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        隧道富水砂層施工中改良超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

        2016-12-31 00:00:00王波
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年13期

        摘 要:為消除富水砂層地質(zhì)對(duì)高速公路隧道正常施工的不利影響,采用超前預(yù)支護(hù)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改良。在施工過(guò)程中,對(duì)超前預(yù)注漿和大管棚支護(hù)的組合方式進(jìn)行改良,同時(shí)施作泄水孔減小掌子面水壓增加造成的突水突泥風(fēng)險(xiǎn),達(dá)到了預(yù)期的施工目的,有效保證了隧道施工的正常進(jìn)行。

        關(guān)鍵詞:超前支護(hù)技術(shù);改良;組合方式;富水砂層

        1 概述

        某高速公路隧道工程,隧道全長(zhǎng)786m。隧道洞身中部交替出現(xiàn)富水砂層,出水量最大約15.0m3/h,自DK203+752開(kāi)始含水砂層逐漸發(fā)育延伸至隧道拱頂,掌子面出水量逐漸加大,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果在DK203+760~DK203+790段洞身下部為粉質(zhì)粘土,拱頂下方約1.5m至拱頂上方3.9m范圍內(nèi)以細(xì)砂為主,局部夾雜圓礫石及少量粉質(zhì)粘土,終孔后的地下水總量約30m3/h。針對(duì)上述地質(zhì)狀況,施工方在施工中采用改良的注漿止水加固、大管棚支護(hù)、施作泄水孔等“排堵結(jié)合”[1]的超前支護(hù)手段對(duì)隧道掌子面前面富水含砂地層進(jìn)行預(yù)加固。

        2 施工難點(diǎn)

        根據(jù)某隧道設(shè)計(jì)圖紙及前期施工及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)所揭示的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況,富水含砂段超前支護(hù)施工的難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn):(1)隧道中部洞身地質(zhì)為粉質(zhì)粘土、砂巖,粉質(zhì)粘土與富水砂層互層,不利于掌子面穩(wěn)定。粉質(zhì)粘土與砂巖接觸帶、粉質(zhì)粘土與富水砂層接觸帶地段圍巖自穩(wěn)性極差,極易造成開(kāi)挖工作發(fā)生涌砂、涌水、突泥等險(xiǎn)情,而造成工作面失穩(wěn),給隧道開(kāi)挖帶來(lái)安全隱患。(2)地下水發(fā)育,地下水位位于拱頂上方,在粉質(zhì)粘土與砂巖接觸帶、粉質(zhì)粘土與富水砂層接觸帶均出現(xiàn)股狀水,進(jìn)出口日出水量約為35~60m3/h。預(yù)測(cè)涌水、涌砂量大,水對(duì)土體的穩(wěn)定和地基承載力均產(chǎn)生不良影響,施工中如果措施不當(dāng)則易造成拱腳部浸水變形而失穩(wěn),危及初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。(3)隧道通過(guò)段落地表村莊及耕地分部密集,隧道開(kāi)挖導(dǎo)致地表水流失,危及隧頂上方村民生產(chǎn)、生活用水安全。

        3 施工過(guò)程

        根據(jù)類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況,對(duì)隧道上斷面涌水涌砂段采取前進(jìn)式分段注漿和無(wú)工作室管棚注漿的組合方式進(jìn)行改良,通過(guò)漿液在地層中擠壓、劈裂有效降低地層含水率,并通過(guò)管棚進(jìn)行超前支護(hù),達(dá)到穩(wěn)定地層,提高地層承載力作用,最后沿開(kāi)挖輪廓線布置環(huán)向泄水孔,確保隧道開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)安全,快速通過(guò)不良地質(zhì)段。

        3.1 超前預(yù)注漿止水加固施工

        3.1.1 施作止?jié){墻

        止?jié){墻施作在上斷面(見(jiàn)圖1),高4.0m,厚度1.5m,采用C25混凝土澆筑,澆筑前止?jié){墻周邊采用2排環(huán)向間距1.5m,排距0.5m,長(zhǎng)2m的Φ25mm砂漿錨桿與圍巖相連,以保證止?jié){墻的穩(wěn)定。止?jié){墻施作過(guò)程一定要保證質(zhì)量,尤其是周邊與開(kāi)挖輪廓線的接觸部,必須密實(shí),防止漏漿。

