TGRM前進(jìn)式注漿工藝在城市富水砂層隧道施工中的應(yīng)用

隨著人類活動對空間的要求提高，各種地下工程應(yīng)運(yùn)而生，特別是淺埋暗挖隧道技術(shù)的發(fā)展，推動了地下工程的建設(shè)，地下空間得到充分利用。在地下工程施工中，水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及管線位置是影響施工安全及質(zhì)量的重要因素，同時地面沉降量是否滿足設(shè)計要求也是評價地下工程施工的一個關(guān)鍵因素。而對地層進(jìn)行預(yù)加固是穩(wěn)定周邊管線，阻隔地下水，保持淺埋暗挖隧道開挖工作面穩(wěn)定以及控制地表沉降最好的方法。預(yù)加固最常用的措施就是超前深孔注漿，本文以實(shí)際工程為依托闡述了超細(xì)型TGRM液分段前進(jìn)式注漿工藝在富水砂層淺埋暗挖隧道中的應(yīng)用。1、工程概況北京市運(yùn)河變電站至商務(wù)園變電站之間的電纜隧道隨通順路沿線敷設(shè)：其中L2線13號（1+476）、14號（1+640.1）豎井及隧道下穿通順路，14號（1+640.1）向東至1+692.3折向南與堤岸路明開隧道（1+730.5）連接。13號電力井為5.2豎井，深14.4?m，位于溫榆河?xùn)|路（通順路口）北側(cè)人行步道和北半幅路面內(nèi)；14號豎井為5.2臨時豎井，深15?m，位于通順路1+640.1處東側(cè)非機(jī)動車道和人行步道內(nèi)。13號、14號隧道下穿通順路。14號向東至1+692.3折向南與穿越溫榆河明開隧道接頭。豎井及隧道緊鄰溫榆河，地下水豐富，暗挖隧道全部位于地下水位以下，隧道主要位于細(xì)砂3層、細(xì)砂4層。1.1工程地質(zhì)與水文地質(zhì)本場地屬于平原地貌?？辈斓讓咏衣蹲畲笊疃葹?0?m，自上而下穿越人工堆積層，厚1.70~6.2?m，最厚達(dá)9.5?m；一般第四紀(jì)沖洪積層：粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土2層、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土2層、細(xì)砂3層、細(xì)砂4層、粉質(zhì)粘土—重粉質(zhì)粘土1層。13號－14號－1號隧道主要穿越：細(xì)砂3層，局部穿越細(xì)砂4層。本次勘察深度為20?m，勘察中發(fā)現(xiàn)存在一層地下水，類型為潛水。水位埋深為4.30~9.30?m，標(biāo)高為12.630~13.500?m。含水層位于細(xì)砂3層和細(xì)砂4層，主要來源為徑流和大氣降水補(bǔ)給，徑流和蒸發(fā)是地下水的主要排泄方式。隧道位于地下水位以下，臨近溫榆河（河寬約180?m，河水深1.5?m，河底無襯砌）溫榆河河水與地下水存在水力聯(lián)系。1.2施工風(fēng)險源分析及施工重點(diǎn)隧道沿通順路由北向南分布，1+476~1+640.1段橫穿越現(xiàn)況通順路，1+640.1~1+720.5段穿越現(xiàn)狀地面工廠。隧道沿線存在多處民房、商鋪；地下存在雨水、污水、電力等多處市政管線；地上樹木數(shù)量較多；隧道橫穿現(xiàn)況道路以及側(cè)穿天橋。豎井及隧道施工則需嚴(yán)格控制路面沉降，保證道路及市政管線安全運(yùn)行。暗挖隧道基本位于地下水位以下，隧道主要位于粉砂1層、細(xì)砂3層、細(xì)砂4層。由于地層軟弱，地下水量較大，隧道暗挖過程中易形成塌方、突水和涌砂現(xiàn)象，導(dǎo)致地面沉降、管線破壞等事故，造成惡劣的社會影響和經(jīng)濟(jì)損失。隧道穿越現(xiàn)況道路13號-14號下穿通順路（141?m）13號-14號下穿通順路覆土9~13?m，隧道穿越富水粉細(xì)砂層，施工過程中易造成道路塌陷或下沉、地下設(shè)施破壞、交通斷路、人身安全二級（1）隧道設(shè)計采取全斷面注漿止水；（2）施工過程中，輔以超前小導(dǎo)管進(jìn)行土體加固；（3）大口井降水減壓或隔水；（4）加強(qiáng)監(jiān)控量測，數(shù)據(jù)的時態(tài)曲線發(fā)生突變或達(dá)到警戒值時，立即封閉掌子面，分析原因后處理。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計如下。電纜隧道斷面為直墻、圓拱、仰供，底板凈空尺寸為2.6×2.9?m。起拱線高2.25?m，矢高0.65?m。