二重管無收縮漿液注漿工法的應(yīng)用

1、二重管無收縮漿液注漿工法的應(yīng)用深圳市供水網(wǎng)絡(luò)干線工程1# 隧道西坑谷地特殊地段注漿加固王志德1 曾湘德1 王榮權(quán)1 繆 翬2 劉家珩2(1.北京市城拓建設(shè)工程有限公司，北京100029)(2.深圳市東江水源工程管理處，深圳518001)摘 要：文章介紹了深圳市供水網(wǎng)絡(luò)干線這一重要工程在遇到隧道內(nèi)塌方漏水，造成地表變形影響安全而停工4個(gè)月后，采用了二重管無收縮漿液注漿工法進(jìn)行止水和巖層加固，解決了技術(shù)難題，取得了極好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：漏水；塌方；注漿；止水；加固1 工程概況：深圳市供水網(wǎng)絡(luò)干線工程是深圳市人民政府為解決市民生活、生產(chǎn)用水供需矛盾的一項(xiàng)市政重點(diǎn)工程。其中1#隧道全長17

2、958米，為無壓輸水特長隧道。隧道穿越深圳市龍崗區(qū)橫崗鎮(zhèn)西坑谷地，此地段地表建筑物密集，有鐵路、公路、橋梁等。隧道埋深為35m40m，縱向坡度1/3000，斷面為城門洞型，門洞直墻高3.2m，洞頂圓弧半徑2.1m，中心角180，斷面凈空4.2m5.3m(寬高)。工程第標(biāo)段里程為bk8+890bk14+140段，其中bk11+516bk11+655段全長139m，所處巖層為燕山期第四侵入花崗巖、石灰系下統(tǒng)石磴子組和石灰下統(tǒng)測(cè)水組下段地層，且有f38斷層破碎帶及影響帶。巖石破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，巖塊可折斷，浸水易軟化或崩解。巖塊中不均勻的夾有弱風(fēng)化巖塊。其中花崗巖以巖脈的形式穿插于大理巖中或絹云母片巖與

3、大理巖接觸帶中，裂隙極其發(fā)育。巖層情況見圖1。本區(qū)段地下水類型為地層潛滯水、構(gòu)造裂隙水、斷層及溶洞溶槽滯水。其主要依靠大氣降水補(bǔ)給及周圍山坡積水補(bǔ)給，地下水位高，隧道施工至bk11+519段時(shí)先后發(fā)生兩次較大的涌水及塌方(2000年5月3日和6月1日)，涌水量約200m3/h。因失水太多，地下水位嚴(yán)重下降造成地表坍塌及開裂，影響距隧道開挖掌子面左前方200m500m處，約有2萬m23萬m2范圍的部分民房。造成直接經(jīng)濟(jì)損失約2000多萬元。針對(duì)上述情況，有關(guān)治水專業(yè)隊(duì)伍在該地段地表采取單管深孔注漿工藝進(jìn)行注漿止水加固施工，耗時(shí)2月余，用水泥200余噸，但效果欠佳。其后又有多家單位及專家進(jìn)行調(diào)研和

4、實(shí)驗(yàn)均未成功。前后被迫停工約4個(gè)月，造成不良的社會(huì)影響。我公司通過現(xiàn)場(chǎng)考察和對(duì)地質(zhì)情況及涌水狀況的了解，提出了采用二重管無收縮漿液深孔放射預(yù)注漿工法。此工法經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位及專家等多方研究論證。通過我公司認(rèn)真組織，精心施工，邊加固處理巖層邊開挖施工隧道歷時(shí)約13個(gè)月(其中注漿加固時(shí)間為4.5個(gè)月)，使隧道開挖工作于2001年10月21日結(jié)束。完成施工長度139m，共鉆注漿孔494孔，總有效延米數(shù)為7497.3m，共耗水泥1265 t。實(shí)踐證明，我公司在該段工程采用的注漿工藝是正確的，其有效地止水、堵水，同時(shí)加固了松軟圍巖，保證了地下水位的穩(wěn)定，也保證了隧道開挖的安全，效果極其顯著。

