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        預注漿堵水技術在公路隧道施工中的應用探討

        2018-11-27 01:17:26覃冠霖
        西部交通科技 2018年8期
        關鍵詞:突水漿液圍巖

        覃冠霖

        (廣西壯族自治區(qū)田林公路管理局,廣西 百色 533000)

        0 引言

        通過對我國近年來公路隧道建設情況的分析可知,部分地段由于地質條件復雜,極易在施工擾動下引發(fā)突水、塌方等事故,威脅施工人員的生命安全。由此,為保證公路隧道施工的順利開展,針對部分圍巖破碎、裂隙發(fā)育、滲漏水嚴重地段,必須進行科學合理的排、堵水處理。本文以預注漿堵水技術為重點研究對象展開具體分析。

        1 公路隧道涌突水災害分析

        涌突水是隧道建設的突出災害之一,對安全施工、運營極為不利,下頁表1列舉了我國近年來修建的五指山隧道、毛壩1號隧道、獅子寨隧道、齊岳山隧道、華鎣山隧道的涌突水災害情況。

        表1 我國近年來公路隧道涌突水災害發(fā)生情況表

        通過上述隧道建設情況分析,充分顯示了隧道建設中涌突水的危害性與科學治理的迫切性。本文主要從預注漿堵水技術應用的角度出發(fā),探討隧道涌突水災害的治理。

        2 預注漿堵水技術的適用性

        2.1 涌突水主要控制方法

        公路隧道涌突水主要控制方法分為兩種:(1)“排”,即排出掌子面地下水,降低周邊地下水位;(2)“堵”,即阻斷地下水流路,抑制涌水。在公路隧道施工中,多數(shù)采用成本低、施工方便的排水方法,但是若地下水量大,或是地下水位下降困難,則需采用相應的堵水方法。

        事實上,根據(jù)相關工程實踐顯示,隧道中采用組合控制方法,即“排”與“堵”相結合的控制效果更佳,如表2所示簡單列舉了公路隧道涌突水主要控制方法。

        表2 公路隧道涌突水主要控制方法表

        2.2 預注漿堵水方法的適用范圍

        在公路隧道涌突水“排”與“堵”方法的選擇上,只要明確何時“堵水”即可?!岸滤弊畛S玫木褪亲{施工,通過在地層內注入漿液,形成固結土,有效降低地層透水性,增強圍巖穩(wěn)定性。

        通過注漿堵水實現(xiàn)完全止水是不可能的,其主要是通過形成一個弱透水帶來提高圍巖止水性能。當遇到以下三種情況時需采用預注漿堵水方法:

        (1)地下水量大、圍巖滲透系數(shù)>10-6~10-5cm/s;

        (2)地下水位降低會對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的不利影響;

        (3)需要減小作用在二次襯砌上的水荷載。

        3 預注漿堵水技術在公路隧道施工中的應用

        3.1 預注漿堵水方案選擇

        公路隧道施工中超前預注漿方案眾多,如全斷面(帷幕)超前預注漿、隧道周邊帷幕注漿、局部超前預注漿等。如圖1所示隧道即為超前探水、堵水動態(tài)施工程序圖,各種注漿方案及其適用條件如表3所示,具體需根據(jù)工程實際合理選擇。

        3.2 預注漿堵水技術應用要點

        預注漿堵水作業(yè)需考慮諸多事項,如注漿材料、注漿孔、注漿設備、注漿工藝流程等。

        3.2.1 預注漿工法

        根據(jù)漿液的凝固時間、特性等合理選擇注漿工法,其主要包括兩大類:(1)靜壓注漿(或稱為灌漿法);(2)高壓噴射注漿。前者包括固結注漿、帷幕注漿、接觸注漿等,后者包括單管法、二重管法、三重管法和多重管法等,具體需根據(jù)工程要求和土質條件選用。

        圖1 隧道超前探水、堵水動態(tài)施工程序圖

        表3 各種注漿方案及其適用條件表

        3.2.2 預注漿設備

        隧道注漿設備包括:鉆孔機械、注漿泵、漿液攪拌機、止?jié){塞、混合器以及計量計、壓力表、閥門、注漿管路等配套裝置,根據(jù)實際需要合理配置。

        3.2.3 預注漿材料

        根據(jù)工程地質條件、施工目的合理選擇預注漿材料,具體可參考表4。

        表4 預注漿材料選擇表

        3.2.4 預注漿鉆孔布置

        隧道預注漿鉆孔,需充分考慮鉆孔長度、注漿長度之間的關系,采用絕對坐標法、相對坐標法等方法進行注漿孔布置。常采用的布孔方式有:均勻型、梅花型、環(huán)形布孔、三排孔布孔等。

        3.2.5 預注漿工藝流程

        預注漿基本施工工藝流程如圖2所示。

        (1)超前探水:通過超前探水,明確隧道地段實際情況,合理確定預注漿方案,確定第一環(huán)節(jié)注漿止水盤位置。

        (2)止水止?jié){墻施工:在注漿地段起始處掌子面施工止水止?jié){墻,防止未注漿地下水涌、跑漿現(xiàn)象的出現(xiàn),各注漿段終止位置留止水盤。

        (3)平整場地,定位鉆孔位置,鉆機就位。

        圖2 預注漿基本施工工藝流程圖

        (4)鉆孔:鉆孔施工,鉆機大臂緊頂掌子面,以免出現(xiàn)過大顫動;低速開孔,孔深達30 cm時調整為正常鉆速;鉆孔時控制好進水量,避免坍孔。

        2.穩(wěn)定是構建和諧企業(yè)的基礎。中國企業(yè)的一個特點就是要做好穩(wěn)定工作。因此,穩(wěn)定工作也是中國式管理的一個重要內容,是由最高層經(jīng)營者直接負責的,可見穩(wěn)定工作的重要性。試想,如果一個企業(yè)職工經(jīng)常到公司機關上訪,甚至到省、中央上訪,這個企業(yè)連基本的員工穩(wěn)定工作都做不好,還能是和諧企業(yè)嗎?