初襯結(jié)構(gòu)為C2O噴射混凝土+網(wǎng)構(gòu)鋼架+鋼筋網(wǎng)支護(hù)，厚250?mm。隧道初襯與二襯之間設(shè)聚乙烯丙綸防水層。二襯模筑鋼筋混凝土C40P8，厚250?mm。開挖寬度3.63?m，初襯開挖高度4.14?m，初襯格柵榀距0.5?m，拱架內(nèi)外側(cè)用20鋼筋連接，拱墻底均鋪雙層鋼筋網(wǎng)6@100×100。初襯噴射C2O混凝土，摻8%（重量比）FS-P型外加劑。二襯結(jié)構(gòu)變形縫間距不得大于30?m。1.3施工中遇到的問題13號－14號隧道下穿通順路、14號－明暗接頭隧道下穿河堤路和旅游租賃大院；由于暗挖隧道緊鄰溫榆河，全部位于富水細(xì)砂層中，地層透水性強(qiáng)，地下水與溫榆河有水力補(bǔ)充關(guān)系。該地區(qū)地下水，流速快，涌水量大，按優(yōu)化方案采用雙重管注漿（WSS）工藝，注入水泥–水玻璃雙液漿進(jìn)行全斷面注漿加固。然而，在開挖過程中多次發(fā)生突水涌砂險情，影響既有道路、地下設(shè)施、周邊環(huán)境的安全。具體險情如下。（1）13號豎井進(jìn)場時間為2017年6月3日，經(jīng)3次反復(fù)注漿加固土體，歷時50?d完成封底。由于突水涌砂造成豎井側(cè)壁及地面出現(xiàn)不同程度的空洞，造成地面下沉，龍門架變形（圖1）。圖113號豎井及隧道突水涌砂（a）示意1；（b）示意2（2）13號東側(cè)隧道初襯進(jìn)尺10?m，開挖至5?m、7?m位置發(fā)生突水涌砂險情，造成地面下沉，地下水倒灌豎井。嚴(yán)重影響道路及周邊環(huán)境安全。（3）13號南側(cè)隧道初襯進(jìn)尺4?m，開挖至2?m位置發(fā)生突水涌砂險情，造成地面下沉，地下水灌入豎井。（4）14號豎井進(jìn)場時間為2017年6月6日，經(jīng)4次注漿加固土體，歷時150?d完成封底。（5）14號東側(cè)隧道初襯進(jìn)尺完成5?m。開挖至2?m位置發(fā)生突水涌砂險情，造成地面下沉，地下水倒灌豎井。豎井出現(xiàn)險情后，立即回填豎井，重新注漿開挖，隧道出現(xiàn)險情后，立即進(jìn)行搶險并停止施工，經(jīng)多次專家論證，得出結(jié)論為現(xiàn)場地質(zhì)情況為細(xì)砂層，地下水較豐富，按原設(shè)計采用雙重管注漿（WSS）工藝不能滿足阻水及加固地層的要求，注入的水泥-水玻璃雙液漿固結(jié)體的有效強(qiáng)度維持時間不能滿足施工周期需求，地層強(qiáng)度降低導(dǎo)致突水涌砂、地面下沉。2、方案比選通過分析原因，該隧道需選擇凝固快、注入工藝簡單、阻水效果好、耐久性好等的注漿材料和工藝。通過比選雙重管、水平旋噴、水平袖閥管、TGRM分段前進(jìn)式超前注漿工藝，最終選定采用超細(xì)型TGRM灌漿料分段前進(jìn)式超前深孔注漿堵水加固工藝。分段前進(jìn)式超前深孔注漿方式是鉆、注交替作業(yè)的注漿工藝，在本隧道先鉆長0.5~1?m的孔，注漿，再鉆相同一段，再注一段，如此交替進(jìn)行。為達(dá)到較好的堵水效果，用孔口管法蘭止?jié){。3、注漿參數(shù)設(shè)計3.1注漿范圍注漿范圍為13號-14號（1+476-1+640.1）隧道共141?m。加固范圍開挖輪廓線外厚度3?m（含掌子面）。一次注漿循環(huán)步長為12?m，開挖10?m，預(yù)留2?m止?jié){墻。深孔注漿參數(shù)為：擴(kuò)散半徑0.3~0.5?m，注漿終壓0.8~1?MPa，鉆孔速度10?min/m，注漿速度30?L/min，前進(jìn)式分段注漿長度為0.5~1?m，漿液比例V1∶V2=1∶1，單孔一次注漿量控制為0.91?m3/m。3.2分段前進(jìn)式深孔注漿工藝（1）隧道內(nèi)采用一次多孔同時注漿工藝。經(jīng)論證，加固范圍為開挖輪廓外3?m范圍，一次注漿循環(huán)步長為12?m，搭接2?m（預(yù)留止?jié){墻）。在隧道全斷面掌子面布置注漿孔，注漿孔間距0.5~0.6?m，按放射狀對稱布置，中間兩孔為水平鉆孔；第2圈布設(shè)8孔，向外6°；第3圈布設(shè)13孔，向外9°；第4圈布設(shè)19孔，向外18°。（2）按由內(nèi)往外和先下后上順序注漿。（3）注漿最前面安裝注入前端裝置，方便TGRM漿攪拌均勻，防止因地下壓力大而引起的漿液反漿。（4）為防止路面隆起和漿液流失，注漿時要嚴(yán)格控制注漿量和壓力，每孔每m一次注漿量為0.91?m3漿液，注漿終壓控制在1.0?MPa以內(nèi)。每環(huán)計劃注漿周期為6d。3.3成孔技術(shù)措施由于暗挖隧道全部位于地下水位以下，且緊鄰溫榆河，地下水豐富，補(bǔ)給量大，水頭高，壓力大，突水涌砂現(xiàn)象嚴(yán)重，故選用大功率洞內(nèi)坑道鉆機(jī)。

