水泥注漿在隧道坍方處理中的應(yīng)用
【摘要】文章以新建黃織鐵路打括隧道施工為實(shí)例，具體介紹了注漿在隧道坍方施工中的應(yīng)用，從而有效地保證隧道坍方處理施工安全。
【關(guān)鍵詞】隧道坍方；注漿技術(shù)；坍方體
水泥注漿技術(shù)具有施工方法簡(jiǎn)單、方便、快速、有效等特點(diǎn)，同時(shí)具有凝膠時(shí)間可以調(diào)節(jié)、能控制漿液的擴(kuò)散范圍、固結(jié)強(qiáng)度高、結(jié)石率可達(dá)100%等優(yōu)點(diǎn)。因此，在淺埋、軟弱圍巖隧道施工及隧道坍方處理中被廣泛應(yīng)用。
一、工程概況
打括隧道位于新建黃織鐵路畢節(jié)地區(qū)織金縣境內(nèi)，其進(jìn)口里程為D1K44+845，中心里程為D1K45+847.5，出口里程為D1K46+850，全長(zhǎng)2005m。進(jìn)口D1K44+845～D1K45+693段848m屬于淺埋、軟弱圍巖隧道，隧道埋深為5m～30m，為單線電氣化鐵路。
二、隧道坍方原因
打括隧道進(jìn)口端D1K44+925～D1K44+968段地表為洼地，隧道覆蓋層薄，孔頂至地表為15m，隧道開(kāi)挖過(guò)程中連降大雨，隧道內(nèi)淌水嚴(yán)重，使該段隧道覆蓋土層已滲透軟化，自穩(wěn)能力差。造成打括隧道D1K44+925～D1K44+968段發(fā)生冒頂坍方，長(zhǎng)度43m。隧道坍方體為黃色的軟、流塑狀粘土、粉粘土，局部夾雜少量粗細(xì)角礫，天然含水量較大。軟、流塑粘土有以下幾個(gè)特性：（1）以粘粒和粉粒為主，細(xì)而膩，結(jié)構(gòu)基本為絮團(tuán)狀，孔隙大，壓縮性大，強(qiáng)度底；（2）粘粒周圍結(jié)合水膜及水中化學(xué)成分，產(chǎn)生了顆粒間的膠結(jié)作用，使流塑粘土呈膠體狀，表面有一保護(hù)膜，水中浸泡不易分散；（3）具有觸變性，在邊攪拌邊振動(dòng)或拍打能變成稀泥狀，但靜置后則重新呈現(xiàn)凝膠狀。
三、注漿在隧道坍方處理中的應(yīng)用
考慮到坍方體具有強(qiáng)度低，靈敏度高，易產(chǎn)生蠕動(dòng)現(xiàn)象，開(kāi)挖后自穩(wěn)能力差，地面沉降難以控制，嚴(yán)重時(shí)洞內(nèi)可能再次發(fā)生坍方，擴(kuò)大坍方長(zhǎng)度，導(dǎo)致隧道施工困難加劇。為避免坍方加劇，打括隧道D1K44+925～+968坍方段處理施工中采用地面注漿、隧道內(nèi)工作面注漿、隧道周邊淺孔注漿等三種注漿方式相結(jié)合的施工方法，以保證坍方處理施工安全。
（一）地表注漿
在地表坍方周邊插入注漿導(dǎo)管，間距1m，梅花形布置，注漿導(dǎo)管采用φ42無(wú)縫鋼管制成，長(zhǎng)3.5m，管壁每隔20cm交錯(cuò)鉆眼，眼孔直徑6～8mm，根部留1.5m不鉆眼做為止?jié){段。按預(yù)定的水灰比及注漿壓力開(kāi)始注漿，注漿過(guò)程中，觀察斷面是否有漿液滲出，若隧道內(nèi)坍方處自上往下有漿液滲出，則維持注漿壓力30s后停止注漿；若隧道內(nèi)坍方處沒(méi)有漿液滲出，注漿壓力達(dá)到0.8Mpa后停止注漿。注漿固結(jié)地表土體，防止地表水流入隧道內(nèi)加大坍方面積，增加工作面施工難度。
?。ǘ┧淼纼?nèi)工作面注漿
隧道內(nèi)采用兩環(huán)大管棚注漿及Ⅰ18工字架加強(qiáng)支護(hù)通過(guò)。在D1K44+920處施做第一環(huán)大管棚導(dǎo)向墻，第二環(huán)大管棚導(dǎo)向墻設(shè)置于D1K44+942處，導(dǎo)向墻厚1.0m，長(zhǎng)1.0m。大管棚水平鉆孔開(kāi)孔φ102 mm，選用φ89熱軋鋼管，壁厚8mm，每環(huán)每根長(zhǎng)度為25m。第一環(huán)大管棚外插角為6°，第二環(huán)大管棚外插角為2～3°，環(huán)向間距40cm，每環(huán)27根。大管棚內(nèi)注入水泥凈漿，凈漿水灰比1：1，注漿壓力：初壓為0.5～1Mpa,終壓為2Mpa,注漿壓力以控制水泥凈漿不冒出地表為原則。注漿結(jié)束后用C10水泥砂漿充填管棚鋼管，增強(qiáng)鋼管的強(qiáng)度和剛度。大管棚注漿時(shí)先注無(wú)水孔，后注有水孔。在無(wú)水地段可從拱腳起順序注漿。注漿速度根據(jù)注漿孔出水量大小而定，一般從快到慢。注漿結(jié)束時(shí)將閘閥關(guān)閉，卸下進(jìn)漿管，進(jìn)入下一循環(huán)。
