豆礫石回填灌漿質量控制初探

馬 聘

1 工程概況

新疆大坂隧洞洞線呈東西向布置,隧洞長約30 km,縱坡為1/1 016,彎道半徑1 500 m,采用TBM隧洞施工與鉆爆法相結合的施工方案。TBM施工的隧洞長約24 km,開挖直徑6.79 m,管片襯砌后直徑6.0 m,TBM掘進段中,預制管片背后與圍巖之間360°范圍內,采用復合式回填灌漿(包括兩方面的工作內容：1)底拱砂漿回填;2)在兩側、頂拱進行預壓豆礫石灌注水泥漿),以實現(xiàn)管片早期的穩(wěn)定性。

2 TBM施工洞段的地質條件

TBM掘進洞段按地質條件可分為：土洞段(又分有水洞段或無水洞段)、巖石過渡段、巖洞段(又分有水或無水、砂礫巖段和膨脹巖段、含煤段)。

3 豆礫石回填灌漿

豆礫石灌漿孔的布置：通過預制管片安裝孔進行,除頂拱為3孔外,其他均為2孔。為了施工中統(tǒng)計方便,按TBM掘進順時針方向將各孔編號為A—B—C—D—E—F—G—H—I。

3.1 豆礫石回填

豆礫石回填是通過預制管片中安裝孔進行的。具體方法如下：第一步直接將連接噴接噴豆礫石管的噴頭插入孔中進行,這時會有豆礫石從孔中流出,將其暫時封堵,直到C—G孔進行,這時會有豆礫石從B,H孔流出,將其暫時封堵,直到C與G孔噴不進去為止;第二步分別對D和F孔進行回填,直到噴不進去為止;第三步在滯后D—F孔環(huán)左右,開始噴E孔。

3.2 底管片非灌漿孔的封堵

為了實現(xiàn)底管片的早期穩(wěn)定,管片進行豆礫石回填后,首先對A(I)孔進行砂漿灌注,將攪拌均勻的砂漿放入主機料斗,啟動主機將砂漿通過的輸送管灌入灌注孔,由于砂漿具有流動性,在灌注時,會有砂漿依次從A(I)3串出,將其用木塞進行封堵,待砂漿初凝后將木塞拔出利用砂漿將孔抹平。為了防止底管片在灌注中的抬動,在灌注中嚴格控制灌注的壓力,最大壓力控制在0.5 M Pa內。

3.3 側、頂管片非灌漿封孔

在TBM后配套的中部,按一定的孔序用特制的CK砂漿將非灌漿孔進行封堵。

3.4 灌漿結束標準

灌漿孔壓力達到0.2 MPa～0.3 MPa時,灌漿孔停止吸漿,并繼續(xù)灌注5 min即可結束。

3.5 灌漿順序

根據注入漿液在預制管片背后形成的自然坡度,以30.4 m (19環(huán))為一循環(huán)進行逐級灌注。以B孔為例來說明灌注的順序：灌注B1孔時,因B2,B3,B4,B6,B8,B9等孔封堵,需觀察孔B4是否出漿,已出漿且漿液由稀變濃時,即可關閉B4孔注漿塞閥門,再次觀察B7孔,當B7孔出漿時,關閉注漿塞閥門,按照上述的辦法,當B1孔壓力達0.2 MPa～0.3 MPa時,停止注漿并保持5 min后,結束B1孔的灌漿,改灌B7孔。假設在灌注B1孔時漿液未從B4孔溢出,在B1孔灌注結束后改灌B4孔。按照上述辦法,當B(H)排孔灌漿長度為30 m左右時,改灌D(F)排孔,當D(F)排孔灌漿長度為30 m左右時,改灌E排孔,由于E排孔豆礫石回填較為困難,推斷漿液流動性很大,定為間隔5孔灌注一次,依次類推,循環(huán)灌注,當起始環(huán)灌注完后,進行下一循環(huán)灌注。

3.6 質量檢查

豆礫石灌漿應進行灌水試驗和鉆孔取芯檢查。壓水試驗在每200 m段進行4次,在灌漿實施7 d后,按下述規(guī)定進行壓水試驗：1)鉆孔直徑為48 mm,鉆孔底部至巖面的豆礫石灌漿層厚度不小于3 cm。2)在規(guī)定壓力下,初始10 min內注入量不超過10 L,即為合格,否則,應采取其他措施進行處理。

灌漿28 d后,每200 m洞段由監(jiān)理指定4個孔進行鉆孔取豆礫石水泥灌漿結石芯樣,其中3個芯樣(芯樣直徑為50 mm或75 mm)制成長直比1∶1的試件,作抗壓強度試驗或干容重試驗,若標準立方體試件抗壓強度大于10 N/mm2即為合格,另一個芯樣應取自底部管片,用于觀察豆礫石水泥灌漿結石的表觀質量。

