宗兆博（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

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隧洞穿越河流蓋板涵式地表注漿技術(shù)

宗兆博
（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

［摘 要］工程采用水泥單液漿的地面預(yù)注漿處治措施。根據(jù)實(shí)際地形與地質(zhì)條件，對(duì)洞室周邊圍巖加固采用地面注漿的施工方案。由于注漿范圍及鉆孔的布設(shè)，類似于公路的蓋板涵形狀，因此將此種地面預(yù)注漿方案命名為“蓋板涵式”注漿。文中詳細(xì)介紹了注漿的設(shè)計(jì)參數(shù)、注漿范圍及鉆孔布設(shè)、施工工藝及質(zhì)量檢查的方法及結(jié)果等。

［關(guān)鍵詞］隧洞；穿越河流；注漿技術(shù)

某段隧洞橫向穿越渾河，成洞洞徑7.28 m，采用鉆爆法暗挖通過(guò)，隧洞斷面為馬蹄形，穿越長(zhǎng)度為110 m。隧洞洞頂埋深7.9～11.0 m，圓礫層厚約3.2～6.0 m，上覆巖體厚度4.1～6.3 m。洞室圍巖巖性為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r，以強(qiáng)風(fēng)化為主，局部為弱風(fēng)化。為提高圍巖強(qiáng)度，降低圍巖的通透水性能，改善隧洞成洞效果的作用，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)水資源、保證工程安全之目的，計(jì)劃采用水泥單液漿的地面預(yù)注漿處治措施。根據(jù)實(shí)際地形與地質(zhì)條件，對(duì)洞室周邊圍巖加固采用地面注漿方案、洞內(nèi)采用管棚施工方案。由于注漿范圍及鉆孔的布設(shè)，類似于公路的蓋板涵形狀，因此將此種地面預(yù)注漿方案命名為“蓋板涵式”注漿。

1　注漿設(shè)計(jì)參數(shù)

為了選擇適合該段地質(zhì)條件的最佳漿液配合比、注漿壓力等相關(guān)參數(shù)，通過(guò)對(duì)前期地質(zhì)勘探孔提供的地層巖性、巖體完整性、巖體滲透性等數(shù)據(jù)，采用通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法鉆孔進(jìn)行注漿試驗(yàn)，確定水泥漿液的濃度和鉆孔間距。

根據(jù)試驗(yàn)效果確定：水泥漿液的標(biāo)準(zhǔn)濃度為2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1（重量比）4個(gè)等級(jí)。每段灌注的水泥漿初始濃度為2∶1。

地表注漿前，應(yīng)進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，灌漿試驗(yàn)的的孔位與孔距結(jié)合設(shè)計(jì)的灌漿孔位進(jìn)行，最終的灌漿壓力和漿液水灰比應(yīng)根據(jù)灌漿試驗(yàn)確定。采用分段灌漿的范圍第一段灌漿壓力不超過(guò)1.5 MPa，以后分段不超過(guò)0.8 MPa；隧洞洞頂范圍內(nèi)采用一次注漿的灌漿壓力不大于0.8 MPa。

2　注漿范圍及鉆孔布設(shè)

2.1注漿范圍

注漿范圍可根據(jù)地質(zhì)情況、地下水壓力大小和隧洞施工方法等因素綜合確定。一般來(lái)說(shuō)，注漿加固半徑為隧洞開(kāi)挖半徑的2～3倍，當(dāng)?shù)叵滤畨毫^(guò)大或在水下施工時(shí)，應(yīng)為隧洞開(kāi)挖半徑的4～6倍。

該段隧洞。開(kāi)挖半徑為9.28 m。由于該段隧洞地下水壓力較小，地面注漿方案加固范圍為：對(duì)隧洞距離隧洞開(kāi)挖邊線左右兩側(cè)各3 m范圍的圍巖進(jìn)行注漿，注漿孔間距2.5 m，注漿孔布置范圍寬度17.5 m，沿隧洞軸線長(zhǎng)度84 m。注漿深度范圍為：隧洞開(kāi)挖斷面外為隧洞開(kāi)挖洞底以下3.0 m，隧洞洞頂以上為巖石分界線1.0 m以下的范圍。

2.2注漿孔布設(shè)

根據(jù)注漿試驗(yàn)確定注漿的擴(kuò)散半徑為1.5 m，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)注漿壓力、注入能力和注漿時(shí)間等情況確定其孔位布設(shè)。注漿時(shí)，先行鉆孔，鉆孔孔徑為φ127 mm；孔口管采用φ91 mm的鋼管，穿透砂卵礫石層，深入基巖層1～2 m，之后灌漿段下入鋼管φ75 mm。