?。ㄈ┧淼乐苓厹\孔注漿
為防止大管棚外插板圍巖掉塊，D1K44+925～+968段拱部設(shè)置φ42注漿鋼花管（小導(dǎo)管），外插角45°，環(huán)向間距40cm，每根長(zhǎng)度4m，每1.8m一環(huán)，每環(huán)26根。邊墻設(shè)置φ42注漿鋼花管注漿支護(hù)，小導(dǎo)管外插角45°，每環(huán)每側(cè)10根，每根長(zhǎng)度為3.5m，每1.8m一環(huán)。同時(shí)，在施做完工字鋼架支護(hù)后，設(shè)置φ42徑向注漿鋼花管，徑向注漿鋼花管垂直于巖面，環(huán)向間距為1m，與工字鋼架焊接牢固。注漿鋼花管注漿前先噴混凝土封閉掌子面以防滲漏，對(duì)強(qiáng)行打入的鋼管進(jìn)行沖清管內(nèi)積物，然后再進(jìn)行水泥水玻璃漿液注漿，注漿順序由下而上，漿液用攪拌桶攪拌。在施工前取現(xiàn)況土樣進(jìn)行水玻璃漿液配比試驗(yàn)，來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)注漿施工，要求水玻璃模數(shù)范圍為：2.8～3.3，濃度要求在40Be’以上。注漿壓力：初壓為0.1～0.3Mpa，終壓為0.5Mpa。注漿時(shí)，要時(shí)刻觀察壓力和流量變化，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，注漿壓力達(dá)到0.5Mpa后要穩(wěn)定3min即可停止注漿用棉紗塞緊孔口轉(zhuǎn)入下孔注漿。
隨著注漿的連續(xù)進(jìn)行，注漿壓力和進(jìn)漿量增加，而土層吃漿量和進(jìn)漿速度逐漸減小，土體內(nèi)孔隙趨向填滿。由于漿液對(duì)周圍的土層連續(xù)擾動(dòng)、壓縮，使土顆粒移動(dòng)，重新排列，漿液中的水泥顆粒慢慢吸收周邊土的水份，有利于土體的脫水排氣，利于復(fù)合圍巖的形成，并通過(guò)張性層理劈裂壓入漿材并凝固成脈，迫使土體向上地層傳遞壓力并以輻射狀局隆起重新分布，經(jīng)過(guò)壓縮、脫水，稀泥狀粘土已變成土中，抗壓強(qiáng)度提高，承受隧道周邊部分圍巖壓力，不僅起到臨時(shí)防滲加固的作用，而且能作永久圍巖加固。
完成大管棚及注漿鋼花管注漿施工后，待注漿達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度時(shí)，在管棚及超前小導(dǎo)管支護(hù)環(huán)的保護(hù)下按短臺(tái)階法開(kāi)挖，上臺(tái)階超前下臺(tái)階6～10m，及時(shí)支護(hù)，襯砌緊跟。其工序?yàn)椋洪_(kāi)挖→初噴→掛網(wǎng)→架立工字鋼架→施作外插角45°及邊墻注漿鋼花管→復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度→進(jìn)入下一循環(huán)開(kāi)挖→及時(shí)施做二襯。
四、結(jié)語(yǔ)
實(shí)踐表明，注漿在隧道坍方處理中發(fā)揮了很好的作用，隧道內(nèi)坍方體軟、流塑狀粉粘土在高壓力的漿液作用下，在土體壓裂區(qū)中，漿脈與粘土互層，并經(jīng)過(guò)多次擠壓提高效率氧相互摻透，形成漿脈網(wǎng)絡(luò)，漿脈一方填充和擠密脫水固結(jié)為硬塑狀粘土，另一方面起著土體骨架作用，從而改變土體對(duì)外力的反應(yīng)機(jī)制，使土體的變形受到約束，使圍巖的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗?jié)B性均得到提高。
