秦檜強(qiáng)

摘 要：超前預(yù)注漿是一種在工程開(kāi)挖前通過(guò)注漿充填圍巖縫隙的施工工藝，具有阻塞水流、加固圍巖的作用.本文以印思公路竹林灣隧道工程為例，對(duì)其施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，圍繞灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)、注漿施工方案、超前預(yù)注漿施工技術(shù)要點(diǎn)、注漿效果評(píng)價(jià)四個(gè)層面，探討了超前預(yù)注漿施工技術(shù)在隧道工程中的具體應(yīng)用，以供參考.

關(guān)鍵詞：隧洞施工;超前預(yù)注漿;注漿效果評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：U455 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1673-260X（2019）12-0090-03

引言

超前預(yù)注漿是隧道施工中的常用技術(shù)，在加固隧道圍巖、抑制地層位移、防范地表沉降等方面起到關(guān)鍵作用.由于隧道工程的施工難度普遍較大、影響因素較為復(fù)雜，因此需在使用超前預(yù)注漿工藝前完善施工準(zhǔn)備與安全防護(hù)工作，加強(qiáng)對(duì)注漿方案、材料、工藝、設(shè)備等要素的把控，便于達(dá)成最優(yōu)注漿效果.

1 工程實(shí)例與施工設(shè)計(jì)方案分析

1.1 工程概況

以竹林灣隧道工程為例（其縱剖面布置情況如圖1所示），該隧道位于貴州省G211印思公路改擴(kuò)建工程項(xiàng)目中，為雙線特長(zhǎng)隧道，隧道進(jìn)口位于印江縣峨嶺街道普同村，隧道出口位于印江縣峨嶺街道黃洋壩村，隧道全長(zhǎng)為3510.5m，其中里程K2+940-K3+296m段洞頂有積水，長(zhǎng)度為356m，隧洞頂高程為536.605m.在該隧道積水段影響范圍內(nèi)，洞身穿越寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組白云巖，薄至厚層狀，質(zhì)硬、節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性較差.除洞頂積水之外，地下水影響也很大.地下水相對(duì)豐富，主要為基巖風(fēng)化裂隙水和巖溶裂隙水，受補(bǔ)給影響，地下水分布不勻.該段圍巖屬于IV～V類(lèi)，巖體較為破碎、地質(zhì)條件較差，透水性較強(qiáng)，存在突水隱患，進(jìn)一步增大了這一帶隧道施工的風(fēng)險(xiǎn).

1.2 施工設(shè)計(jì)方案

由于該隧道K2+920-K3+360.5m施工區(qū)域的上覆巖體破碎，裂隙發(fā)育，且存在一系列斷層帶與導(dǎo)水構(gòu)造，極易引發(fā)突水、坍塌冒頂?shù)劝踩鹿?，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性，因此擬將其施工方案設(shè)計(jì)如下：針對(duì)該區(qū)段影響約200m范圍內(nèi)，采用TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，配合地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水儀、水平鉆孔取芯機(jī)進(jìn)行施工處理與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);針對(duì)斷層破碎帶位置，選取臺(tái)階法進(jìn)行工程開(kāi)挖，部分區(qū)段隧道采用全斷面短進(jìn)尺掘進(jìn)施工法，且每開(kāi)挖循環(huán)布置5-7個(gè)深度為6m的加深炮孔，將每開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺設(shè)為2m左右.在施工儀器設(shè)備選取上（如表1所示），采用Casagrand多功能鉆機(jī)與ZJB/BP-30、PH15REG注漿泵開(kāi)展超前預(yù)注漿施工，配合空壓機(jī)、攪拌機(jī)起到灌漿止水作用，保障施工進(jìn)度[1].

2 超前預(yù)注漿施工技術(shù)在隧道工程中的具體應(yīng)用探討

2.1 灌漿參數(shù)設(shè)計(jì)

在超前注漿加固圈厚度的設(shè)計(jì)上，基于《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》與圍巖具體情況，將隧道直徑設(shè)為0.5倍，灌漿壓力設(shè)為1-2倍內(nèi)水壓力，工程隧道開(kāi)挖的跨度為7.3m，將超前預(yù)注漿圈厚度設(shè)為7.7m.在隧道封堵體參數(shù)設(shè)計(jì)上，基于20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，其水位高程為15.8m、隧道底板高程為-50m，基于全水頭65.8m與灌漿圈厚度7.7m，擬將其水力梯度設(shè)為8.5.在漿液配比設(shè)計(jì)上，采用普通水泥單液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿作為注漿材料，漿液的配合比如表2所示.

在超前預(yù)注漿灌漿布置上，主要采用短距離、長(zhǎng)距離超前預(yù)注漿兩種模式：將短距離超前預(yù)注漿工藝應(yīng)用在孤立斷層部位，將單循環(huán)注漿長(zhǎng)度設(shè)為13.5m，在開(kāi)挖10m距離后，預(yù)留出3.5m作為下一循環(huán)止?jié){巖盤(pán)，待穿過(guò)斷層即可，鉆孔共設(shè)有22個(gè)、總長(zhǎng)度為762m，其加固剖面示意圖與布孔設(shè)計(jì)如圖2所示.

