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        高速鐵路隧道建設中的注漿堵水技術

        2021-06-14 03:14:16
        智能城市 2021年9期
        關鍵詞:施工

        盧 偉

        (中交路橋華北工程有限公司,北京 100000)

        受地質、水文的影響,高鐵隧道施工中易出現涌水的情況,不利于隧道建設工作的正常開展,易誘發(fā)質量或安全層面的問題。為有效規(guī)避該問題,施工單位需以實際情況為立足點,梳理注漿堵水技術的應用流程,精準把控技術要點。

        1 工程概況

        三姑尖1號高鐵隧道起訖里程DK113+765.000~DK115+000.000,全長1 235 m。隧道洞口掘進施工期間出現較明顯的涌水問題,隨著鉆孔深度的加大,涌水量逐步增加,待深度推進至15 m時,無法繼續(xù)鉆進,施工進程被迫中斷。為了恢復正常施工狀態(tài),擬采用注漿堵水技術,減小涌水對隧道施工的不良影響。

        2 注漿設計

        2.1 材料的選取與配合比

        注漿材料選用普硅水泥和水玻璃,以實際涌水量、裂隙情況為準,合理控制漿液的濃度。提前組織試驗,綜合考慮濃度、溫度等關鍵影響因素,確定合適的凝結時間。漿液配制階段,水灰比取0.8∶1,水泥與水玻璃的體積比取1∶0.4,按水泥質量的3%摻入磷酸氫二鈉,作為緩凝劑而使用。

        按前述提供的標準制備漿液,取試件并分析,標準養(yǎng)護條件下,要求7 d齡期強度達到20 MPa。注漿施工采用注漿泵,利用裝置將適量的水泥、水玻璃同步注入,期間靈活調整設置在泵上的調速閥,以保證流速的合理性。

        2.2 注漿系統(tǒng)

        注漿施工使用的設備包括耿興80型與120型注漿泵、C4型全液壓鉆機、1.0 m3攪拌機及高壓膠管??紤]施工的便捷性要求,配套使用雙液注漿系統(tǒng),在孔口處將質量達標的水泥和水玻璃混合,再利用高壓注入,使其可有效進入縫隙中,隨著漿液的擴充與固結,封堵縫隙,阻止涌水。

        3 注漿施工的關鍵要點

        3.1 參數的控制

        (1)凝膠時間。

        綜合考慮進水量與泵壓力,由此確定合適的膠凝時間。進水量偏大、泵壓小幅度上升時,膠凝時間取1~2 min;進水量較少、泵壓在短時間內大幅度提升時,延長至5~6 min。

        (2)進漿量。

        以雙液進漿量為判斷依據,該值超300 L/min且泵壓小幅度上升時,可采用大進漿量;該值介于100~300 L/min且泵壓可平穩(wěn)上升時,可采用正常進漿量;該值在100 L/min以內且泵壓在短時間內大幅度上升時,可采用小進漿量。

        (3)注漿壓力。

        漿液順利進入縫隙內部,可獲得注漿壓力的推動作用,在注漿壓力的控制工作中,需充分考慮巖層裂隙規(guī)模、漿液的性能(濃度、擴散半徑),根據項目實際情況,將其設定為2~3 MPa。

        (4)注漿量。

        在填充率為10%時,確定注漿量:

        式中:Q——注漿量(m3);H——注漿段總長(m),取30 m;r——擴散半徑(m),取3 m;n——地層孔隙率,取值區(qū)間5%~20%;a——注漿系數,取值區(qū)間0.7~0.9,結合實際施工條件,取0.8;β——漿液損失率,取0.2。

        確定前述各項參數后,結合式(1)展開計算,求得注漿量為2.713 m3。

        (5)注漿結束的標準。

        在注漿壓力與設計終壓一致,且吸漿率為18~35 L/min時,穩(wěn)壓20 min,結束注漿作業(yè)。

        3.2 注漿操作

        (1)配漿。

        漿液的使用遵循“從稀到濃”的原則,期間靈活調整;以進漿量為準,合理控制漿液的關鍵參數,包含體積比、濃度、凝膠時間。

        (2)注漿。

        雙液注漿施工中,依次開啟水泥注漿泵、水玻璃注漿泵,注漿施工過程中均應密切關注注漿壓力,若該值提升速度較為緩慢,應適當減小進漿量參數,以保證各項參數的均衡性。

        (3)注漿段長的設定。

        綜合考慮現場地質條件、水文條件、設備的工作性能(注漿能力),將單次注漿長度設為30 m。經過注漿作業(yè)后,開挖23~25 m,預留5~7 m(不予以開挖),該部分作為后續(xù)注漿堵水施工的止?jié){帶而使用。

        (4)止?jié){墻。

        止?jié){墻施工采用現澆法,墻體含上、中、下臺階三部分,高度分別為2.4、2、2 m,厚度分別為1、1.5、2 m。為了保證墻體的穩(wěn)定性,其嵌入底板的深度按0.5 m控制,邊墻與拱部嵌巖深度均為0.3 m。在墻體周邊布設長度為3.5 m的砂漿錨桿,環(huán)向間距1 m,進入圍巖、止?jié){墻的長度分別為2、1.5 m。對于墻體與圍巖形成的接觸區(qū)域,該部分設置4 m長的導管,使其與隧道軸線呈45°夾角關系,并噴射C25混凝土,形成厚度為25 cm的防護層,充分發(fā)揮防護的作用,以免在注漿時漏漿。