        3.1.2 注漿施工

        上斷面超前預(yù)注漿循環(huán)縱向長(zhǎng)度20m,開(kāi)挖15米,徑向范圍為開(kāi)挖工作面及開(kāi)挖輪廓線外4m(外圈終孔在開(kāi)挖輪廓線外3.5m),縱向在10m處布設(shè)一個(gè)補(bǔ)孔斷面以減少注漿盲區(qū)。注漿孔布置具體(見(jiàn)圖2)。超前預(yù)注漿采取由外到內(nèi),由下到上間隔跳孔分二序孔施工。

        (1)注漿參數(shù)。注漿范圍縱向20m(不包括止?jié){墻);徑向開(kāi)挖工作面及輪廓線外4m(終孔在開(kāi)挖輪廓線外3.5m);漿液擴(kuò)散半徑1.5m;終孔間距2.2m;注漿終壓3~4MPa(試驗(yàn)過(guò)程根據(jù)地層情況調(diào)整);注漿孔徑φ90mm;注漿速度10~110L/min;注漿方前進(jìn)式分段注漿(3~5m/段);注漿孔數(shù)量49個(gè);(2)注漿材料。根據(jù)地質(zhì)情況及堵水加固要求,注漿材料以普通水泥-水玻璃雙液漿為主,普通水泥單液漿和超細(xì)水泥漿為輔。漿液配比參數(shù)如下:使用普通水泥-水玻璃雙液漿,水灰比為(0.8~1):1,其體積比為1:1;使用普通水泥單液漿,其則水灰比為(0.8~1.0):1;使用超細(xì)水泥單液漿,則需要注意其水灰比為(0.8~1.0):1。配比需要注意若施工需要可以向液漿中適當(dāng)加入外加劑,從而對(duì)液漿性能進(jìn)行調(diào)整,改變漿液早期強(qiáng)度以及凝膠時(shí)間。(3)注漿施工。超前預(yù)注漿采用前進(jìn)式分段注漿方式,施工流程如下(見(jiàn)圖3)。

        超前預(yù)注漿采用前進(jìn)式分段注漿方式,施工流程如下:

        標(biāo)定孔位,確定鉆進(jìn)外插角為13°,而后采用Φ130mm鉆頭低速鉆進(jìn)至2.0m,安設(shè)孔口管;孔口管采用Φ108mm,δ=5mm無(wú)縫鋼管加工,管長(zhǎng)1.5m,孔口管外壁纏繞50~80cm長(zhǎng)的麻絲成紡錘型,采用鉆機(jī)沖擊到設(shè)計(jì)深度,并用錨固劑錨固,以保證孔口管安設(shè)牢固、不漏漿;鉆孔注漿施工過(guò)程,每次鉆深3~5m后,退鉆進(jìn)行注漿施工,注漿達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后,再鉆進(jìn)3~5m,并進(jìn)行注漿,如此循環(huán)直到鉆注到設(shè)計(jì)深度。為保證開(kāi)挖工作面底部注漿效果,采用下入Φ32mmPVC進(jìn)行孔底注漿。

        3.1.3 如何判定注漿結(jié)束

        (1)單孔注漿完成標(biāo)準(zhǔn)。單孔注漿多結(jié)合定量標(biāo)準(zhǔn)以及定壓標(biāo)準(zhǔn)判定注漿結(jié)束。定壓標(biāo)準(zhǔn),即注漿終壓力確定在3.0~4.0MPa,且維持10min,則表示單孔注漿完成。而注漿終壓力主要依照地層可注性以及地層涌水壓力予以確定。定量標(biāo)準(zhǔn),即在試驗(yàn)階段對(duì)地層吸漿量以及空隙率進(jìn)行確定。試驗(yàn)初期,若地層空隙率為20%,那么對(duì)單孔注漿的設(shè)計(jì)注漿量應(yīng)為1.35m3/m,若施工過(guò)程中實(shí)際注漿量超過(guò)設(shè)計(jì)注漿量,且壓力無(wú)明顯增加,那么可以通過(guò)對(duì)漿液進(jìn)行調(diào)整,或間歇注漿,以此保證注漿壓力,完成單孔注漿。(2)全段注漿完成標(biāo)準(zhǔn)。全段所有注漿孔結(jié)束注漿,無(wú)漏注,且均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),符合設(shè)計(jì)要求。另外對(duì)全段進(jìn)行抽查,按總漿孔的10%進(jìn)行檢查,全部滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),全段注漿完成達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

