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(jiǎn)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(wú)法正常施工的困難，安全順利地通過(guò)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(yàn)。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(kāi)挖工作面，加快施工速度，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)隧短打，決定增設(shè)一個(gè)措施斜 井。斜井設(shè)計(jì)全長(zhǎng)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(zhǎng)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(kāi)挖不斷從掌子面涌出，呈流塑狀，無(wú)法成洞。在采取 了超前小管棚注漿和拱部增加臨時(shí)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(lái)看，隧道主洞在海底穿過(guò)F1、F4風(fēng)化槽（囊）時(shí)，將要遇到的圍巖極可能與斜井穿 過(guò)的土石交界段圍巖狀況一樣，在這種情況下，如果沒(méi)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(huì)造成海水灌入隧道，給工程帶來(lái)巨大損失，甚至造成整個(gè)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(yàn)，對(duì)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(kāi)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(hào)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(jiàn)圖1，主要性能及參數(shù)見(jiàn)表1。表1注漿泵主要性能及參數(shù)表注漿泵型號(hào)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(shí)間初步定為35min，漿液配合比見(jiàn)表2。施工時(shí)，流水量較大的地方使用1號(hào)和2號(hào)配比，一般使用3號(hào)和4號(hào)配比。表2雙液漿不同W/C和不同M/S的凝結(jié)時(shí)間序號(hào)W/C(質(zhì)量比)M/S(體積比)水玻璃 (Be)凝膠時(shí)間(s)沉入度(mm)初凝時(shí)間(min- s )終凝時(shí)

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(yàn)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(kāi)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(jiàn)圖2。如圖2所示，帷幕注漿采用每6m 一次循環(huán)注漿，每個(gè)循環(huán)打注漿孔101個(gè)，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(tái)車鉆孔。每鉆完一孔，立即安裝2.8m長(zhǎng)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(jì)圖位置、角度鉆孔，鉆完孔后，安裝2.8m長(zhǎng)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(shí)有一定的壓力，工作面易坍塌，而且會(huì)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(jí)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(shí)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(shí)及時(shí)沖洗管路，防止堵管，見(jiàn)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(shí)，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(guò)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(jì)終壓，流量小 于5L/min，注進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即可結(jié)束該孔注漿。注漿量按正式計(jì)算：Q =nXR2XLXnXaXBi

8、式中：Qi第i個(gè)孔注漿量，m3；R一為漿液擴(kuò)散半徑，m；L一注漿孔長(zhǎng)度，m；n一為地層孔隙率，經(jīng)試驗(yàn)，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(gè)參數(shù)作為控制注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。每一個(gè)循環(huán)段注漿合格的標(biāo)準(zhǔn)是：設(shè)計(jì)所有的注漿孔均達(dá)到或超過(guò)計(jì)算進(jìn)漿量，無(wú)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(wú)流砂，水量小于0.15L/mmin。如遇到有的部位在鉆孔過(guò)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(shí)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(jì)深度。注漿過(guò)程中要注意如下事項(xiàng)：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(jì)要求施工。注漿管口四周要用錨固劑封好，防止漏漿。注漿時(shí)，要隨時(shí)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(guò)程中對(duì)注漿時(shí)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(shí)調(diào)整注漿參數(shù)，以達(dá)到最佳注漿效果?？卓诠芎附訉?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(shí)及時(shí)沖洗管路，防止堵管。由于注漿壓力較大，施工時(shí)注漿管的連接要牢固，停漿后，

10、立 即關(guān)閉孔口閥門，打開(kāi)沖洗閥清洗管路，然后先打開(kāi)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(jí)水泥砂漿將注漿孔填滿搗實(shí)。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(guò)程中，要隨時(shí)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(jiàn)表3。注漿效果比較見(jiàn)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(hào)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(zhǎng)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(jí)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(kāi)挖每循環(huán)注漿完成，待漿液達(dá)到一定強(qiáng)度后，可以開(kāi)挖掘進(jìn)，每次開(kāi)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(kāi)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(zhǎng)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(kāi)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(kāi)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(zhǎng)45m注漿鎖腳，每側(cè)4根。在開(kāi)挖過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)有局部地段注漿效果不好，則應(yīng)停止開(kāi)挖，補(bǔ)打中42小導(dǎo)管重新注漿，即 采用長(zhǎng)短管結(jié)合的注漿方法注漿。注漿后

13、斜井開(kāi)挖順序見(jiàn)圖7。圖7斜井土石交界段注漿后開(kāi)挖順序注漿前后施工效果對(duì)比斜井土石交界段帷幕注漿施工自K0+82.5開(kāi)始，至K0+138.9結(jié)束，共注漿14個(gè)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(kāi)挖后遇水即成流沙狀，無(wú)法自穩(wěn)，見(jiàn)圖4。注漿后開(kāi)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(tái)階注漿后開(kāi)挖圖圖9上臺(tái)階預(yù)留核心土環(huán)形開(kāi)挖圖10 環(huán)形開(kāi)挖圖11帷幕注漿后用風(fēng)鎬開(kāi)挖情景圖12帷幕注漿后扒碴機(jī)扒碴情景幾點(diǎn)體會(huì)注漿壓力、注漿量的控制

14、注漿過(guò)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(gè)眼，安裝6米鋼花管作為1號(hào)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(hào)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(méi)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(hào)管順序施工，每號(hào)管按自下向上，左右對(duì)稱 同時(shí)注漿。在土石分界段或個(gè)別部位有較大涌水時(shí)，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(guò)短(小于2m時(shí))， 在注漿過(guò)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(dòng)下，整體水平向外移動(dòng)。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(méi)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(kāi)挖，每次開(kāi)挖一棉鋼拱架長(zhǎng)度，每循環(huán)注漿6 m，累計(jì)開(kāi)挖長(zhǎng)度 不超過(guò)5m。盡管開(kāi)挖后，可以看到注漿效果相當(dāng)不錯(cuò)，但由于注漿布孔角度對(duì)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(kāi)挖輪廓線外側(cè)僅有3050cm的固結(jié)層，施工時(shí)靠近周邊輪廓邊沿只 能用人工加風(fēng)鎬開(kāi)挖，不能用機(jī)器開(kāi)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(wèn)題。同時(shí)開(kāi)挖時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)排