（中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
【關(guān)鍵詞】隧道坍方；注漿技術(shù)；坍方體
水泥注漿技術(shù)具有施工方法簡(jiǎn)單、方便、快速、有效等特點(diǎn)，同時(shí)具有凝膠時(shí)間可以調(diào)節(jié)、能控制漿液的擴(kuò)散范圍、固結(jié)強(qiáng)度高、結(jié)石率可達(dá)100%等優(yōu)點(diǎn)。因此，在淺埋、軟弱圍巖隧道施工及隧道坍方處理中被廣泛應(yīng)用。
一、工程概況
打括隧道位于新建黃織鐵路畢節(jié)地區(qū)織金縣境內(nèi)，其進(jìn)口里程為D1K44+845，中心里程為D1K45+847.5，出口里程為D1K46+850，全長(zhǎng)2005m。進(jìn)口D1K44+845～D1K45+693段848m屬于淺埋、軟弱圍巖隧道，隧道埋深為5m～30m，為單線電氣化鐵路。
二、隧道坍方原因
打括隧道進(jìn)口端D1K44+925～D1K44+968段地表為洼地，隧道覆蓋層薄，孔頂至地表為15m，隧道開(kāi)挖過(guò)程中連降大雨，隧道內(nèi)淌水嚴(yán)重，使該段隧道覆蓋土層已滲透軟化，自穩(wěn)能力差。造成打括隧道D1K44+925～D1K44+968段發(fā)生冒頂坍方，長(zhǎng)度43m。隧道坍方體為黃色的軟、流塑狀粘土、粉粘土，局部夾雜少量粗細(xì)角礫，天然含水量較大。軟、流塑粘土有以下幾個(gè)特性：（1）以粘粒和粉粒為主，細(xì)而膩，結(jié)構(gòu)基本為絮團(tuán)狀，孔隙大，壓縮性大，強(qiáng)度底；（2）粘粒周圍結(jié)合水膜及水中化學(xué)成分，產(chǎn)生了顆粒間的膠結(jié)作用，使流塑粘土呈膠體狀，表面有一保護(hù)膜，水中浸泡不易分散；（3）具有觸變性，在邊攪拌邊振動(dòng)或拍打能變成稀泥狀，但靜置后則重新呈現(xiàn)凝膠狀。
三、注漿在隧道坍方處理中的應(yīng)用
考慮到坍方體具有強(qiáng)度低，靈敏度高，易產(chǎn)生蠕動(dòng)現(xiàn)象，開(kāi)挖后自穩(wěn)能力差，地面沉降難以控制，嚴(yán)重時(shí)洞內(nèi)可能再次發(fā)生坍方，擴(kuò)大坍方長(zhǎng)度，導(dǎo)致隧道施工困難加劇。為避免坍方加劇，打括隧道D1K44+925～+968坍方段處理施工中采用地面注漿、隧道內(nèi)工作面注漿、隧道周邊淺孔注漿等三種注漿方式相結(jié)合的施工方法，以保證坍方處理施工安全。
（一）地表注漿
在地表坍方周邊插入注漿導(dǎo)管，間距1m，梅花形布置，注漿導(dǎo)管采用φ42無(wú)縫鋼管制成，長(zhǎng)3.5m，管壁每隔20cm交錯(cuò)鉆眼，眼孔直徑6～8mm，根部留1.5m不鉆眼做為止?jié){段。按預(yù)定的水灰比及注漿壓力開(kāi)始注漿，注漿過(guò)程中，觀察斷面是否有漿液滲出，若隧道內(nèi)坍方處自上往下有漿液滲出，則維持注漿壓力30s后停止注漿；若隧道內(nèi)坍方處沒(méi)有漿液滲出，注漿壓力達(dá)到0.8Mpa后停止注漿。注漿固結(jié)地表土體，防止地表水流入隧道內(nèi)加大坍方面積，增加工作面施工難度。
?。ǘ┧淼纼?nèi)工作面注漿
隧道內(nèi)采用兩環(huán)大管棚注漿及Ⅰ18工字架加強(qiáng)支護(hù)通過(guò)。在D1K44+920處施做第一環(huán)大管棚導(dǎo)向墻，第二環(huán)大管棚導(dǎo)向墻設(shè)置于D1K44+942處，導(dǎo)向墻厚1.0m，長(zhǎng)1.0m。大管棚水平鉆孔開(kāi)孔φ102 mm，選用φ89熱軋鋼管，壁厚8mm，每環(huán)每根長(zhǎng)度為25m。第一環(huán)大管棚外插角為6°，第二環(huán)大管棚外插角為2～3°，環(huán)向間距40cm，每環(huán)27根。大管棚內(nèi)注入水泥凈漿，凈漿水灰比1：1，注漿壓力：初壓為0.5～1Mpa,終壓為2Mpa,注漿壓力以控制水泥凈漿不冒出地表為原則。注漿結(jié)束后用C10水泥砂漿充填管棚鋼管，增強(qiáng)鋼管的強(qiáng)度和剛度。大管棚注漿時(shí)先注無(wú)水孔，后注有水孔。在無(wú)水地段可從拱腳起順序注漿。注漿速度根據(jù)注漿孔出水量大小而定，一般從快到慢。注漿結(jié)束時(shí)將閘閥關(guān)閉，卸下進(jìn)漿管，進(jìn)入下一循環(huán)。