        (5)安裝注漿管:注漿管應事先鉆好出漿孔,注漿管與鉆孔間以錨固劑封堵。

        (6)壓水試驗:壓水試驗進行3次,每次5 min。

        (7)注漿:壓水試驗結束后,在不停泵的情況下開始注漿,先注入稀漿,再逐步增大濃度。

        (8)實時觀測、記錄注漿情況,確保達到預期壓注漿效果。

        4 實例探析

        4.1 工程概況

        本文以某公路隧道為例,分析了預注漿堵水技術的應用情況。該隧道左、右線分別長7 285 m、7 310 m,隧道斷面凈寬10.5 m、凈高5.0 m。隧道圍巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,存在多條斷層,含水豐富。隧道一斷面與F3逆斷層大角度相交,影響長度達100 m,巖體破碎~較破碎,開挖中出現(xiàn)坍塌、突水、突泥現(xiàn)象,必須進行堵水加固處理。

        4.2 預注漿方案

        4.3 預注漿參數(shù)

        (1)注漿孔布置:注漿孔以隧道軸線為中心,呈傘狀布置,環(huán)間距1.5 m,外偏角13°~15°,內、中、外環(huán)注漿孔長度分別為30 m、20 m、15 m,共計設有114個注漿加固孔。圖3即為孔位布設示意圖。

        (2)注漿材料:水泥漿液選用425#普通硅酸鹽水泥,水玻璃液濃度為33~40 Be′、模數(shù)為2.0~3.0。水泥漿液與水玻璃液體積比為1∶(0.8~1.1),水玻璃液稀釋至25~35 Be′方可使用。

        (3)注漿施工參數(shù):注漿加固孔開孔φ130 mm、鉆深2.5~3.0 m后安設、固結孔口管,管內施工φ91 mm注漿加固孔,單孔注漿漿液擴散半徑≥2 m。根據(jù)計算確定本工程注漿壓力如表5所示;帷幕加固注漿漿液凝固時間110~200 s,水泥漿液、水玻璃液流速以12~16 L/min、9~13 L/min為宜;施工達設計注漿壓力、漿液流量后,持續(xù)注漿8~15 min后終止注漿施工。

        圖3 孔位布設示意圖

        表5 注漿壓力參數(shù)表(MPa)

        4.4 預注漿施工工藝

        4.4.1 施工準備

        施工前,做好設備檢查,完成注漿系統(tǒng)的安裝、試運行工作,確保設備、人員均到位后方可開始預注漿施工。

        4.4.2 注漿施工流程

        本工程為全斷面預注漿,先外圈、后內圈施工,同一圈層先下部孔、后上部孔,采用后退式注漿與前進式注漿相結合的施工方法:(1)前進式注漿:每鉆進5.0 m,注漿5.0 m;(2)后退式注漿:一次性完成全孔鉆進,以每5.0 m為一段由孔底至孔口進行分段注漿,具體注漿施工流程如圖4所示。

        4.4.3 注漿施工要點

        鉆孔注漿施工順序為:(1)鉆孔開孔;(2)安裝孔口管;(3)鉆至設計深度;(4)清孔;(5)壓水試驗;(6)制備漿液;(7)注漿;(8)注漿結束,清洗管路。

        本工程注漿前,在掌子面掛網(wǎng)噴射20 cm厚的混凝土形成封閉層,防止地下水涌出;注漿漿液現(xiàn)場配制,漿液放置時間≤30 min;現(xiàn)場技術人員需詳細記錄施工情況,包括孔位、孔深、孔徑、漿液、壓力、漿量、漿液損失量等,據(jù)此實時調整漿液配比、施工參數(shù),確保施工作業(yè)順利完成。

        圖4 注漿施工流程圖

        4.5 預注漿施工效果

        采用全斷面超前預注漿方法處理F3斷層帶后,通過現(xiàn)場監(jiān)測顯示,后期施工中未出現(xiàn)坍塌、突水、突泥等事故,表明本次施工堵水、加固效果好。

        5 結語

        綜上所述,預注漿堵水技術是公路隧道穿越大斷層、破碎帶及突水量大的不良地段的重要方法,其可從根本上改善圍巖的物理力學性能,獲得良好的堵水和加固圍巖效果。在公路隧道施工中,應根據(jù)超前探水情況合理選擇預注漿方案,選取合理的注漿材料,科學組織鉆孔注漿施工,詳細記錄相關施工參數(shù),確保達到預期施工效果,為后期施工的安全開展奠定堅實基礎。

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