廈門海底隧道斜井全斷面帷幕注漿施工技術(shù)

1、廈門海底隧道斜井全斷面帷幕注漿施工技術(shù)摘 要 簡述了廈門海底隧道措施斜井在土石交界段采用超前帷幕預(yù)注漿的方法進(jìn)行堵水、加固，克 服了該段圍巖含水量達(dá)到50%、土體自然涌出呈流塑狀、無法正常施工的困難，安全順利地通過了軟弱含 水的土石交界段，為隧道海底風(fēng)化深槽帷幕注漿積累了一些施工經(jīng)驗。關(guān)鍵詞措施斜井土石交界段超前帷幕注漿工程概況廈門海底隧道工程A2標(biāo)為了增加開挖工作面，加快施工速度，實現(xiàn)長隧短打，決定增設(shè)一個措施斜 井。斜井設(shè)計全長418m（不包括洞口棚洞），井口位置為行車右線YK7+820.618右側(cè)9.598m，地面標(biāo)高為 6.138m。斜井向下與主洞交于YK8+150，前95 m為全風(fēng)化

2、花崗巖，后323m為花崗閃長巖。全風(fēng)化花崗巖 地段，掌子面圍巖含水量達(dá)到50%左右，土體隨著開挖不斷從掌子面涌出，呈流塑狀，無法成洞。在采取 了超前小管棚注漿和拱部增加臨時仰拱等措施后，仍然不能有效地控制巖體流變。支護(hù)好的地段在采取環(huán) 向小導(dǎo)管注漿加固后，仍發(fā)生較大變形。ll:l 3 Z / r -.X從相關(guān)地質(zhì)資料來看，隧道主洞在海底穿過F1、F4風(fēng)化槽（囊）時，將要遇到的圍巖極可能與斜井穿 過的土石交界段圍巖狀況一樣，在這種情況下，如果沒有一套合理、可靠的施工方案，在淺埋海底冒然施 工，稍有閃失，將會造成海水灌入隧道，給工程帶來巨大損失，甚至造成整個海底隧道工程的失敗。因此， 在斜井施作全

3、斷面帷幕注漿，收集地質(zhì)資料，積累經(jīng)驗，對于海底隧道施工具有重要意義。斜井帷幕注漿施工注漿準(zhǔn)備工作斜井原按上下導(dǎo)坑法施工，上導(dǎo)坑超前較多，為了進(jìn)行全斷面帷幕注漿，需停止上導(dǎo)坑施工，進(jìn)行兩 邊邊墻和仰拱處理。由于洞內(nèi)圍巖土體呈流塑狀，下導(dǎo)坑施工異常困難，擬先在下導(dǎo)坑進(jìn)行注漿，待注漿 固結(jié)后，再開挖，作初期支護(hù)，和上導(dǎo)坑封閉成環(huán)，并施工注漿止?jié){墻。注漿設(shè)備選用兩種型號的注漿泵：TGB-HG80/50雙液調(diào)速高壓注漿泵和ZYB-70/100S雙缸雙液變比注漿泵。注 漿設(shè)備見圖1，主要性能及參數(shù)見表1。表1注漿泵主要性能及參數(shù)表注漿泵型號最大工作壓力(MPa)最大排漿量(L/min)電機(jī)功率 (kw)質(zhì)

4、量(kg)備注TGB-HG80/5021160221338ZYB-70/100S107015680TGB-HG80/50ZYB-70/100S圖1注漿設(shè)備注漿材料和配合比注漿使用材料：水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥和MC42.5超細(xì)水泥兩種，水玻璃濃度為30Be， 工業(yè)純磷酸氫二鈉。漿液配合比：考慮到斜井滲水量比較大，漿液凝結(jié)時間初步定為35min，漿液配合比見表2。施工時，流水量較大的地方使用1號和2號配比，一般使用3號和4號配比。表2雙液漿不同W/C和不同M/S的凝結(jié)時間序號W/C(質(zhì)量比)M/S(體積比)水玻璃 (Be)凝膠時間(s)沉入度(mm)初凝時間(min- s )終凝時