5、2 方案設(shè)計(jì)及施工 (1) 施工目的采用深孔放射預(yù)注漿堵水及加固圍巖，主要以改變松散巖土性狀為目的，使隧道的周圍松散巖土層在一定范圍內(nèi)改變?yōu)椴煌杆畬?，以達(dá)到巖層在隧道掘進(jìn)開挖面前方及拱頂、邊墻、底部等全方位區(qū)域內(nèi)足以抵抗地下水壓力。 (2) 施工方法的選擇根據(jù)深圳市地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)研究院提供的該地段地質(zhì)情況，結(jié)合我公司成熟工藝和豐富施工經(jīng)驗(yàn)，參考原注漿施工(地表深孔單管注漿)失敗的原因，經(jīng)認(rèn)真研究和科學(xué)分析，與業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位以及專家等共同確定了圍巖注漿加固方案。具體方法為：通過二重管a、c雙液注漿，對(duì)隧洞拱頂、邊墻、底部及初襯外輪廓線外5.0m范圍內(nèi)進(jìn)行全斷面放射型注漿止水加固，形成具

6、有一定強(qiáng)度和止水效果的地下連續(xù)的止水帷幕。(3) 孔位布置本工程一般情況采用全斷面布置30個(gè)注漿孔，孔位布置見圖2。注漿孔縱向呈放射形?？孜环较蚪嵌纫姳?。表1 孔位方向角度表：孔深(18m) 孔角 號(hào)a(b)a1(b1)a2(b2)a3(b3)a4(b4)a5(b5)a6(b6)a7(b7)a8(b9)垂直方向夾角 21向上21向上21向上11向上08向下14向下21向下21向下水平方向夾角011向左(右)21向左(右)21向左(右)21向左(右)21向左(右)21向左(右)21向左(右)11向左(右)續(xù)表1cdc1(d1)c2(d2)c3(d3)c4(d4)ee垂直方向夾角14向上14向下

7、14向上00向下14向下08向下水平方向夾角0014向左(右)11向左(右)11向左(右)11向左(右)00為確保在隧洞開挖輪廓以內(nèi)及外輪廓線外5.0m范圍注漿加固成功，施工過程及時(shí)根據(jù)巖層松軟情況調(diào)整注漿孔數(shù)、深度等參數(shù)。在破碎帶及溶槽地段孔位曾增加至59孔、54孔、43孔、39孔。 (4) 注漿材料及漿液配比本工程注漿材料主要采用525#普通硅酸鹽水泥及濃度為40be的硅酸鈉，采用ct-1# 、ct-2#型添加劑，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適量加入ct-3#型增強(qiáng)劑。通常采用的三種配比見表2、表3。表2 1m3硅酸鈉溶液(a液)配比表 表3 1m3水泥漿液(c液)配比表：(原液為40 be) (

8、重量比)用途封堵灌漿止水用途封堵灌漿止水水玻璃kg(l)685(500)456(333)456(333)w/c水泥(kg)1.57：15262.2：13953.45：1264水 kg(l)500(500)667(667)667(667) 水 kg(l)824868912 a液:c液=1:1(體積比) (5) 漿液材料的特點(diǎn)： 其特性對(duì)地下水而言，不易溶解，無彌散，吸附現(xiàn)象，水穩(wěn)定性好。 對(duì)不同地質(zhì)條件，可灌性好，其凝結(jié)時(shí)間可調(diào)節(jié)。 具有早強(qiáng)，止水效果較佳。 凝膠體具有微膨脹性。3 施 工 (1) 主要技術(shù)參數(shù)及控制 鉆孔孔徑：50mm(使用鑿巖鉆車時(shí)為76mm)； 每次鉆孔(注漿)段長18m(

