王國我

(中鐵十八局集團第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 工程概況

1.1 隧道情況

滇中引水項目大理Ⅱ段施工3標位于賓川縣境內(nèi)，輸水線路為獅子山隧洞1號施工支洞至4號施工支洞控制段(DLⅡ28+884.761～DLⅡ50+056.698)，長度為21.172km。起點底板高程1971.417m，末底板高程1966.376m，底坡i=1/4200，斷面型式為馬蹄形，斷面尺寸9.2m×9.2m，襯砌厚為0.4～0.7m。嚴重及極嚴重變形的軟巖洞段及跨活動斷裂擴挖斷面襯砌厚度為0.8m。獅子山1號隧洞平面布置見圖1。

圖1 獅子山1號隧洞平面布置

1.2 地質(zhì)情況

DLⅡ30+738地表附近沖溝發(fā)育較多,地表巖石破碎，完整性差，屬強風化。地表處山體地勢北高南低，DLⅡ30+738附近存在一天然小沖溝，沖溝大小3.5m×3m(寬×高)，沖溝與隧洞軸線夾角約64°，沖溝兩側(cè)植被茂密，沖溝底部無積水。在DLⅡ30+378處半徑500m范圍進行了地表水文地質(zhì)調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)有泄水區(qū)、泉眼、地表陷穴、溶洞、地表裂縫等特殊地質(zhì)構造。隧洞地表沖溝與洞軸線位置關系見圖2。

圖2 隧洞地表沖溝與洞軸線位置關系

2 施工中出現(xiàn)的問題

2.1 涌泥涌水情況

在獅子山1號隧洞主洞上游DLⅡ30+738上臺階準備鋼支撐架立時，突發(fā)涌泥涌水，涌泥推移范圍125m，范圍內(nèi)隧洞底板淤積平均厚度約1m。涌泥量3120m3，涌水4250m3，空腔滲水量80～90m3/h。獅子山1號隧洞涌泥涌水后現(xiàn)場情況見圖3。

圖3 獅子山1號隧洞涌泥涌水后現(xiàn)場情況示意圖

2.2 超前地質(zhì)預報情況分析

對開挖面前方采用TRT物探法、超前鉆孔探測法進行了綜合超前地質(zhì)探測[1]。

使用物探法，不良地質(zhì)體預判大致在DLⅡ30+745～DLⅡ30+705，推斷該段圍巖為坍塌破壞體及影響帶。

使用超前鉆孔探測法，探孔段為DLⅡ30+755～DLⅡ30+725，超前探孔按照3個布置，鉆孔部位分別為斷面拱頂、拱頂左側(cè)、拱頂右側(cè)，鉆進到DLⅡ30+735時孔口開始流出淤泥和碎渣，直至DLⅡ30+725探孔完成,判斷DLⅡ30+735～DLⅡ30+725段為空腔內(nèi)含淤泥，圍巖極不穩(wěn)定。根據(jù)探測報告，結合地質(zhì)資料及現(xiàn)場地質(zhì)情況綜合分析，隧道DLⅡ30+735～DLⅡ30+705段為坍塌空腔區(qū)，以坍塌的松散巖體為主，地下水發(fā)育，易發(fā)生涌泥涌水，圍巖等級推測為V類。

3 處理方案

通過掌子面前方地質(zhì)情況分析可知，DLⅡ30+735～DLⅡ30+705掌子面巖體軟弱破碎，含淤泥堆積物,地下水豐富，造成掌子面涌泥涌水。

擬定涌泥涌水段處理方案：DLⅡ30+750～DLⅡ30+738段淤泥堆積體進行固結灌漿；DLⅡ30+755～DLⅡ30+725段超前預灌漿；DLⅡ30+755～DLⅡ30+725段施工超前大管棚；開挖支護。

3.1 固結灌漿

對DLⅡ30+750處淤泥堆積體進行固結灌漿，終止灌漿樁號為DLⅡ30+738。本次固結灌漿目的是固結掌子面前方淤泥渣體，為后期超前預灌漿做準備工作，固結深度不小于12m。