5、間(h-min- s )備注10.7:10.938.817311-251-01-20雙液漿配20.8:130.9:141 : 151 :1.121381-550-59-10比試驗摻29502-391-19-21磷酸氫二37583-501-15-07鈉，摻量為49905-471-45-19水泥質(zhì)量的3%。注漿孔布置注漿孔自掌子面沿開挖方向，以斜井中軸為中心呈傘狀布置。漿液擴(kuò)散半徑按0.3m控制，見圖2。如圖2所示，帷幕注漿采用每6m 一次循環(huán)注漿，每個循環(huán)打注漿孔101個，施工工藝流程如下：（1）施作第一圈帷幕注漿孔：沿斜井周邊按45。外插角鉆孔，孔深度為6m，間距40cm，用353E型 三臂鑿

6、巖臺車鉆孔。每鉆完一孔，立即安裝2.8m長的孔口套管，其中打入孔內(nèi)2m，露出0.8m。（2）施作內(nèi)圈帷幕注漿孔：按照設(shè)計圖位置、角度鉆孔，鉆完孔后，安裝2.8m長的孔口套管，其中 打入孔內(nèi)2m，露出0.8m。止?jié){墻設(shè)置由于工作面圍巖較軟弱，注漿時有一定的壓力，工作面易坍塌，而且會引起漏漿，嚴(yán)重影響注漿效果 和施工安全。因此工作面必須設(shè)置止?jié){墻。在已鉆好孔并安裝好套管距圍巖面10 cm處，掛規(guī)格為8X20cmX20cm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片與套管焊接， 然后噴射厚度60cm強(qiáng)度等級C25混凝土，形成止?jié){墻。注漿施工注漿前用錨固劑把管口與掌子面之間的縫隙堵死，防止注漿時漏漿?？卓诠芎附訉?dǎo)絲管，以便安裝止?jié){閘

7、閥和混合器，混合器和注漿管相連接，混合器上安裝沖洗閘閥以 便注漿中斷時及時沖洗管路，防止堵管，見圖3。圖3注漿嘴連接各孔首先采用普通水泥-水玻璃雙液漿注漿，W/C=0.91.0, M/S=0.9,待壓力達(dá)到2MPa后采用超細(xì) 水泥-水玻璃漿液注漿，如果注漿壓力一直達(dá)不到2MPa時，仍采用普通水泥-水玻璃雙液漿注漿。緩凝劑 用磷酸氫二鈉，摻量為水泥用量的3%，注漿壓力采用中壓，一般按12.5MPa控制。單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓，流量小 于5L/min，注進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計要求，即可結(jié)束該孔注漿。注漿量按正式計算：Q =nXR2XLXnXaXBi

8、式中：Qi第i個孔注漿量，m3；R一為漿液擴(kuò)散半徑，m；L一注漿孔長度，m；n一為地層孔隙率，經(jīng)試驗，取0.20.4；a 一為漿液有效充填率，取0.91.0；B一為漿液損耗系數(shù)，取1.15。注漿終壓2.5MPa，以注漿量和注漿壓力兩個參數(shù)作為控制注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。每一個循環(huán)段注漿合格的標(biāo)準(zhǔn)是：設(shè)計所有的注漿孔均達(dá)到或超過計算進(jìn)漿量，無漏注現(xiàn)象；按總注 漿孔的5%10%打檢查孔，檢查孔固結(jié)好、無流砂，水量小于0.15L/mmin。如遇到有的部位在鉆孔過程中涌水量很大，并伴有流砂和坍塌現(xiàn)象，就停止鉆孔，立即安裝套管進(jìn)行 注漿，漿液凝結(jié)時間取1min左右。注完漿后，待漿液凝固再向里鉆孔，再注漿，直至達(dá)