9、沿隧道縱向長度17m)； 每次開挖段長10m12m； 孔末端間距3.5m； 漿液擴(kuò)散半徑2.5m； 漿液凝結(jié)時(shí)間一般控制在1min2min (如遇大量涌水封堵時(shí)采用快凝型漿液注漿，凝結(jié)時(shí)間在10s30s)； 注漿終壓控制在1.5mpa2.0mpa； 單孔注漿結(jié)束原則：單孔注漿在達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓并穩(wěn)定10min15min； 全斷面結(jié)束注漿的原則：單孔(包括檢查孔)涌水量0.15m3/h (2.5l/min)或掌子面涌水量5 m3/h(100l/ min)。(2) 注漿方式及施工工藝 注漿方式利用地礦鉆機(jī)或鑿巖鉆車鉆注漿孔，如遇富水地段出現(xiàn)大量涌水時(shí)，采用前進(jìn)式二重管注漿或一次式單管注漿及時(shí)進(jìn)行封

10、堵，待處理好后，再鉆到設(shè)計(jì)深度，采用邊回抽邊注漿的方式進(jìn)行注漿。在施工至中后期或涌水量較少的地段，一般均采用一次式單管配合二重管雙液注漿工藝，以提高注漿效率，縮短工期。 止水、止?jié){墻的施工為防止注漿時(shí)地下水涌出作業(yè)面及跑漿，在注漿地段起始處的掌子面采用2.5m4.0m厚c20混凝土墻作為止水、止?jié){墻。以后的各注漿循環(huán)段采用預(yù)留5.0m長止?jié){巖盤，并根據(jù)掌子面圍巖情況，選擇素噴c20混凝土或打錨桿掛網(wǎng)片噴射c20混凝土全封閉的措施。實(shí)踐證明多種方法相結(jié)合效果較好。 施工方法采用txu-75a型地礦鉆機(jī)鉆注漿孔時(shí)，為確保定位準(zhǔn)確、鉆進(jìn)穩(wěn)定、施工進(jìn)度快，采用自制施工臺(tái)車(型鋼構(gòu)造，分上下臺(tái)階)全斷面

11、同時(shí)施工(上臺(tái)階施工15孔，下臺(tái)階施工15孔)。圍巖較硬采用鑿巖鉆車鉆注漿孔時(shí)，采用先下臺(tái)階施工，完成后開馬槽將鑿巖鉆車開至上臺(tái)階施工。 鉆孔施工根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用隔孔鉆孔注漿施工。因外插角的定位準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到注漿范圍及工程質(zhì)量，故必須定位準(zhǔn)確。在施工過程中應(yīng)考慮鉆桿自重影響，在原設(shè)計(jì)角度的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加一定的仰角(上斜孔在原角度上增加1 2)。鉆機(jī)在定好角度后，必須采取全方位的支掌措施，防止鉆機(jī)顫動(dòng)影響鉆進(jìn)施工。開鉆前期采用低速鉆進(jìn)，待鉆機(jī)正常鉆進(jìn)時(shí)(一般進(jìn)尺0.5m左右)，將鉆機(jī)速度調(diào)至正常運(yùn)行速度。鉆孔過程應(yīng)密切觀察鉆進(jìn)速度、涌水、巖層等情況，及時(shí)作好記錄。如在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)大涌水、

12、涌砂等特殊情況，必須停止鉆進(jìn)，先采取注漿封堵止水等技術(shù)措施進(jìn)行處理。在確定已完成止水后方可停止注漿，繼續(xù)向前鉆進(jìn)。鑿巖鉆車鉆孔施工(略) 注漿施工a. 二重管鉆桿回抽法注漿：按設(shè)計(jì)要求鉆好注漿孔后，進(jìn)行配料注漿(結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，嚴(yán)格遵循工藝要求及漿液調(diào)整原則操作)、按要求每40cm為一循環(huán)。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并穩(wěn)定后，回抽一次，以此循環(huán)直至全孔注漿結(jié)束，沖管后進(jìn)行下一孔位施工。工藝流程見圖4。b. 全孔一次性花管注漿：鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，全部回抽鉆桿，插入注漿花管(本工程采用自行加工的6分鋼管，見圖5)至設(shè)計(jì)深度進(jìn)行注水沖管，確認(rèn)暢通后進(jìn)行配料注漿(漿液操作要求同上)。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并穩(wěn)定

