1、前言
砂卵砾石层是一种常见的地质体, 主要分布在河流的河床和两岸阶地上, 是浅埋隧道工程常见的复杂地层。浅埋富水卵石土岩层隧道在富水地段掌子面开挖时易发生较大规模的突涌泥石流, 必须进行注浆固结措施。
在砂卵砾石层中注浆, 主要采用静压渗透方法, 即在压力作用下使浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙, 排挤出孔隙中存在的自由水和气体, 基本上不改变原状土的结构和体积砂性土注浆的结构原理。浆液深入土体的节理裂隙中, 浆液也会填充土颗粒间的空隙, 将裂隙中的空气排出。同时, 浆液在化学反应过程中, 化学剂与注浆体进行离子交换, 会提高固结后注浆体的粘聚力, 将松散的土体粘结成一个整体。
注浆固结方式有三种施工方案, 一是洞内掌子面帷幕注浆, 二是地表注浆, 三是暗挖改明挖。洞内掌子面帷幕注浆方案, 即对隧道整个开挖面及开挖线以外5 m范围进行注浆固结, 注浆工序加入掌子面开挖循环, 优点是 (1) 可提高注浆对象的自稳时间和自身承载能力, 改善注浆体的物理力学性能, 缩小开挖变形范围, 减小围岩对初期支护和二次衬砌的压力。 (2) 注浆管可起到地表锚杆悬挂岩土体作用可防止塌方冒顶。 (3) 加固充填采空洞及其坍塌体, 使围岩整体性得到进一步加强。 (4) 封堵地表水下渗通道, 可防止地表水下渗软化围岩。 (5) 能保证隧道的长期稳定, 不留隐患。 (6) 钻孔利用率较高, 缺点是掌子面工作空间有限, 注浆设备摆不开, 注浆效率低, 且干扰正常掘进循环;地表固结注浆方案, 即在隧道顶部开挖线以下1 m至以上5 m范围进行围岩注浆固结, 优点除具备方法一的前五项优点外, 还具有作业面较大, 设备可多台同时作业, 注浆效率高, 工期短, 注浆质量好;缺点是成本比洞内掌子面帷幕注浆高20%-30%;第三种方案由于成本高, 只有在非常规条件下使用。
2、工程概况
隧道于DK158+060~DK158+310段穿越大湾子河, 为浅埋~超浅埋隧道。洞身经过的粗圆砾土、漂石土等地层为稍密~中密, 潮湿~饱和。大湾子河浅埋段多下穿漂石土 (Q4al+pl) :灰、灰白、灰黄、灰褐色, 稍密, 潮湿~饱和。测绘调查块径一般均大于0.2m, 最大直径1.50m, 夹砂砾、卵石, 石质为花岗岩和砂、板岩质, 具一定磨圆度, 分选差, 均匀性差。分布于长坡岭河, 以及支流大弯子河沟 (DK158+080~DK158+280) , 属于洪水季节堆积形成, 分层厚度0~8m, 属复合加积型砂卵砾石层。潜水位为表面下2米。
2.1 施工方案选择
通过方案对比, 因工期太紧, 选择地表注浆加固施工。
2.2 施工方案
2.2.1 加固及止水方案
加固段按两侧止水幕墙和加固区按不同区段同时进行施工, 止水幕墙按间距1×1m布置, 加固区按1.5×1.5m布置。
2.2.2 施工工艺流程
施工工艺流程见图3.
2.2.2. 1 注浆管加工
注浆花管为φ60 (壁厚3mm) 钢管制作, 花管打孔径8mm, 间距30cm, 梅花型布置。钢管对接φ48内衬管 (长度30cm) 套入φ60钢管内焊接接长。止水幕墙花管底部0.3m和顶部地面下3m不打孔, 作为止浆段, 上部3m安装封孔模袋, 注浆管高于地面0.5m。断面加固钢花管底部以上30cm和拱顶开挖线以上5m部分打孔, 注浆管要高于地面50cm, 拱顶以上5m范围内不打孔, 作为止浆段, 封孔模袋安装于拱顶5m至8m的位置 (模袋长3m) 。下管前要将钢花管底部及花眼用胶带缠好, 防止放置时有泥砂进入管内。模袋采用土工布制作成20cm直径圆筒形, 两端用铁丝和注浆管绑扎牢固, 上插入φ20铝塑管作为注浆管, 插入模袋长度1.5m。
2.2.2. 2 钻孔
按注浆布孔图, 现场测放注浆孔点。为满足钻孔排渣需要, 注浆孔钻孔孔径为133mm, 注浆钻孔孔位偏差不宜超过±10cm, 垂直度偏差不大于1%, 开钻须保证机身平稳。注浆孔进行统一编号, 注明施工次序。钻孔采用跳孔施钻, 先施钻止水幕墙孔位, 后施工加固区孔位。
2.2.2. 3 地表封孔模袋止浆施工