3　施工工藝

3.1鉆孔及鉆灌工藝

1）布孔。根據(jù)標(biāo)定的高程控制點(diǎn)和樁號(hào)，利用全站儀和鋼尺定出施工圖上鉆孔的實(shí)際孔位，并做好標(biāo)記。

2）鉆孔。①鉆機(jī)就位，鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于10 cm。因故變更孔位時(shí)，應(yīng)征得設(shè)計(jì)同意。實(shí)際孔位應(yīng)有記錄。②鉆孔采用300和150型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆孔及潛孔錘鉆孔，鉆頭采用金剛石鉆頭或硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)。灌漿孔的開(kāi)孔孔徑為φ127 mm，孔口管采用φ91 mm，灌漿段采用孔徑為φ75 mm，鉆孔孔壁應(yīng)平直完整，孔深符合設(shè)計(jì)規(guī)定。③灌漿鉆孔保證孔向準(zhǔn)確，鉆機(jī)安裝平正穩(wěn)固；鉆機(jī)立軸和孔口管的方向必須垂直；鉆進(jìn)應(yīng)采用較長(zhǎng)的粗徑鉆具并適當(dāng)?shù)乜刂沏@進(jìn)壓力。④鉆灌漿孔時(shí)對(duì)巖層、巖性以及孔內(nèi)各種情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。⑤鉆進(jìn)結(jié)束等待灌漿或灌漿結(jié)束等待鉆進(jìn)時(shí)，孔口均堵蓋，妥加保護(hù)。

3）鉆孔沖洗。鉆孔完成以后，及時(shí)地將鉆孔沖洗干凈，孔內(nèi)沉積厚度不得超過(guò)20 cm，并保護(hù)好孔口，防止污水流進(jìn)或異物落入孔內(nèi)。

3.2制漿與灌漿

1）灌漿材料。灌漿所采用的水泥為普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為PO32.5，滿足設(shè)計(jì)要求。水泥進(jìn)場(chǎng)后由分隊(duì)妥善保管，不使用受潮結(jié)塊的水泥；灌漿用水采用河水，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

2）制漿。采用分散制漿，水泥采用稱量法，漿液攪拌均勻并測(cè)定漿液密度。

表3　各種水灰比漿液密度參照表

純水泥漿液的攪拌時(shí)間不少于3 min；配置水泥漿液時(shí)，先加水，而后加入水泥。漿液溫度應(yīng)保持在5～40℃之間。

3）灌漿設(shè)備和機(jī)具。采用400/200攪拌機(jī)制漿，其轉(zhuǎn)速和拌和能力與所攪拌漿液類型和灌漿泵的排漿量相適應(yīng)，能保證均勻、連續(xù)地拌制漿液；采用100/6型多缸柱塞式灌漿泵灌漿，其性能與漿液類型、濃度相適應(yīng)，容許工作壓力為4 MPa，大于最大灌漿壓力的1.5倍，并有足夠的排漿量和穩(wěn)定的工作性能；灌漿管路為鋼絲編織膠管，能夠保證漿液流動(dòng)暢通，并能承受1.5倍的最大灌漿壓力；灌漿泵和灌漿孔口處均安設(shè)壓力表，保證壓力在壓力表最大標(biāo)值的1/4～3/4之間。壓力表定期進(jìn)行檢定，不使用不合格的和已損壞的壓力表；壓力表和管路之間應(yīng)設(shè)有乳漿防止器隔漿；灌漿塞具有良好的膨脹性和耐壓性能，在最大灌漿壓力下能可靠地封閉灌漿孔段，并且易于安裝和卸除。所有灌漿設(shè)備定期維護(hù)保養(yǎng)，保證其正常工作狀態(tài)，并有備用量。

4）灌漿。灌漿方法和灌漿方式：采用孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)灌漿法，射漿管距孔底不大于50 cm；射漿管主要采用鉆桿，也可采用1寸塑料管為射漿管。灌漿順序?yàn)橛赏饧皟?nèi)，分序施工，先施工周邊孔，再施工內(nèi)側(cè)孔；分兩序孔施工，相鄰先序孔施工完即可施工后序孔。采用一次鉆孔至底，隧洞開(kāi)挖線范圍外的部分自上而下分段、孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)灌漿工藝。開(kāi)挖范圍內(nèi)（洞頂范圍）全孔一次注漿。鉆孔灌漿時(shí)，灌漿孔段長(zhǎng)度依次為4 m、5 m、5 m、2.28 m。灌漿孔各灌漿段，不論透水率大小均應(yīng)按技術(shù)要求進(jìn)行灌漿。每段灌漿結(jié)束后不待凝?？卓诠転棣?9 mm無(wú)縫鋼管；孔口管待凝24 h后，方進(jìn)行第二段的鉆孔和灌漿工作。