13、后，結(jié)束本孔注漿，沖洗管路轉(zhuǎn)下一孔位施工。c. 注漿時(shí)遇涌水等特殊情況，根據(jù)實(shí)際情況特殊處理。4 注漿施工機(jī)械(見照片1、2)(1) 注漿泵 采用臥式雙缸同步高壓注漿泵(syb-60/50型及syb-140型)，該泵可以調(diào)節(jié)壓力和流量。在選用注漿機(jī)械時(shí)應(yīng)使流量和壓力在盡可能的范圍內(nèi)可以控制，并可正確記錄。本工程曾使用的鉆頭、鉆具型號(hào)規(guī)格較多，所選機(jī)械最好零件少，構(gòu)造簡單，易清洗，并且漿液不經(jīng)過復(fù)雜的機(jī)械部位。注漿機(jī)組見圖6。(2) 鉆機(jī)txu-75a型鉆機(jī)和cmj-17型履帶式全液壓鑿巖鉆車(3) 攪拌機(jī)siy雙層攪拌機(jī)(4) 其它機(jī)具(略)5 注漿效果深圳市供水網(wǎng)絡(luò)干線工程1#隧道西坑谷地特

14、殊地段，采用二重管無收縮漿液注漿工法止水、加固松散圍巖后，效果非常顯著，解決了因涌水、塌方影響隧道不能掘進(jìn)施工的大難題，使深圳市供水網(wǎng)絡(luò)干線這一重大工程得以順利完工。(1) 注漿加固后的圍巖抗?jié)B能力明顯增強(qiáng)。掌子面涌水量由200m3/h降至2m3h，圍巖裂隙及溶槽、溶洞被漿液充分密實(shí)，見照片3、4。(2) 圍巖承載力明顯提高，自穩(wěn)性增強(qiáng)。(3) 隧道掘進(jìn)施工速度大大加快。加固前一般段每步開挖進(jìn)尺0.5m，西坑谷地特殊地段則根本無法施工。加固后每步開挖進(jìn)尺可達(dá)1.5m2.0m，見照片5、6。6 結(jié)束語圍巖加固注漿是一項(xiàng)隱蔽工程，因?yàn)槊宽?xiàng)工程的自然條件及地質(zhì)條件各不相同，其注漿方法也不應(yīng)該是完全相同。本文所述的洞內(nèi)深孔放射預(yù)注漿工法，在不同條件下可演變?yōu)槎毓躠、c無收縮漿液及單管一次性注漿等工法。前者能較好地適應(yīng)了各種地層的變化。在遇到大涌水時(shí)采用前進(jìn)式分段注漿，結(jié)合快凝型較稠漿液快速封堵后鉆至設(shè)計(jì)深度，進(jìn)行分段回抽循環(huán)注漿。在一般條件下采用一次性單管注漿。本工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜，設(shè)備的完善是保證成功的重要條件。前期鉆孔時(shí)出現(xiàn)卡鉆、塌孔、廢孔現(xiàn)象，造成鉆孔效率較低。當(dāng)采用先進(jìn)鉆孔機(jī)械(鑿巖鉆車)后效率明顯提高。在今后施工中如遇軟硬兼具的地層，我們考慮選用大扭矩、高鉆速、旋轉(zhuǎn)帶沖擊型鉆車，并配以套孔和麻花鉆桿，這樣一方面能保護(hù)孔壁，另一方面能保證鉆泥時(shí)