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        帷幕注漿在山嶺隧道富水軟弱復(fù)雜地層的應(yīng)用

        2016-01-01 00:00:00徐鋒朱彬
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年2期

        摘 要:通過對得利隧道在富水軟弱復(fù)雜地層出現(xiàn)涌水涌泥的原因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),由于隧道掘進(jìn)過程中遇到軟弱破碎巖體,泥化夾層呈軟塑狀,且地下水豐富,最終造成了掌子面涌水涌泥。針對現(xiàn)場實(shí)際情況,制定了全斷面帷幕注漿用法加固塌方區(qū)周邊圍巖的方案。經(jīng)過注漿效果綜合分析法與檢查孔法評定,該加固方案達(dá)到了預(yù)期效果,有效的加固了軟弱泥化夾層及變質(zhì)巖包裹體等不良地層,滿足該段隧道安全穩(wěn)定的開挖要求。

        關(guān)鍵詞:帷幕注漿;富水地層;效果評價

        1 工程概況

        得利隧道位于陜西省漢中市佛坪縣轄區(qū),區(qū)域?yàn)榍貛X南麓中山區(qū),平均海拔約1200m,最高海拔為1790m。洞身地表起伏較大,地表自然坡度30°~50°,多為基巖峭壁。山高坡陡,基巖裸露,溝壑縱橫,地形復(fù)雜,植被茂密。

        得利隧道2號斜井西安方向DK150+137~DK149+965段,地層巖性為華力西期閃長巖,巖體較完整,節(jié)理較發(fā)育,為Ⅱ級圍巖。

        2 現(xiàn)場涌水涌泥(石)情況

        得利隧道2#斜井西安向施工至DK150+137掌子面時,巖性為華力西期閃長巖,為韌性剪切帶夾泥化夾層,呈條帶狀,巖體受構(gòu)造影響嚴(yán)重,節(jié)理裂隙呈密集發(fā)育帶,局部夾有灰黑色泥化夾層、侵入巖包裹體、石英條帶、巖塊,灰黑色泥化夾層遇水軟化、泥化并染手,巖體穩(wěn)定性差,拱部及邊墻出現(xiàn)涌水,水量約5000m3/d,掌子面拱部出現(xiàn)較大空腔,根據(jù)現(xiàn)場情況及地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果初步判斷,掌子面前方為節(jié)理密集帶,富水,水量無減少跡象,見圖1。

        圖1 DK150+137掌子面涌水涌泥

        當(dāng)?shù)美淼?號斜井西安方向施工至DK150+133時,上臺階掌子面中部出現(xiàn)股狀涌水及掉塊現(xiàn)象,侵入巖包裹體呈碎渣狀,遇水泥化、軟化并染手,形成黑水,整體穩(wěn)定性差,水量未減少,掌子面拱部前方大管棚內(nèi)側(cè)出現(xiàn)2.5×10×1.5m(縱向×環(huán)向×高)較大空腔。為了保證施工安全和進(jìn)度,必須對施工現(xiàn)場出現(xiàn)的問題進(jìn)行處理。

        3 處理方案

        3.1 初步方案

        根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)、TSP、超前水平鉆探結(jié)果,綜合各方意見,最終得出了掌子面涌水涌泥的產(chǎn)生原因和處理方案:

        得利隧道2號斜井西安方向DK150+137掌子面通過地層巖性為華力西期閃長巖與元古界變質(zhì)巖接觸帶,華力西期閃長巖在形成過程中,俘虜了周圍元古界變質(zhì)巖所形成的包裹體。巖體軟弱破碎,泥化夾層呈軟塑狀,地下水豐富,造成掌子面涌水涌泥。

        因此,將DK150+137-DK150+112段圍巖級別調(diào)整為Ⅵ級,采用全斷面帷幕注漿加固堵水施工,于DK150+140處設(shè)置止?jié){墻,厚度3m,采用C30混凝土,仰坡坡率1:0.3。超前帷幕注漿加固循環(huán)段長25m(含止?jié){墻),每循環(huán)預(yù)留5m作為下一循環(huán)止?jié){巖盤,開挖20m,注漿加固范圍為開挖輪廓線外5m,擴(kuò)散半徑2.5m,終孔間距≤4.0m,合計(jì)79孔,注漿材料采用普通硅酸鹽水泥單液漿,建議漿液配合比:水灰比=1:1,注漿終壓6~8MPa。后續(xù)段落施工根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報及掌子面揭示圍巖情況再確定。