        3.1.4 檢驗(yàn)注漿效果

        (1)P-Q-t曲線法。通過(guò)對(duì)注漿施工中所記錄的注漿壓力P、注漿速度Q進(jìn)行P-t,Q-t曲線繪制,根據(jù)地質(zhì)特征、注漿設(shè)備性能、注漿參數(shù)等對(duì)P-Q-t曲線進(jìn)行分析,從而對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)判。當(dāng)注漿施工中P-t曲線呈上升趨勢(shì),Q-t曲線呈下降趨勢(shì),注漿結(jié)束時(shí),注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓,注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量80%,則滿足效果檢查要求。(2)檢查孔法。選擇可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鉆孔檢查,檢查孔數(shù)量按注漿孔總數(shù)的10%控制。檢查孔不塌孔,不涌砂,檢查孔出水量小于0.2L/min·m。

        3.2 超前大管棚施工

        注漿結(jié)束后,在開(kāi)挖輪廓線外布置超前管棚支護(hù),管棚支護(hù)縱向長(zhǎng)與注漿段一致,長(zhǎng)20m。大管棚支護(hù)施工采取無(wú)工作室管棚施工技術(shù),沿開(kāi)挖輪廓線向內(nèi)50cm開(kāi)孔,環(huán)向間距40cm,外插角6°(與水平面夾角),共布設(shè)24根。

        大管棚采用外徑Φ76mm,壁厚6mm熱匝無(wú)縫鋼管加工,每節(jié)長(zhǎng)2~3m,沿管壁布設(shè)4排Φ6mm對(duì)稱溢漿孔,梅花形布設(shè),孔間距50cm,每根管棚末端一節(jié)不布設(shè)溢漿孔,前端加工成椎形尖端并封閉。管棚安設(shè)完成后進(jìn)行全孔一次性管棚注漿,注漿參數(shù)同超前注漿。

        施工流程:(1)依照設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)量放線,并標(biāo)定開(kāi)孔位置。(2)對(duì)鉆孔角度進(jìn)行確定,并調(diào)整鉆機(jī)鉆入角度。成孔后推進(jìn)管棚。(3)為保證管棚接頭相互錯(cuò)開(kāi),處于不同斷面,管棚采用2、3m、4m節(jié)段進(jìn)行連接,相鄰管棚接口錯(cuò)開(kāi)。(4)完成管棚的布設(shè)后,進(jìn)行一次性注漿。(5)為避免管棚侵限,施工過(guò)程將管棚推進(jìn)至開(kāi)挖線外。(6)開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)采用超前小導(dǎo)管注漿對(duì)大管棚之間的薄弱部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

        3.3 泄水孔施工

        為避免因注漿加固造成出水封閉,水壓上升,給開(kāi)挖帶開(kāi)風(fēng)險(xiǎn),上斷面超前預(yù)注漿和長(zhǎng)管棚支護(hù)施工完成后,沿開(kāi)挖輪廓線布置環(huán)向泄水孔,釋能泄壓。

        (1)上斷面沿著初支護(hù)縱向鉆設(shè)泄水孔,共布設(shè)5個(gè)。(2)泄水孔采用125mm開(kāi)孔,安設(shè)孔口管并固結(jié)牢固,通過(guò)孔口管鉆設(shè)直徑90mm的泄水孔。(3)泄水孔縱向長(zhǎng)度25m,終孔在開(kāi)挖輪廓線5m(加固體外)。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        經(jīng)過(guò)改良超前預(yù)注漿、大管棚支護(hù)這兩種超前支護(hù)技術(shù)的組合方式,止水加固效果良好,使該隧道洞身部分的富水含砂地層得到有效改良,再加上施作泄水孔,有效減小掌子面水壓增大產(chǎn)生的突水突泥風(fēng)險(xiǎn),保障了隧道施工的正常進(jìn)行,達(dá)到了超前支護(hù)施工的目的。

        參考文獻(xiàn)

        [1]關(guān)寶樹.隧道施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003:94-182.

        [2]GBT_50448-2008.水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

        [3]DLT 5148-2001.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

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