注漿加固在淺埋暗挖隧道中的應(yīng)用

熊宗書

【摘 要】文革敘述了小導(dǎo)管注漿機(jī)理，結(jié)合保龍高速公路馬家寨隧道施工介紹了注漿加固技術(shù)在淺埋暗挖隧道中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】注漿 加固 淺埋暗挖 隧道

引言

隧道小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)是沿初期支護(hù)外輪廓線，按一定仰角，向掌子面施打帶泄?jié){孔的小導(dǎo)管并進(jìn)行注漿。充分填充土體的空隙。以改善土體物理力學(xué)性能。穩(wěn)定掌子面前方的土體，以達(dá)到控制開挖松弛、崩塌、沉降，從而提高掌子面的自穩(wěn)性。

1 小導(dǎo)管注漿機(jī)理

1.1小導(dǎo)管的梁支撐效應(yīng)

用作小導(dǎo)管的無縫鋼管，前端以一定的角度插入開挖斷面外深部圍巖，后端支撐在鋼拱架上面，并與鋼拱架焊接在一起。根據(jù)導(dǎo)管的長度，一般開挖作業(yè)幾個循環(huán)后進(jìn)行下一次的導(dǎo)管施作，導(dǎo)管總有部分出露懸空的長度，因此，導(dǎo)管鋼管可以看作是一端為絞支，一端為滾軸支座的簡支梁，隧道開挖后可有效承受卸荷產(chǎn)生的部分松動壓力，使二次應(yīng)力場的重分布向著利于圍巖穩(wěn)定的方向發(fā)展。

1.2小導(dǎo)管的注漿加固效應(yīng)

無縫鋼管上鉆取注漿孔，通過導(dǎo)管向周邊圍巖注漿，在壓力作用下化學(xué)漿液滲透到砂土間的空隙中，擠出其中的空氣和水份并膠結(jié)凝固，使隧道開挖輪廓線以外一定范圍的松散砂土層形成整體，提高圍巖的地層剛度和整體穩(wěn)定性，減小了隧道周邊塑性區(qū)的范圍。

1.3小導(dǎo)管注漿的承載拱效應(yīng)

隧道開挖后拱頂部分巖體首先失去穩(wěn)定，產(chǎn)生坍塌，并形成自然拱。隨之，遂道兩側(cè)由于應(yīng)力集中而逐漸破壞，導(dǎo)致頂部坍塌進(jìn)一步擴(kuò)大形成塌落拱。對上覆圍巖破碎的軟弱巖土層，如果不進(jìn)行超前支護(hù)，隧道拱部極易坍塌，造成施工安全和質(zhì)量事故。采用小導(dǎo)管注漿法進(jìn)行超前預(yù)加固時，理論E以注漿管為中心形成—個穩(wěn)定的圓形加固體，單排或多排注漿管的聯(lián)合注漿就形成了以小導(dǎo)管鋼管為骨架的承載拱。

2 工程概況

保龍高速公路第三合同段位于保山市隆陽區(qū)蒲縹鎮(zhèn)境內(nèi)，路線起點里程為K529+300，起于馬家寨附近，路線于K530+400處設(shè)置馬家寨隧道穿越陸家山，隧道下行線全長2830m，隧道上行線全長2785m，合同止點為K533+705.22（小松坡村附近），路線綜合長度4375.29m。本工程為一次建成全立交全封閉雙向4車道高速公路，主要結(jié)構(gòu)工程有隧道1座，蓋板涵8座，蓋板通道1座，其中馬家寨隧道右幅隧道長2830m，左幅隧道長2785m，共計長5615m。

3 施工技術(shù)

3.1超前大管棚施工

隧道拱部采用超前大管棚進(jìn)行注漿加固。大管棚采用水平鉆機(jī)鉆孔，再打入φ108×6鋼花管，鋼管每節(jié)長5-6m，以長15cm的絲扣連接。其洞口打設(shè)夾角為1-2度。雙液注漿泵注入水泥水玻璃漿液。

具體工藝流程為：鉆孔→布管→封面→注漿

（1）鉆孔：搭設(shè)作業(yè)平臺，在作業(yè)平臺上安設(shè)電動水平鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，首先鉆頭自預(yù)埋在套拱混凝土內(nèi)的φ140導(dǎo)向管穿過打設(shè)管棚孔，打設(shè)仰角1-2°，孔徑比φ108大20～30mm。

（2）布管：φ108管棚選用φ108×6無縫鋼管加工而成，頂部切削成尖靴，以便送入孔中；超前管棚僅在拱部沿輪廓線設(shè)置39根，環(huán)向間距40cm，外插角1°～２°。