        (5)埋設孔口管。

        施工人員操作沖擊式鉆機,鉆深度為3.2 m的孔,向其中置入3 m長的Ф108孔口管,外露部分20 cm,管壁與孔口的間隙使用麻絲填塞,確保其具有緊密性,再向孔口管內注入雙液漿??卓诠転樽{施工中的關鍵裝置,具有導向作用,在安裝期間應精準控制外插角。

        (6)注漿孔的布置。

        注漿孔的布置情況將影響注漿堵水效果,具體需以巖層的裂隙及含水層的實際情況為準,合理布孔。巖層存在較豐富的裂隙,缺乏明顯的規(guī)律,難以正常布孔,應在含水層上均勻布孔[1]。

        為了切實提高注漿堵水施工效果,應使注漿孔從裂隙中穿過,遵循長短結合的布置原則,呈傘狀向內部輻射,邊墻和拱部兩個區(qū)域均布置四圈,拱部增加至五圈,且均呈梅花形布置。為確保漿液的擴散半徑可達到3 m以上,要求孔底間距<4.5 m。

        (7)鉆孔。

        確定注漿孔的孔位后,在指定工作面使用紅油漆標記,作為作業(yè)基準點,再移動鉆機,調整鉆頭的姿態(tài),使其對準孔位。鉆孔初期遵循“輕加壓、慢速度”的原則。鉆孔過程中,有關人員應完整記錄信息,包含空號、起止時間、涌水的位置、涌水量等。若單孔涌水量在30 L/min以內,可繼續(xù)鉆進;反之,需隨即暫停注漿作業(yè)。

        (8)注漿順序和速度。

        優(yōu)先對外圈注漿,再注內圈,同一圈的注漿遵循由下而上間隔施作的原則。

        根據鉆孔涌水量匹配注入速度,涌水量≥50 L/min時,速度以80~150 L/min為宜;涌水量≤50 L/min時,需要在該基礎上減小注入速度,以35~80 L/min為宜。

        注漿施工是一項系統(tǒng)性的工作,涉及材料的生產、轉運、注入等環(huán)節(jié),需按照流程有序推進,具體如圖1所示。

        圖1 注漿程序示意圖

        3.3 質量檢驗標準

        注漿孔平面的誤差不超過5 cm;鉆孔的角度誤差不超過0.5°;每段注漿的長度不超過32 m;成型的注漿帷幕厚度不小于6 m。

        (1)注漿分段的長度。

        分段前進式注漿,嚴格控制鉆孔注漿的長度,以5 m為宜;遇斷層和持軟弱破碎帶時,需采取注漿處理措施,避免發(fā)生突泥、涌水事故[2]。

        (2)注漿完成的標準和質量檢查。

        強壓富水隧洞注漿期間,應加強對實際情況的檢查,判斷是否具備結束注漿的條件。單孔結束的標準為實測注漿壓力達到設計終壓的要求,在該狀態(tài)下穩(wěn)壓10 min,期間進漿量在20~30 L/min以內。

        全段結束注漿的標準為各孔的實際表現,均滿足結束單孔注漿的標準,無漏漿現象,且涌水量未超過1 m/(m·d)。在組織水壓試驗時,壓力通常可設定為1.0 MPa,此條件下的進水量不宜超過2 L/min。

        在完成注漿作業(yè)后,需要對比前后的涌水量,根據所得結果判斷裂隙漿液填充的情況,進行客觀評價,若不滿足要求,需分析原因,采取針對性的處理措施,如補孔注漿;若滿足要求,按照既定施工路線繼續(xù)開挖。

        (3)注漿效果檢查。

        落實注漿工作落實后,在輪廓線范圍內打設檢查孔,可明確注漿施工情況。每循環(huán)的檢查孔數量以5個為宜,具體分配方式為拱部2個+兩側邊墻各1個+底部1個,孔徑均保持一致,即110 mm。

        需要充分關注孔的平均出水量,不超過0.2 L/min,加固體的抗壓強度需達到3 MPa以上。若實際結果均滿足前述要求,表明注漿施工質量較佳,取得較好的注漿效果,可繼續(xù)開挖;若某項或多項指標不滿足要求,需要加強處理,直至達標為止。

        4 結語

        綜上所述,高鐵隧道施工易受地質、水文等多項因素的影響,易誘發(fā)涌水事故,影響工程各項工作的開展,是高鐵隧道施工中較為嚴重的問題。通過注漿堵水技術的應用,可改善圍巖的物理力學性能,取得較佳的堵水加固效果。在工程實際施工中,若存在涌水問題,工作人員應準確掌握實際情況,制定切實可行的注漿方案,合理配置物資,由專員組織鉆孔注漿作業(yè),施工全流程中均應加強檢查,確保施工無誤。

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