灌漿壓力。灌漿壓力為：第一段0.8 MPa，以下各段為0.8～1.2 MPa。

灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃，逐級(jí)變換。灌漿漿液水灰比采用2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1等4個(gè)比級(jí)。

灌漿漿液變換：當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量已達(dá)300 L以上或灌注時(shí)間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著，應(yīng)換濃一級(jí)水灰比漿液灌注；當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。灌漿過(guò)程中，灌漿壓力或注入率突然改變較大時(shí)，立即查明原因，將漿液濃度變回到原來(lái)濃度繼續(xù)灌注。當(dāng)灌漿壓力不變，注入率逐漸減小或注入率不變而灌漿壓力逐漸增加時(shí)，應(yīng)按這一濃度繼續(xù)灌注。

注漿過(guò)程中應(yīng)根據(jù)漿液擴(kuò)散情況、注漿量、注漿壓力等參數(shù)調(diào)整注漿材料和配合比。注漿過(guò)程中應(yīng)做好記錄，包括孔位、孔徑、孔深、漿液配比、注漿壓力、注漿量、串漿等。在規(guī)定壓力下，灌漿段的吸漿量不大于1 L/min，持續(xù)灌注30 min，灌漿即可結(jié)束。地面注漿結(jié)束后，應(yīng)將灌漿孔進(jìn)行回填。

特殊情況處理：

①竄漿。如串漿孔具備灌漿條件，可同時(shí)進(jìn)行灌漿，否則應(yīng)進(jìn)行封堵。

②灌漿中斷。灌漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如因故中斷，應(yīng)及早恢復(fù)灌漿，否則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)鉆孔進(jìn)行沖洗或掃孔后恢復(fù)灌漿；恢復(fù)灌漿后的水灰比和灌注壓力可采用中斷前數(shù)值。

③外側(cè)灌漿段注入量大，灌漿難于結(jié)束時(shí)，應(yīng)采用限流、限壓、限量、間歇灌漿等措施灌注，持續(xù)灌注（灰）量可按照0.l～0.2 t/m控制，并報(bào)送監(jiān)理人批準(zhǔn)執(zhí)行。如仍不能解決問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參建各方現(xiàn)場(chǎng)確定。

3.3封孔

封孔采用“置換和壓力灌漿封孔法”：全孔終孔段灌漿結(jié)束后，用灌漿泵向?qū)Ч軆?nèi)泵入水灰比為0.5∶1的水泥漿，直至孔口返出濃漿為止。

當(dāng)進(jìn)行封孔灌漿時(shí)的注入量大于1 L/min時(shí)，應(yīng)按正常灌漿過(guò)程進(jìn)行灌漿，直至達(dá)到要求的結(jié)束條件。

4　質(zhì)量檢查

4.1檢查內(nèi)容和方法

1）地表灌漿質(zhì)量采用簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)的方法檢查為主，或按監(jiān)理人要求進(jìn)行巖芯鉆取。并將檢查結(jié)果提交監(jiān)理人。

2）地表灌漿的壓水試驗(yàn)檢查應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束3～7 d后進(jìn)行。灌漿結(jié)束后，承包人應(yīng)將灌漿記錄和有關(guān)資料提交監(jiān)理人，以便擬定檢查孔的孔位。檢查孔的數(shù)量不少于灌漿孔總數(shù)的5%。壓水試驗(yàn)段的數(shù)量的90%顯示的透水率不高于0.1/ （min.m.m），即為合格。否則，應(yīng)按監(jiān)理人指示或批準(zhǔn)的措施進(jìn)行處理。

4.2檢查結(jié)果

在灌漿結(jié)束10 d后，按監(jiān)理人指定位置，進(jìn)行了灌漿質(zhì)量檢查，檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　檢查孔壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)段檢查孔數(shù)為2個(gè)（DJ-6、DJ-7），各檢查孔均做壓水試驗(yàn)4段，其透水率均小于0.1/ （min.m.m），滿足設(shè)計(jì)要求，檢查結(jié)果為合格。

5　結(jié)論

穿越渾河河谷段采用地表“蓋板涵式”注漿加固法，有效加固了河床破碎圍巖，蓋板涵式”注漿比全斷面注漿節(jié)省灌漿水泥量約512 t（HSC），合計(jì)節(jié)省約251萬(wàn)元。

［參考文獻(xiàn)］

［1］文志嚴(yán)，郭俊華.雙聯(lián)拱隧道淺埋段地表加固施工技術(shù)探討［J］.西部探礦工程，2004（7）P112～P113.

［2］王忠文，欒占軍，楊智.通灌鐵路大蜂蜜溝隧道下穿富水淺埋段注漿施工技術(shù)［J］.建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2011（3）P51～P53.

［中圖分類號(hào)］TV543

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）02－0012－02

［收稿日期］#2015-10-03