補灌應在鉆孔取樣,按照以下措施進行：1)在應補灌的區(qū)域內,每三環(huán)鉆取一個補灌孔,并錯落分布。2)先灌注原不合格孔位,再灌注補灌孔。3)單孔壓力保持在0.2 MPa～0.3 MPa之間,最大到0.6 MPa,水灰比為0.8∶1,當不吃漿時,在規(guī)定壓力下保持5 min后,即可結束該孔灌漿。4)補灌28 d后,在補灌位置前后10 m范圍內,監(jiān)理指定位置重新取一斷面鉆孔取樣,直至該段灌漿達到合格標準。

4 回填灌漿不密實原因分析

1)由于TBM掘進速度大于灌漿速度產生脫灌漏灌。2)灌漿人員素質低,閉漿壓力沒有達到設計要求。3)地質原因,塌方比較嚴重,回填不進去。4)對于灌漿不合格的部位進行補灌后,取芯結果還是達不到設計要求,其原因為在第一次灌漿過程中由于閉漿壓力未達到設計要求和進行滿填滿灌,但充填介質已占滿回填空間,無法進行第二次回填灌漿或第二次回填灌漿吃漿量較少。5)TBM施工以來,豆礫石回填灌漿不能達到理想效果,除地質情況外,豆礫石回填灌漿封閉環(huán)沒有形成也是原因之一。

5 回填灌漿措施控制探索

本文通過對豆礫石回填不飽滿問題的成因綜合分析,逐步探索并采取了以下控制措施：1)對灌漿問題監(jiān)理與施工單位的領導層必須高度重視,提高灌漿人員總體素質,增加技術人員、管理人員,豆礫石回填灌漿必須做好技術交底工作,嚴格控制配合比,嚴格回填工藝流程,提高回填技術人員的現(xiàn)場交流能力,指定專人負責灌漿材料供應,保持回填灌漿的連續(xù)性。2)回填設備的能力必須滿足不同回填方案的實施能力和調整能力,要配備充足的灌漿設備及配件,應將絕大多數灌漿工作在TBM臺車上完成。3)對于塌方較為嚴重的地質洞段,常規(guī)的豆礫石回填灌漿方案已不適用,應考慮其他有效辦法,可考慮固結灌漿方案,通過不同地質洞段的灌漿試驗來確定灌漿范圍、技術參數、檢查標準。4)對土洞段,泥巖塌方洞段及有水洞段因灌漿母體強度較弱,即便采取了回填灌漿及固結灌漿,很可能仍達不到設計強度,對于以上灌漿結果都無法達到設計要求時,本工程采用封閉環(huán)：a.預制管片內預埋鋼管。因本工程在豆礫石回填與固結灌漿中,底管片灌漿采用了砂漿灌注的方法,從而根據開挖中實際支護使用的管片型號,提前在管片(側、頂)預制中預埋化學灌漿管,主管直徑為50 mm,支管直徑為25 mm,為了在管片預制中水泥漿液流入預埋管內,在管頂加特制的塑料帽,在上述管片出窯后,利用手工鉆將管片背后的預埋管制成花管。b.現(xiàn)場試驗封閉環(huán)經驗,Ⅳ類,Ⅴ類圍巖以20環(huán)～30環(huán)為宜,Ⅱ類,Ⅲ類以30環(huán)～50環(huán)為宜(為確保施工進度和質量,宜利用TBM檢修或卡機等停機時間進行封閉的施工和檢查)。c.側、頂管片預埋鋼花管,采取的措施有封閉環(huán)中灌入水玻璃雙液漿,瑞米Ⅰ號化灌材料,并在管片澆筑過程中由鋼花管變?yōu)镻VC管,灌漿量每25環(huán)形成一個封閉環(huán),化灌量為180 kg/環(huán),其效果使管片錯臺較小,管片安裝后很快趨于穩(wěn)定,取芯強度較高,超過設計強度。

6 結語

通過對豆礫石回填灌漿的認真研究分析,豆礫石回填灌漿問題從以下兩個方面來考慮：選擇合理的施工方案,配備足夠的回填設備,提高回填人員素質,保證回填材料供應,保持回填灌漿的連續(xù)性;如果以上辦法不能解決,只能在施工技術中進行彌補,通過本工程實踐來看,設置封閉環(huán)應用效果良好,提高了灌漿質量,使豆礫石回填灌漿達到設計要求,提高了施工質量,達到了預期效果。