象山隧道F15斷層施工方案分析

陳 瀟

1 工程概況

4號斜井位于線路前進(jìn)方向的左側(cè)，與線路正線左線小里程方向夾角為43°，斜井傾角為 23.04°，斜長為894.28 m，采用有軌提升運輸，斜井主要為花崗巖及砂巖，正洞為砂礫巖和粉砂巖。對隧道正洞施工有影響的斷裂主要有:F14，F(xiàn)15，F(xiàn)16，F(xiàn)19斷裂。隧道不良地質(zhì)有:巖溶、巖溶突水、突泥、地溫、巖爆及圍巖大變形。由4號斜井承擔(dān)的主要施工任務(wù)為象山隧道正線左線長2 121 m(右線長2 255 m)段的開挖、襯砌工程以及橫通道和相應(yīng)的附屬工程。其中F15斷層里程為DK29+885～DK29+945，YDK29+890～ YDK29+953。

2 工程地質(zhì)及水文情況

1)設(shè)計地質(zhì)構(gòu)造及地質(zhì)條件。F15斷裂帶:碎裂巖、糜棱巖，擠壓擦痕明顯，扁豆體發(fā)育，屬壓扭性斷層，斷層寬度5 m左右。受其影響上下盤各20 m的巖石裂隙發(fā)育，巖石碎裂，該斷層沿走向延伸長度大于2 000 m，分布于DK29+510左右，與隧道軸線夾角34°。三迭系上統(tǒng)文賓山組上段中薄層灰色～深灰色，粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水較發(fā)育，為Ⅴ級圍巖。

2)TSP探測報告情況。DK29+856～DK29+921:巖體較破碎～較完整，屬硬巖～較軟巖。地下水發(fā)育，變現(xiàn)為普遍滲水或線狀出水，DK29+921可能出現(xiàn)股狀水。DK29+921～DK29+960:巖體較破碎，屬硬巖，地下水發(fā)育，普遍滲水，滴水。

3 施工方法

3.1 施作超前探孔

在距離F15斷層5 m～10 m處施作超前水平探孔(視圍巖開挖情況確定)，施作3 m厚的混凝土止?jié){墻，在施作止?jié){墻時在止?jié){墻左中右各預(yù)留2根共6根孔口管作超前探孔，探孔方向沿隧道開挖方向布置，探孔長度暫定為60 m。

3.2 頂水注漿

對安裝好孔口管的探水孔進(jìn)行頂水注漿，頂水注漿材料主要采用普通水泥單液漿以及普通水泥—水玻璃雙液漿;水泥漿配比采用水灰比 W∶C=0.6∶1～ 1∶1，漿液比 C∶S=1∶0.3～ 1∶1，水玻璃濃度為 30 Be′～ 35 Be′，注漿速度為 20 L/min～ 110 L/min，注漿終壓為實測水壓+1.5 MPa。頂水注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)如下:

1)單探孔注漿結(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)計壓力并穩(wěn)定10 min后，即可結(jié)束該孔注漿。當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計加固范圍計算量，壓力仍然不上升，可采取雙液注漿等措施結(jié)束該孔注漿。2)探孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):所有探孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無漏水現(xiàn)象。

3.3 全斷面帷幕注漿

1)注漿設(shè)計。全斷面超前預(yù)注漿(B=5 m)采用川桑豹履帶式大型鉆機(jī)，開孔直徑140 m，終孔直徑115 mm左右。在該注漿設(shè)計中，針對鉆孔—注漿盲區(qū)，在長管注漿完成后，每開挖2.0 m，采取超前小導(dǎo)管進(jìn)行補(bǔ)充注漿，以提高注漿施工質(zhì)量，確保開挖施工安全。正洞全斷面超前預(yù)注漿孔設(shè)計(B=5 m)見圖1。

2)注漿參數(shù)。全斷面超前預(yù)注漿參數(shù)見表1。

表1 全斷面超前預(yù)注漿參數(shù)表

3)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在注漿過程中，當(dāng)注到一定時間、一定量時，若壓力達(dá)到設(shè)計終壓時結(jié)束注漿。或注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計壓力并穩(wěn)定10 min后，即可結(jié)束該孔注漿。當(dāng)注漿量達(dá)到一定量時，壓力仍然不上升，可采取雙液注漿等措施結(jié)束該孔注漿。