9、到設(shè)計深度。注漿過程中要注意如下事項：在注漿前，要調(diào)試好注漿設(shè)備，作好工前交底，使工人能夠熟練地掌握注漿設(shè)備的主要性能和操作 方法，使注漿工作嚴(yán)格按設(shè)計要求施工。注漿管口四周要用錨固劑封好，防止漏漿。注漿時，要隨時觀察各處是否有漏漿現(xiàn)象，如有漏漿， 應(yīng)立即停止，采取措施，堵漏后再繼續(xù)施工。在注漿過程中對注漿時間、注漿量、壓力變化以及圍巖、止?jié){墻的變化進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并根據(jù)注 漿效果及時調(diào)整注漿參數(shù)，以達(dá)到最佳注漿效果。孔口管焊接導(dǎo)絲管，以便安裝止?jié){閘閥和混合器，混合器和注漿管相連接，混合器上安裝沖洗閘閥 以便注漿中斷時及時沖洗管路，防止堵管。由于注漿壓力較大，施工時注漿管的連接要牢固，停漿后，

10、立 即關(guān)閉孔口閥門，打開沖洗閥清洗管路，然后先打開注漿泵減壓閥，再折卸注漿管，防止高壓漿液噴射傷 人。待孔內(nèi)漿液初凝后，再拆除止?jié){閥，并用高等級水泥砂漿將注漿孔填滿搗實。操作工人要佩帶安全防 護(hù)用品，如膠皮手套，防護(hù)眼罩等。注漿過程中，要隨時觀察注漿區(qū)域地表情況，發(fā)現(xiàn)異常，要立即停止注漿作業(yè)。注漿完成后，要清理好注漿機(jī)，作好機(jī)器保養(yǎng)，以便下一循環(huán)再用。注漿參數(shù)見表3。注漿效果比較見圖4、圖5、圖6。表3斜井土石交界段帷幕注漿參數(shù)表序號名 稱單位數(shù)量1注漿管間距cm第1、第2圈40 cm，第3圈64 cm，第4圈93 cm2注漿段長m6.03漿液擴(kuò)散半徑m0.34注漿速度L / min40605

11、注漿終壓MPa2.5 （特殊部位可適當(dāng)加大終壓）6止?jié){墻噴射強(qiáng)度等級C25混凝土厚度60cm圖4未帷幕注漿的工作面X圖5帷幕注漿效果圖6帷幕注漿效果斜井開挖每循環(huán)注漿完成，待漿液達(dá)到一定強(qiáng)度后，可以開挖掘進(jìn)，每次開挖0.5m，作初期支護(hù)，每6m留1m 作為下一循環(huán)止?jié){段，進(jìn)行下一循環(huán)帷幕注漿。開挖前先在已注漿固結(jié)好的拱頂重新鉆眼施作超前管棚，管棚長3m，間距0.3m。利用已注漿固 結(jié)巖土體和超前管棚的綜合效應(yīng)，沿斜井掌子面輪廓向前開挖一棉鋼拱架的位置，留核心土，施作第1棉 鋼拱架，鋼拱架用120工字鋼制作，鋼拱架與管棚焊接連成一體。再掘進(jìn)0.5m，高度至管棚底，施作第2 福鋼拱架，與管棚焊接連

12、成一體。第1、第2棉鋼拱架橫向每隔0.5m用中25螺紋鋼筋焊連，空間掛網(wǎng)噴 射C25混凝土厚30cm。再掘進(jìn)0.5m，高度至管棚底，施作第3棉鋼拱架與管棚焊接連成一體。第2、第3 福鋼拱架橫向每隔0.5m用中25螺紋鋼筋焊連，空間掛網(wǎng)噴射C25混凝土厚30cm。按此法繼續(xù)循環(huán)操作， 直至開挖到第5m并安好鋼拱架后，即進(jìn)行第二循環(huán)帷幕注漿的施作：布孔、鉆眼、安注漿套管、做噴射 混凝土止?jié){墻和注漿。在每架設(shè)完一棉鋼拱架之后，在拱腳部位打入中42鋼管，長45m注漿鎖腳，每側(cè)4根。在開挖過程中如發(fā)現(xiàn)有局部地段注漿效果不好，則應(yīng)停止開挖，補打中42小導(dǎo)管重新注漿，即 采用長短管結(jié)合的注漿方法注漿。注漿后

