密度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，也取得很好的效果。

9 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)隧道洞身范圍內(nèi)都有不同程度的砂層，采用深孔高壓注漿對(duì)砂層進(jìn)行注漿，加強(qiáng)砂層的自穩(wěn)能力，從而使砂層在開挖過(guò)程中不流動(dòng)，給下一道施工工序提供了充足的施工時(shí)間，降低了開挖風(fēng)險(xiǎn)，確保了安全，提高了施工速度，在施工過(guò)程中都起到了積極的作用。

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