4)注漿施工工藝流程。a.超前預(yù)注漿采用川桑豹鉆機(jī)鉆孔，開孔直徑140 mm，終孔115 mm左右;b.采用φ 140 mm開孔鉆至3.0 m后，安設(shè)并固結(jié)、錨桿錨固孔口管及高壓閘閥。孔口管采用φ 127 mm，δ=6 mm熱軋無縫鋼管加工長3 m，前端焊接法蘭盤，為防止鉆進(jìn)過程中突發(fā)涌水孔口管安設(shè)好后應(yīng)安設(shè)和孔口管配套的高壓閘閥;c.超前預(yù)注漿采用前進(jìn)式分段注漿工藝，分段長度為1 m～5 m，實際施工過程可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整;d.注漿順序采取間隔跳孔的方式，按三序施作，實施約束型注漿模式，達(dá)到注漿堵水、加固的目的。

5)注漿效果檢查及評定。所有注漿孔都結(jié)束以后，應(yīng)進(jìn)行注漿效果檢查，注漿效果檢查采用探孔檢查法、P—Q—t曲線檢查法和聲波檢查法。a.分析法。P—Q—t曲線法。通過對注漿施工中所記錄的注漿壓力P、注漿速度 Q進(jìn)行P—t，Q—t曲線繪制，根據(jù)地質(zhì)特征、注漿機(jī)制、設(shè)備性能、注漿參數(shù)等對 P—Q—t曲線進(jìn)行分析，從而對注漿效果進(jìn)行評判。注漿施工中 P—t曲線呈上升趨勢，Q—t曲線呈下降趨勢，注漿結(jié)束時，注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓，注漿速度達(dá)到設(shè)計速度(常取5 L/min～10 L/min)。漿液填充率反算通過統(tǒng)計總注漿量，可采用下式反算出漿液填充率，根據(jù)漿液填充率評定注漿效果，即 ∑Q=Vnα(1+β)，其中，∑Q為總注漿量，m3;V為加固體體積，m3;n為地層孔隙率或裂隙度;α為漿液填充率;β為漿液損失率。當(dāng)?shù)貙雍坎淮髸r，漿液填充率需達(dá)到70%以上，地層富含水時，漿液填充率需達(dá)到80%以上。b.檢查孔法。選擇可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鉆孔檢查，檢查孔數(shù)量按注漿孔總數(shù)的10%(不得少于5個)控制。檢查孔無裂隙充填物涌出，不塌孔，涌水量小于0.2 L/(min?m)。必要時檢查孔取芯，很難取得完整巖芯，但通過檢查孔的巖芯中漿液的固結(jié)體存在的多少，以及固結(jié)體的強(qiáng)度來判斷漿液的固結(jié)情況和注漿效果。

6)補(bǔ)充注漿和開挖后徑向注漿。對于沒有達(dá)到設(shè)計要求的檢查孔，應(yīng)對其區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充注漿，補(bǔ)充注漿根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。當(dāng)隧道開挖以后，對出水量較大的區(qū)域，應(yīng)進(jìn)行徑向注漿，以滿足防、排水設(shè)計要求。

3.4 開挖方法及支護(hù)參數(shù)

注漿支護(hù)完成后對F15斷層處采用上下段面微臺階法施工。此處支護(hù)參數(shù)視探孔(及帷幕注漿鉆孔)情況采用抗水壓地段襯砌斷面支護(hù)參數(shù)。

3.5 施工保證措施

1)現(xiàn)井底泵站裝有3臺抽水機(jī)(200 kW，280 m3/h)，而目前正洞的總涌水量約600 m3，在施作超前探孔前在井底泵站再增加兩臺抽水機(jī)(200 kW，280 m3/h)，這樣井底泵站的抽水能力達(dá)到1 400 m3/h，應(yīng)能滿足抽排水要求。2)開挖過程中嚴(yán)格按照設(shè)計要求做好監(jiān)控量測工作，利用量測數(shù)據(jù)反饋施工，根據(jù)量測結(jié)果及時調(diào)整施工工序，確保施工安全。

[1] 李世輝.隧道圍巖穩(wěn)定系統(tǒng)分析[M].北京:中國鐵道出版社，1991.

[2] 徐榕卿.園畬隧道施工及其體會[J].山西建筑，2009，35(6):319-320.

[3] 關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計要點集[M].北京:人民交通出版社，2003.