3.1.1 孔位布置

固結灌漿加固范圍為隧道上臺階(7.8m)掌子面前方12m。由埋入沙袋中的φ114導向鋼管鉆孔灌漿。灌漿孔布置按照環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密原則進行。獅子山1號隧洞固結灌漿孔位見圖4。

圖4 獅子山1號隧洞固結灌漿孔位示意圖

3.1.2 鉆孔

采用ZML-160履帶潛孔鉆機開孔，現(xiàn)場試鉆結果顯示，由于渣體較松散且含水量大不帶套管鉆孔不能成孔，故此鉆孔施工采用帶套管跟管作業(yè)，鉆孔前現(xiàn)場用紅色噴漆畫出注漿平面布置示意圖，注意調(diào)整鉆機角度后固定。由于淤泥體易塌孔，采用鉆孔注漿前進式鉆孔灌漿。

3.1.3 注漿施工

漿液配制比例純水泥漿水灰比為1∶1～0.5∶1，水泥水玻璃雙液漿水灰比為0.8∶1～1∶1，水泥漿水玻璃漿液體積比為1∶0.6～1∶0.3，施工過程中根據(jù)現(xiàn)場情況適當調(diào)整配合比。由外向內(nèi)，從下到上，同一排間隔注漿，預留部分作為泄水孔，注漿過程中若壓力驟然升高或永不升高，應停止注漿，排查后重新注漿，在注漿過程中，隨時觀察淤泥堆積體和圍巖支護的變形情況，及時采取加固措施[2]。采取鉆一段注一段分段注漿施工工藝，一般情況下分段長度為3m,當孔口出水量過大時應立即停止鉆進,進行灌漿加固。檢查孔應設置在注漿過程中發(fā)現(xiàn)的地層薄弱環(huán)節(jié)，檢查孔主要檢查成孔情況、孔渣含水率。對所有鉆孔進行編號，以便在施工期間記錄灌漿情況，記錄灌漿過程中的鉆孔、灌漿壓力、灌漿流量、灌漿量及事故情況，為灌漿效果分析提供依據(jù)。

3.1.4 注漿質(zhì)量檢查

灌漿完成后,用地質(zhì)雷達檢查灌漿固結范圍、巖體的密實及完整性,間接驗證灌漿效果。通過鉆孔取芯,在注漿段落內(nèi)施作5個檢查孔，取芯檢查，檢查鉆芯中注漿材料的填充情況和固結強度,判斷注漿加固效果[3]。如果注漿效果不佳,加密注漿孔重新注漿,以保證淤泥堆積體固結效果,確保開挖施工的安全。

3.2 超前預固結灌漿

在DLⅡ30+755～DLⅡ30+752段進行3m厚止?jié){墻施工，止?jié){墻驗收合格后，對掌子面DLⅡ30+755前方30m進行超前預加固注漿。超前預加固注漿目的是固結掌子面前方淤泥渣體，同時對局部空腔進行封堵，對開挖輪廓線邊頂拱外8m、隧底外5m通過超前預加固注漿形成巖體固結加固圈，為后期開挖支護作業(yè)提供安全保障。

超前預加固注漿孔孔徑為108mm，共布設8環(huán)141孔。超前預加固注漿區(qū)段為DLⅡ30+755～DLⅡ30+725(30m)，注漿加固范圍為邊頂拱開挖輪廓線外8m、隧洞底板輪廓線外5m。注漿孔按照環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密原則進行。超前預灌漿孔位布置見圖5～圖7。

圖5 超前預灌漿開孔孔位斷面布置

圖6 超前預灌漿孔底布置

圖7 超前預灌漿平面布置

3.2.1 施工準備

止?jié){墻底部和頂部埋設排水管，并在墻面上布設9個監(jiān)控量測點，每天測量監(jiān)測兩次，對測量數(shù)據(jù)進行對比，以保證施工中的安全；鉆機拼裝平臺應平整壓實，承載力通過試驗檢測滿足要求，鉆機拼裝完成后，進行試運行；鉆孔前，通過計算確定鉆機的水平外插角和豎向角度，保證灌漿固結范圍符合要求[4]。