（3）封面：注漿前噴射C25混凝土厚10cm，封閉工作面，孔口采用止?jié){塞封堵，以防漏漿。

（4）注漿：采用雙液注漿泵壓注水泥、水玻璃漿液，漿液配比為水泥：水玻璃=1：0.5，水灰比為0.8，水玻璃模數(shù)m=3，波美度Be=35，注漿初壓0.5～1Mpa，終壓2.5 Mpa，注漿結(jié)束后用10號水泥砂漿充填，以增強(qiáng)鋼管的強(qiáng)度和鋼度。

3.2小導(dǎo)管加工制作與安裝

小導(dǎo)管采用外徑Φ42mm、壁厚4mm熱扎無縫鋼管加工成花管，以便注漿。小導(dǎo)管前端加工成錐形，以便插打，并防止?jié){液前沖。小導(dǎo)管中間部位鉆Φ6mm溢漿孔，呈梅花形布置，間距75cm，尾部1.05m范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿，末端焊Φ6環(huán)形加勁箍筋，以防打設(shè)小導(dǎo)管時端部開裂，影響注漿管聯(lián)接，小導(dǎo)管加工成形。

小導(dǎo)管泄?jié){孔采用電鉆鉆孔，鉆孔成形后用高壓風(fēng)清孔，然后插孔，對土夾石、風(fēng)化巖可采用液壓或風(fēng)槍打眼成孔。孔方向要求順直，不得彎曲和塌孔等。安設(shè)小導(dǎo)管時應(yīng)對準(zhǔn)管孔的方向和角度，必要時使用液壓或風(fēng)動推進(jìn)器將導(dǎo)管推入，并力求導(dǎo)管尾端在同一剖面且外露長度以30cm為宜。

3.3漿液選擇、配制

根據(jù)工程施工經(jīng)驗，擬采取水泥一水玻璃漿液。水玻璃漿液為硫酸與水玻璃配制而成。首先將98%的工業(yè)濃硫酸稀釋成18%～20%的稀硫酸，盛放在帶標(biāo)簽的容器內(nèi)待用。將40Be的水玻璃稀釋成30Be，水玻璃模數(shù)為2.4，盛放在帶標(biāo)簽的容器內(nèi)待用。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)經(jīng)試驗后按一定比例將稀硫酸與水玻璃配制成水玻璃溶液，通過雙液注漿泵將水泥一水玻璃雙漿液注入土層。水泥漿水灰比為1：1～0.6：1，水泥標(biāo)號為525，注漿材料應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件經(jīng)反復(fù)試驗進(jìn)行比選確定，最終配比為：水泥漿水灰比為1：1，水泥漿水玻璃體積比為1：1，緩凝劑摻量為1.9%，凝膠時間為60s。

3.4注漿參數(shù)的選擇

3.4.1注漿量的計算

單根導(dǎo)管漿液注漿量可按下式估算：QL=ΠR2kLηαβ。

式中：QL—單管注漿量，m³；

Rk一漿液擴(kuò)散半徑，m；

L一導(dǎo)管長度，m；

η一圍巖孔隙率；

α一漿液有效填充率(0.7～1.0)；

β一漿液損耗系數(shù)(1.1～1.4)。

3.4.2注漿壓力

在泥巖地層采用水泥水玻璃漿液注漿時，注漿壓力一般為0.5～1.OMPa，必要時在管口尾部設(shè)置止?jié){塞。可按下式計算：P=(0.4～0.6)γh；P一注漿壓力，Kpa；γ一砂的重量，Kn/m；h一被注漿砂體厚度，m。

3.5注漿

注漿順序為先注無水孔。后注有水孔，從拱頂順序往下進(jìn)行，注漿壓力控制在0.2-0.5MPa。當(dāng)壓力達(dá)0.5MPa。停止注漿泵．等待幾分鐘后若壓力下降，再繼續(xù)注漿。這樣反復(fù)幾次，直到壓力持續(xù)5min而不再下降時停止注漿，注漿完成后，立即關(guān)上小導(dǎo)管端頭閥門，防止?jié){液外流。然后卸下注漿管，注漿過程中逐管記錄注漿時間、注漿量、注漿壓力、發(fā)生情況及處理過程。

注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，注漿孔的布置角度及深度應(yīng)符合設(shè)計要求，孔位與設(shè)計位置的允許偏差為±50mm；當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓或注漿量達(dá)到設(shè)計值的80%以上時，單孔注漿結(jié)束；當(dāng)所有注漿孔均符合單孔結(jié)束條件、無漏注情況時，全段注漿結(jié)束。

4 結(jié)語

通過小導(dǎo)管注漿把周圍一定范圍內(nèi)的砂土固結(jié)成整體，形成了支護(hù)殼體，提高了掌子面前方圍巖的強(qiáng)度和剛度，大大減少了開挖引起的圍巖松動和坍塌，并且通過該方法還有效地控制了地層的下陷和地表的沉降量。

參考文獻(xiàn)：

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(作者單位：中鐵二十局第二工程有限公司)