將長(zhǎng)距離超前預(yù)注漿工藝應(yīng)用在江底斷層帶約50m范圍內(nèi)，將單循環(huán)注漿長(zhǎng)度設(shè)為30m，在開(kāi)挖24m距離后，預(yù)留6m作為下一循環(huán)止?jié){巖盤(pán)，待穿過(guò)斷層帶即可，鉆孔共設(shè)有88個(gè)、總長(zhǎng)度為2218m，其加固剖面示意圖與布孔設(shè)計(jì)如圖3所示.

2.2 注漿施工方案

2.2.1 隧道K2+940-K3+080m洞段

基于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果數(shù)據(jù)，可知該洞段的地下水發(fā)育較好，在5個(gè)鉆孔內(nèi)包含多個(gè)出水點(diǎn)，其水量達(dá)到65L/min，測(cè)得穩(wěn)定水壓力為0.51MPa，對(duì)此采用超前預(yù)注漿工藝進(jìn)行處理，由于其單個(gè)鉆孔的出水量、水壓均具有可控性，因此擬布置一環(huán)超前預(yù)注漿孔，共設(shè)有24個(gè)超前預(yù)注漿孔、孔深為17m，孔底部與開(kāi)挖邊線的間隔為3m，將灌漿孔末端孔距設(shè)為1.72m.

2.2.2 隧道K3+080-K3+296m洞段

結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，可知該洞段的巖體發(fā)育較為破碎、地下水發(fā)育狀況較好，在其洞段范圍內(nèi)鉆孔的集中出水量為70L/min、水壓可達(dá)0.63 MPa，具有一定的突水隱患，對(duì)此采用全斷面超前預(yù)注漿工藝開(kāi)展施工處理，共設(shè)有24個(gè)超前預(yù)注漿孔、孔深為24m.

2.3 超前預(yù)注漿施工技術(shù)的具體要點(diǎn)

2.3.1 孔口管布置

采用？椎120mm、長(zhǎng)度為3m、壁厚5mm的無(wú)縫鋼管作為孔口管，將孔口管安裝在止?jié){墻內(nèi)，使其外露30-40cm的距離，并預(yù)先采用焊接工藝完成排水閥門(mén)、關(guān)閉閥門(mén)、法蘭盤(pán)在管上的安裝，選取橡膠墊片夾在法蘭盤(pán)間，確保其具備良好的密封性能.

2.3.2 鉆孔、注漿

在鉆孔環(huán)節(jié)，需保障鉆頭與孔口管的對(duì)齊，依據(jù)孔偏角調(diào)節(jié)鉆機(jī)角度、完成開(kāi)孔作業(yè)，在開(kāi)孔過(guò)程中注重輕加壓、保持勻速，并完成孔編號(hào)、進(jìn)尺、鉆孔時(shí)間、巖石裂隙發(fā)育情況、涌水情況等參數(shù)的記錄.在鉆孔的過(guò)程中，倘若發(fā)現(xiàn)單孔出水量未超過(guò)30L/min時(shí)，可繼續(xù)進(jìn)行鉆孔;當(dāng)發(fā)現(xiàn)單孔出水量超過(guò)30L/min時(shí)，需立即停止鉆進(jìn)，并開(kāi)始注漿作業(yè).

在注漿環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格加強(qiáng)注漿工序流程的控制，先安裝孔口管，隨后開(kāi)始鉆孔、下栓塞、清洗鉆孔，接下來(lái)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，待試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行灌漿、閉漿封孔，再開(kāi)展鉆孔作業(yè)，由此循環(huán)直至達(dá)到設(shè)計(jì)孔深即可[2].在此過(guò)程中，需在鉆孔達(dá)到3m時(shí)開(kāi)始注漿，待完成注漿后再次鉆進(jìn)，直至終孔為止.同時(shí)需保障注漿作業(yè)的分批進(jìn)行，依照先鉆再注、先疏后密原則完成注漿，待完成注漿后可鉆2-3個(gè)檢查孔針對(duì)注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn);在鉆孔順序上，應(yīng)優(yōu)先選取靠近隧道拱頂位置的注漿孔鉆注，隨后再依次進(jìn)行隧道兩側(cè)、底板部位的鉆孔與注漿作業(yè)，并圍繞先外圈后內(nèi)圈、由下至上的順序進(jìn)行注漿.在采用分段式注漿工藝時(shí)，其控制標(biāo)準(zhǔn)如表3所示：

2.4 注漿效果評(píng)價(jià)