3.2.2 超前預固結灌漿施工方案比選

由于獅子山隧洞1號支洞上游側(cè)圍巖地質(zhì)條件較差，采用常規(guī)的鉆孔壓漿方式成孔率較低且固結范圍較小，為更好提高灌漿固結效果，實現(xiàn)固結范圍可控，保證后期開挖過程中的安全，本次超前預灌漿采用高壓旋噴注漿工藝施工。

3.2.2.1 高壓旋噴注漿施工工藝

采用地質(zhì)鉆機打設灌漿孔，鉆進至設計深度后，撥出鉆桿，將鉆孔鉆頭更換為噴漿鉆頭，將鉆頭送到孔底，回拖過程中用高壓注漿泵以10～30MPa的壓力把配制好的水泥漿通過鉆頭噴射到周圍松散巖體內(nèi),借助流體的沖擊力切削軟弱巖層，固結周邊巖體。高壓旋噴水泥漿液能沿著地層的縫隙滲透擴散，尤其在空腔破碎段中，水泥漿液擴散填充縫隙后可起到良好固結效果[5]。

3.2.2.2 高壓旋噴注漿施工流程

由測量人員于止?jié){墻上根據(jù)孔位坐標準確放出開孔位置，開孔標志應采用紅油漆標畫。鉆孔偏角、方位根據(jù)水平及豎向外插坡比通過調(diào)整鉆機進行就位，孔位誤差應控制在±5cm以內(nèi)。啟動鉆機，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進，鉆進中為冷卻鉆頭，減少阻力，防止砂粒進入噴嘴，用低壓低流量清水從噴嘴中噴出，預防卡鉆、黏鉆影響成孔質(zhì)量，保證鉆孔順利進行，整體鉆孔順序由外環(huán)向內(nèi)環(huán)進行。

注漿管路按純壓式灌漿工藝連接，通過壓水檢查注漿管路密封性，增加漿液沖塞的密封性[6]。檢查漿液數(shù)量能否滿足連續(xù)注漿要求，如不能保證注漿要求，則要等補足數(shù)量后才能注漿。配制純水泥漿，水泥漿水灰比1∶1～0.5∶1，采用旋噴注漿施工工藝，鉆進到設計深度后，從孔底向孔口按照20～40cm/min速度緩慢外拔鉆桿，噴漿至孔口50cm時，停止噴漿，注漿由外環(huán)向內(nèi)環(huán)進行。每環(huán)孔先注單號孔，后注雙號孔，先注無水孔，后注有水孔。該段水泥漿液按照水灰比1∶1～0.5∶1由稀變濃進行調(diào)整。開灌水灰比采用1∶1，當1∶1比級漿液注入量已達300L以上或灌注時間已達30min，灌漿壓力及注入量均無顯著變化時，可變?yōu)闈庖患墲{液注漿，或者當注入率大于30L/min時，根據(jù)具體施工情況，可越級變濃。注漿過程中若壓力驟然升高或永不升高，應停止注漿，排查后重新注漿，在注漿過程中，隨時觀察止?jié){墻和圍巖支護的變形情況，及時采取加固措施，注漿結束后，用清水通過注漿泵，清洗管路和設備，保證不被殘留的水泥漿堵塞，為下一次注漿做好準備。

3.2.3 注漿質(zhì)量檢查

高壓旋噴注漿質(zhì)量檢查主要采用壓水試驗，壓水試驗的合格標準為透水量小于5μL,檢查孔數(shù)應不少于灌漿孔總數(shù)的5%。合格標準為85%以上孔段的透水率不大于設計規(guī)定值，其余孔段的透水率不超過設計規(guī)定值得50%，且不集中，否則應進行補灌。

4 結 語

通過對隧洞掌子面出現(xiàn)的巖體軟弱破碎、裂隙發(fā)育、地下水豐富、掌子面涌水涌泥的處治方案研究，得出以下結論：開挖輪廓線內(nèi)外，采用灌漿加固方案可滿足該段落安全穩(wěn)定的開挖要求，切實可行；灌漿效果可通過儀器試驗、取芯、壓水試驗、出水量分析和成孔狀態(tài)來判定；對涌水涌泥段采用“固結灌漿+超前預灌漿”綜合處理方案，有效加固了軟弱破碎空腔段落，保證了隧洞安全、穩(wěn)定、快速施工通過，取得了較好效果。