        3.2 方案調(diào)整

        得利隧道2號斜井西安方向施工至DK150+137時,掌子面地層巖性為華力西期閃長巖與元古界變質(zhì)巖接觸帶,泥化夾層呈軟塑狀,地下水豐富,造成掌子面涌水涌泥,拱部出現(xiàn)較大空腔,清理止?jié){墻基底時發(fā)現(xiàn)下臺階巖體軟弱破碎,涌泥形成的堆積體成流體狀,在此位置施作止?jié){墻基礎(chǔ)穩(wěn)定性差。因此,對原方案進(jìn)行了調(diào)整,具體如下:(1)將止?jié){墻里程后退9m,調(diào)整至DK150+149。(2)全斷面帷幕注漿加固堵水施工段落調(diào)整為DK150+149~DK150+124(25m)。(3)DK150+149~DK150+133段落上半部斷面采用洞碴裝袋堆碼回填,形成臨時坡面。

        4 帷幕注漿施工

        4.1 施工方法及工藝

        根據(jù)掌子面實(shí)際地質(zhì)及施工條件,參考相關(guān)類似工程成功經(jīng)驗(yàn),按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求,并通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)決定采用前進(jìn)式分段注漿施工工藝,分段距離施工中根據(jù)地質(zhì)條件及注漿效果進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,加固圈5m;如達(dá)不到預(yù)計(jì)效果,注漿范圍根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)大。

        全斷面帷幕注漿加固長度為25m,開挖20m,并保留5m作下一循環(huán)的止?jié){盤。注漿加固鉆孔剖面如圖2所示。

        4.2 注漿孔設(shè)計(jì)

        根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,結(jié)合得利隧道該注漿段落地層破碎、富水的特點(diǎn)及現(xiàn)場實(shí)際情況,同時還結(jié)合以往的注漿經(jīng)驗(yàn),確定本段注漿循環(huán)單孔擴(kuò)散半徑2.5m,加固范圍為隧道開挖輪廓線外5m,沿隧道開挖輪廓線布置四圈注漿孔,外圈孔(A序孔24個)終孔距輪廓線外3.92m,內(nèi)圈孔(B序孔17個)終孔1.73m,掌子面孔(C序孔11個)終孔距輪廓線內(nèi)1.2m,核心土穩(wěn)定孔(D序孔5個)終孔輪廓線內(nèi)4.2m;設(shè)內(nèi)外圈補(bǔ)強(qiáng)孔(E序孔22個)終孔距輪廓線外3.4m;C/D序(共16孔)注漿孔終孔后,放入玻璃纖維錨桿加固穩(wěn)定圍巖。注漿開孔設(shè)計(jì)圖見圖3,終孔設(shè)計(jì)圖見圖4。

        4.3 注漿材料及配合比選用

        注漿初期止?jié){墻背后水量較大,預(yù)留泄水孔處水量約120m3/h,需要頂水注漿;在初期選擇以硫鋁酸鹽單液漿為主,普通硅酸鹽水泥-水玻璃雙液漿為輔的注漿方式;等出水量減小到一定程度,再采用普通硅酸鹽水泥為主,普通硅酸鹽水泥-水玻璃雙液漿為輔的注漿方式;在洞碴回填及掌子面區(qū)域,主要采用普通水泥單液漿來固結(jié)破碎地層,以保證15m后的成孔質(zhì)量和輔助注漿;施工過程根據(jù)出水量、地質(zhì)及施工情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,保證注漿在預(yù)加固范圍內(nèi)的可控性。注漿壓力及擴(kuò)散半徑:終孔壓力為靜水壓力的2~3倍,注漿終壓6~8MPa,單孔注漿有效擴(kuò)散半徑為2.5m,共計(jì)79孔(見圖5)。

        5 治理效果和結(jié)論

        本循環(huán)最終完成注漿79個孔,累計(jì)注漿量為911.65m3。由公式∑Q=Vnα(1+β)可得

        α=∑Q/Vn(1+β)=∑Q/S·L·n(1+β)

        =911.65/(418×25×10%×1.05)=0.8308

        即漿液填充率為83.1%,滿足注漿堵水加固要求。(其中,斷面面積取開挖輪廓線外5m范圍內(nèi),L注漿加固縱向長度為25m,地層空隙率n取10%、取值介于裂隙帶和斷層帶之間,漿液損失率β按5%計(jì)。)

        經(jīng)過注漿效果綜合分析法與檢查孔法評定后,本循環(huán)的注漿加固達(dá)到了預(yù)期效果(見圖6、7),有效地加固了軟弱泥化夾層及變質(zhì)巖包裹體等不良地層,滿足該段落安全穩(wěn)定的開挖要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]宋成輝.圍巖快速分級及穩(wěn)定性超前預(yù)測方法研究[D].北京:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,2005.

        [2]王立忠,胡亞元,王百林,等.崩塌松散圍巖隧道施工穩(wěn)定分析與監(jiān)控[J].巖石工程與力學(xué)學(xué)報,2003,22(4):589-595.

        [3]楊曉華,謝永利.公路隧道塌方綜合治理技術(shù)[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,24(1):61-64.

        作者簡介:徐鋒(1980-),男,陜西長安人,工程師,主要從事施工技術(shù)管理工作。

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