因地表疏松, 注浆时易发生地表冒浆, 所以在地表冒浆及管壁空隙冒浆由封孔模袋控制, 在模袋内注浆。通过一定压力使模袋膨胀, 填充管壁与孔壁之间空隙, 起到封闭作用。浆液采用水玻璃加水泥浆双液浆, 水泥浆液配比为水:水泥=0.8:1, 每立方米水泥用量为883kg, 水用量为707kg, 水玻璃浓度按35 Be' (波美度) 控制, 掺入量按水泥浆和水玻璃体积比1:0.3~0.5控制, 最大压力不超过2Mpa。封孔模袋注浆完成后2小时后可正式注浆。
2.2.2. 4 注浆
先对区域外围注浆, 再中部注浆。中部钻孔既是检查孔, 又是下道工序的注浆孔。两侧采用间隔注浆, 随钻随注, 以免引起孔位串浆, 增加注浆难度和清孔工作量。
根据质情况分析, 本地层存在渗漏量大、吸浆量大的情况, 为控制浆液过度流失, 保证注浆效果, 采用三个阶段分级升压法进行注浆:
注浆过程中, 将压力分为0.5Mpa、1.5Mpa、2Mpa阶段, 逐级升到设计规定值2Mpa。注浆开始使用最低一级的压力压注, 当单位吸浆量降低到30L/min时, 升高一级压力, 如此直到标准时即结束注浆。
2.3 注浆顺序
为了满足洞内施工与地表注浆平行作业的要求, 分段分片注浆。注浆顺序为:地表应平行作业, 由高坡向低坡方向分段按顺序进行, 先外围后内部, 并采取跳孔注浆方式。
2.4 注浆工艺要点
注浆工艺见图3, (1) 注浆前做好包括机械器具、仪表、管路、注浆材料、水、电等的检查及必要试验。 (2) 注浆过程中, 经常观测和记录注浆压力的变化情况, 掌握注浆量。特别要注意止浆盘的变形和饱浆情况。 (3) 为使浆液在本孔一定范围内扩散, 而不致串浆或冒浆, 应注意注浆压力变化。
2.5 材料及机械设备
水泥采用P.O42.5袋装普通硅酸盐水泥和水玻璃溶液。现场主要配备挖掘机一台, 清理场地及平整工作平台, 大容量水泥浆液搅拌机1台, 确保注浆过程中浆液供应充足;液压注浆泵1台, 浆液搅拌完成注浆泵跟进压注浆液;流量压力自动记录仪1台, 显示流量压力和总体注浆量;钻机1台。
3. 注浆效果验证
3.1 注水试验对比表
通过钻孔间距1.0m止浆墙内注浆前后压水试验验证可见, 采用水泥水玻璃双液浆施做止浆墙抗水压能力明显增强, 止浆墙注浆后压水试验压力为1.24MPa、单位注水量为1458L/10min;注浆前压水试验压力为0.2MPa、注水量3852L/10min, 压力无法升高, 注水量较大。
3.2 注浆后钻孔取芯效果
按照设计要求, 在注浆范围内随机抽取位置进行验证孔的钻探取芯, 通过采用芯样直观判断, 芯样均可见浆液脉络, 部分芯样可见粉细砂浆液黏结, 钻芯过程中无塌孔现象, 固结良好。由图4、5掌子面固结状况可知, 注浆页已经充分填充了岩土体间的孔隙, 注浆效果良好。
3.3掌子面钻孔及开挖验证
通过掌子面钻设超前水平钻孔, 钻设过程中钻速应均匀, 无卡钻现象, 出渣可见水泥凝结碎石块, 钻孔放置24h后, 未出现涌水、涌砂, 孔型完整。同时掌子面开挖至加固区范围后, 可见浆脉及水泥凝结块, 且掌子面无涌水, 较前段渗水量明显减少, 加固及止水效果凸显。见图5
4. 结论
通过本案例验证, 地表注浆对浅埋隧道通过粗圆砾土、漂石土等地层稍密~中密, 潮湿~饱和河道段进行加固注浆、两侧止水注浆施工, 加固及止水效果明显, 对隧道安全、快速通过河道浅埋段提供了先决条件, 同时为类似工程提供了相应的施工经验。
(1) 以加固原状岩土, 充分利用加固原状岩土为思路的支护手段比仅靠明挖强支撑的方案更符合力学原理, 更节约成本, 标准施工安全。
(2) 在该隧道地表注浆施工中, 采用地表按区段先后、区域平行施工、复合注浆方法, 施工简单可靠, 止浆效果良好, 可为同类施工提供参考。
摘要：当隧道施工过程中不可避免穿越浅埋富水等底层时, 施工过程中掌子面会发生涌水涌泥现象, 给施工带来安全隐患。针对大临铁路大弯子河段粗圆砾土、漂石土等河滩地层, 以注浆加固原理为指导, 通过方案对比, 采取适合本地地表注浆止水加固施工技术和工艺, 达到止水固结要求, 确保隧道按期、安全施工。
关键词：浅埋隧道,砂卵石岩层,地表注浆
参考文献
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