?。ㄈ┧淼乐苓厹\孔注漿
為防止大管棚外插板圍巖掉塊，D1K44+925～+968段拱部設(shè)置φ42注漿鋼花管（小導(dǎo)管），外插角45°，環(huán)向間距40cm，每根長(zhǎng)度4m，每1.8m一環(huán)，每環(huán)26根。邊墻設(shè)置φ42注漿鋼花管注漿支護(hù)，小導(dǎo)管外插角45°，每環(huán)每側(cè)10根，每根長(zhǎng)度為3.5m，每1.8m一環(huán)。同時(shí)，在施做完工字鋼架支護(hù)后，設(shè)置φ42徑向注漿鋼花管，徑向注漿鋼花管垂直于巖面，環(huán)向間距為1m，與工字鋼架焊接牢固。注漿鋼花管注漿前先噴混凝土封閉掌子面以防滲漏，對(duì)強(qiáng)行打入的鋼管進(jìn)行沖清管內(nèi)積物，然后再進(jìn)行水泥水玻璃漿液注漿，注漿順序由下而上，漿液用攪拌桶攪拌。在施工前取現(xiàn)況土樣進(jìn)行水玻璃漿液配比試驗(yàn)，來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)注漿施工，要求水玻璃模數(shù)范圍為：2.8～3.3，濃度要求在40Be’以上。注漿壓力：初壓為0.1～0.3Mpa，終壓為0.5Mpa。注漿時(shí)，要時(shí)刻觀察壓力和流量變化，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，注漿壓力達(dá)到0.5Mpa后要穩(wěn)定3min即可停止注漿用棉紗塞緊孔口轉(zhuǎn)入下孔注漿。
隨著注漿的連續(xù)進(jìn)行，注漿壓力和進(jìn)漿量增加，而土層吃漿量和進(jìn)漿速度逐漸減小，土體內(nèi)孔隙趨向填滿。由于漿液對(duì)周圍的土層連續(xù)擾動(dòng)、壓縮，使土顆粒移動(dòng)，重新排列，漿液中的水泥顆粒慢慢吸收周邊土的水份，有利于土體的脫水排氣，利于復(fù)合圍巖的形成，并通過(guò)張性層理劈裂壓入漿材并凝固成脈，迫使土體向上地層傳遞壓力并以輻射狀局隆起重新分布，經(jīng)過(guò)壓縮、脫水，稀泥狀粘土已變成土中，抗壓強(qiáng)度提高，承受隧道周邊部分圍巖壓力，不僅起到臨時(shí)防滲加固的作用，而且能作永久圍巖加固。
完成大管棚及注漿鋼花管注漿施工后，待注漿達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度時(shí)，在管棚及超前小導(dǎo)管支護(hù)環(huán)的保護(hù)下按短臺(tái)階法開(kāi)挖，上臺(tái)階超前下臺(tái)階6～10m，及時(shí)支護(hù)，襯砌緊跟。其工序?yàn)椋洪_(kāi)挖→初噴→掛網(wǎng)→架立工字鋼架→施作外插角45°及邊墻注漿鋼花管→復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度→進(jìn)入下一循環(huán)開(kāi)挖→及時(shí)施做二襯。
四、結(jié)語(yǔ)
實(shí)踐表明，注漿在隧道坍方處理中發(fā)揮了很好的作用，隧道內(nèi)坍方體軟、流塑狀粉粘土在高壓力的漿液作用下，在土體壓裂區(qū)中，漿脈與粘土互層，并經(jīng)過(guò)多次擠壓提高效率氧相互摻透，形成漿脈網(wǎng)絡(luò)，漿脈一方填充和擠密脫水固結(jié)為硬塑狀粘土，另一方面起著土體骨架作用，從而改變土體對(duì)外力的反應(yīng)機(jī)制，使土體的變形受到約束，使圍巖的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗?jié)B性均得到提高。
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