3.3.1鉆孔保證措施（1）嚴(yán)格按照設(shè)定參數(shù)進(jìn)行鉆孔?，F(xiàn)場實(shí)施過程中，發(fā)現(xiàn)鉆孔孔位不能按照設(shè)定參數(shù)布設(shè)時，要重新進(jìn)行計算，重新確定參數(shù)，對鉆孔進(jìn)行移位和補(bǔ)孔。（2）平穩(wěn)鉆進(jìn)至關(guān)重要，操作手要具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，保持鉆機(jī)穩(wěn)定。（3）班前對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁故障帶病作業(yè)；也要對相關(guān)鉆具進(jìn)行班前檢查，選用性能質(zhì)量良好的鉆頭和鉆桿。3.3.2鉆孔技術(shù)要求（1）放點(diǎn)時嚴(yán)格按著圖紙設(shè)計孔位對應(yīng)坐標(biāo)測量放樣；（2）嚴(yán)格按照設(shè)計要求成孔；（3）洞內(nèi)坑道鉆機(jī)采用水鉆，鉆孔孔徑42?mm；（4）施工過程中要進(jìn)行孔斜測量，保證孔斜小于1°；（5）注漿結(jié)束后封堵所有鉆孔，可使用水灰比1∶1的濃漿進(jìn)行封堵。3.4注漿技術(shù)措施3.4.1注漿材料（1）注漿加固范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)主要為細(xì)砂3層和細(xì)砂4層，地下水非常豐富，所以選用早強(qiáng)性、耐久性好的超細(xì)水泥TGRM漿液注漿，以達(dá)到迅速止水加固的目的。水壓較大地段采用超細(xì)水泥和改性水玻璃漿液混合使用。（2）注漿材料的配合比如下。A液水：水玻璃配合比為0.65∶1，水玻璃波美度40°Be。B液水：超細(xì)水泥TGRM灌漿料（水灰比）配合比為1∶1（加入適量固化劑）。（3）注漿種類，壓力小時采用B液單液注漿，壓力較大時采用雙液漿。（4）漿液凝膠時間為10~30s。（5）注漿以超細(xì)水泥TRM灌漿料為主，特殊地段使用超細(xì)水泥和改性水玻璃漿液混合使用。3.4.2注漿液攪拌在攪拌器中先放入水，在開機(jī)攪拌，最后加入TGRM灌漿料，至少攪拌3?min，即可使用。每次鉆孔分段長度0.5~1?m。注漿順序?yàn)閺膬?nèi)往外，先下后上。超前深孔注漿流量控制在10~30?L/min，每次同步注漿兩根，使?jié){液慢慢滲透達(dá)到擠密注漿和劈裂注漿的效果。為預(yù)防地面隆起，注漿時每孔注漿量不宜過大，平均每孔注漿量控制5.6?m3以內(nèi)，壓力控制在0.8~1.0?MPa。漿液擴(kuò)散半徑約為0.3~0.5?m。通過設(shè)備上的流量計觀測注漿壓力變化，特別是注漿量的增加，壓力變化情況，注漿壓力不超過1.0?MPa。3.4.3注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)注漿終壓和注漿量雙重控制。注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓1.0?MPa或注漿量達(dá)到設(shè)計單孔注漿量時，穩(wěn)壓15?min即可結(jié)束注漿。3.5注漿效果檢驗(yàn)為檢查工程的施工效果，保證隧道安全開挖，在注漿結(jié)束后1d，通過鉆孔判斷地層滲透性來判斷注漿效果。質(zhì)量檢測孔為3~5孔（即總數(shù)量的5%~10%），重點(diǎn)檢查注漿質(zhì)量較差的部位和地質(zhì)條件不好的地段。3.6注漿量計算根據(jù)本隧道所處地層的工程地質(zhì)及水文條件、擬定的注漿方案及選擇的TGRM灌漿料，結(jié)合漿液的擴(kuò)散半徑和砂層孔隙估算注漿量。3.7注漿注意事項(xiàng)（1）隨時測量水壓及涌水量，若實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計不符，應(yīng)及時變更設(shè)計及施工方案。（2）根據(jù)地質(zhì)情況，隨時調(diào)整注漿分段長度，但不得超過1?m，當(dāng)水壓較大出現(xiàn)涌水時，應(yīng)立即注漿封堵并改變工藝