13、斜井開挖順序見圖7。圖7斜井土石交界段注漿后開挖順序注漿前后施工效果對比斜井土石交界段帷幕注漿施工自K0+82.5開始，至K0+138.9結(jié)束，共注漿14個循環(huán)，循環(huán)注漿量最 小72.09m3，最大241.02m3，總注漿量1800 m3,循環(huán)進(jìn)尺最小2.6m，最大5.2m。斜井注漿施工前，掌子面為全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，開挖后遇水即成流沙狀，無法自穩(wěn)，見圖4。注漿后開挖掌子面效果如圖812，可以看到雙液漿沿巖石裂隙擴(kuò)散，將圍巖固結(jié)，達(dá)到堵水目的。圖8下臺階注漿后開挖圖圖9上臺階預(yù)留核心土環(huán)形開挖圖10 環(huán)形開挖圖11帷幕注漿后用風(fēng)鎬開挖情景圖12帷幕注漿后扒碴機(jī)扒碴情景幾點體會注漿壓力、注漿量的控制

14、注漿過程中，以注漿量和注漿壓力相結(jié)合的方法控制。在工作面滲水比較小的情況下，采用單管注漿量控制法效果較好，注漿壓力作為參考，即按照注漿管 布置圖，拱頂、拱腳、兩側(cè)底腳以及它們之間加插12個眼，安裝6米鋼花管作為1號管，每管注漿按 15袋左右水泥量拌制雙液漿標(biāo)準(zhǔn)控制；外圈其他眼作為2號管，安裝23m的孔口管，每孔注漿量按8 12袋水泥量控制；其他孔按68袋水泥量控制；注漿后期在工作面沒有較大變形的情況下可適當(dāng)加大用 量。每循環(huán)注漿水泥用量3545t水泥左右。注漿按14號管順序施工，每號管按自下向上，左右對稱 同時注漿。在土石分界段或個別部位有較大涌水時，注漿采用注漿壓力控制。在出水部位周圍按照終

15、壓34MPa 控制，其他孔仍按照注漿量控制施工。但要注意由于注漿壓力大，如果孔口管伸入孔內(nèi)過短(小于2m時)， 在注漿過程中，漿液送不到孔內(nèi)滲透，而是在孔口靠止?jié){墻阻擋折反滲入巖層中。這樣，容易發(fā)生止?jié){墻 在注漿壓力推動下，整體水平向外移動。盡管注漿量較大，注漿效果卻不理想，主要是注漿量相當(dāng)一部分 集中在止?jié){墻背后，沒有注到圍巖中去，這種情況需要在止?jié){墻外側(cè)加支撐，用外力阻擋止?jié){墻位移。注漿布孔角度控制注漿結(jié)束后，在雙液漿初凝后即可開挖，每次開挖一棉鋼拱架長度，每循環(huán)注漿6 m，累計開挖長度 不超過5m。盡管開挖后，可以看到注漿效果相當(dāng)不錯，但由于注漿布孔角度對斜井輪廓線外側(cè)固結(jié)厚度考 慮得少，因注漿擴(kuò)散半徑有限，在開挖輪廓線外側(cè)僅有3050cm的固結(jié)層，施工時靠近周邊輪廓邊沿只 能用人工加風(fēng)鎬開挖，不能用機(jī)器開挖，防止傷及保護(hù)層，造成周邊圍巖破壞使水再滲入，這是今后施行 帷幕注漿布孔需要再改進(jìn)的問題。同時開挖時做好現(xiàn)場排