2.4.1 分析法

分析法主要通過(guò)收集注漿孔參數(shù)信息進(jìn)行分類(lèi)對(duì)比，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)注漿效果的定性分析與定量評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)效率較高、結(jié)果可靠性較強(qiáng).在采用分析法時(shí)，需依據(jù)注漿孔參數(shù)信息完成P-Q-t曲線的繪制，通過(guò)觀察注漿過(guò)程的變化情況可以發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)始注漿時(shí)其壓力為0.3-0.5MPa、注漿速度控制在 30-45L/min圍內(nèi);伴隨注漿時(shí)間的延長(zhǎng)，其注漿壓力呈現(xiàn)出明顯增加趨勢(shì)，注漿速度呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢(shì);待達(dá)成設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，可觀察到注漿終壓值為1MPa，其注漿速度變?yōu)?0-15L/min.由此說(shuō)明在注漿過(guò)程中，伴隨注漿量的逐漸增大，其注漿壓力呈緩慢上升趨勢(shì)、注漿速度呈持續(xù)減緩趨勢(shì)，待到達(dá)設(shè)計(jì)注漿終壓值時(shí)，地層基本不再吸漿，因此致使注漿速度開(kāi)始急劇下降，注漿壓力瞬時(shí)攀升至注漿設(shè)計(jì)終壓，即完成該注漿孔的注漿作業(yè).

2.4.2 檢查孔法

待完成注漿作業(yè)后，以開(kāi)挖輪廓線范圍為基準(zhǔn)，圍繞所選斷面共打設(shè)5個(gè)檢查孔，檢查孔位置分別處于拱頂、左右邊墻以及底部，其中在拱頂上包含2個(gè)檢查孔，孔直徑為110mm、長(zhǎng)27m，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得檢查孔出水量的平均值為0.1-0.15L/min，在壓水檢查后發(fā)現(xiàn)其壓力低于1MPa、吸水量為1.5L/min，取芯體抗壓強(qiáng)度為3.2MPa，且?guī)r體的RQD指標(biāo)為75-80.通過(guò)觀察檢查孔的P-Q-t曲線可以發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)始注漿時(shí)其壓力為0.3MPa，注漿速度17L/min;伴隨注漿時(shí)間的延長(zhǎng)，注漿壓力、速度均無(wú)明顯變化，主要用于補(bǔ)充注漿，劈裂強(qiáng)化注漿效果;待注漿壓力、速度數(shù)值保持6min后，注漿壓力開(kāi)始急劇上升，待23min后達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓，與此同時(shí)注漿速度呈急劇下降趨勢(shì).待注漿壓力為1.2MPa時(shí)，地層基本不再吸漿，此時(shí)注漿量尚未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，由此說(shuō)明該檢查孔已達(dá)到飽和密實(shí)程度，達(dá)成加固圍巖、阻塞水流的目標(biāo)，整體注漿效果較好.待結(jié)束注漿作業(yè)后，還需選取M10水泥砂漿完成檢查孔的全孔封堵處理.

2.4.3 異常情況處理方法

在注漿過(guò)程中易出現(xiàn)多種異?，F(xiàn)象，例如在出現(xiàn)突泥情況時(shí)，應(yīng)立即停止繼續(xù)鉆進(jìn)，開(kāi)始進(jìn)行注漿處理;倘若地層吸漿量較大、注漿壓力難以上升時(shí)，應(yīng)合理調(diào)節(jié)漿液配合比，減緩凝膠時(shí)間;倘若在注漿時(shí)出現(xiàn)注漿壓力急劇上升的情況，應(yīng)立即停止注漿，開(kāi)啟泄?jié){閥泄壓，待查明異常原因后再判斷是否繼續(xù)注漿.如果非管路堵塞導(dǎo)致該現(xiàn)象，則應(yīng)結(jié)束該注漿孔注漿;倘若在注漿過(guò)程中出現(xiàn)串漿問(wèn)題，則應(yīng)將串漿孔關(guān)閉，加大鉆孔與注漿孔間隔，以此解決串漿問(wèn)題;倘若在注漿過(guò)程中出現(xiàn)跑漿、漏漿情況，則可采用間歇注漿法進(jìn)行封堵;在注漿過(guò)程中應(yīng)確保管路暢通，及時(shí)處理管路堵塞問(wèn)題，保障注漿工序的順利進(jìn)行[3].

結(jié)論

圍巖穩(wěn)定性現(xiàn)已成為影響隧道施工質(zhì)量與順利貫通的重要因素，采用超前預(yù)注漿施工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)圍巖縫隙的有效充填，具有阻塞水流、加固圍巖等現(xiàn)實(shí)功用.在具體使用過(guò)程中還需強(qiáng)化對(duì)注漿參數(shù)、注漿方案、施工技術(shù)要點(diǎn)等環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)管理，完善注漿效果檢驗(yàn)評(píng)價(jià)，進(jìn)一步為隧道施工的質(zhì)量與安全提供保障.

參考文獻(xiàn)：

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〔3〕高海東.臨海富水軟弱圍巖條件下穿城市主干道超淺埋隧道綜合施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2018（1）：35-37.