袖閥管壓密注漿在淺埋隧道施工中的應用

余朝陽

(中鐵二十三局集團有限公司， 四川成都 610031)

袖閥管壓密注漿在淺埋隧道施工中的應用

余朝陽

(中鐵二十三局集團有限公司， 四川成都 610031)

在向莆鐵路西城隧道淺埋塌方段施工中，通過袖閥管注漿固結，最后實現蓋挖通過，在山嶺隧道含水散軟弱地層中取得了良好的應用效果，也可為類似工程提供了借鑒。結合地層特性，對袖閥管注漿造孔、注漿及效果進行了介紹。

淺埋隧道;軟弱地層;袖閥管;分段注漿;蓋挖法

1 工程概況

新建向莆鐵路上西城隧道位于江西省東部南豐縣境內，設計為單洞雙線隧道，隧道進口里程DK210+265，出口里程為DK203+770，全長2505 m，設計時速200 km/h。

隧道洞身穿越3段淺埋段，分別是DK201+630～+660(1#淺埋段)，埋深約5 m;DK201+830～+900(2#谷地淺埋段)，埋深約9 m;DK202+613～+660(3#淺段)，埋深約9 m。

施工至DK201+730時，出現涌泥現象，立即封閉掌子面。對DK201+730～+930段實施補勘，補勘結果表明，該隧道段屬淺埋地段，谷地。表層覆蓋Q4al+pl粉質黏土，下伏基巖為Za花崗質混合巖，全風化～強風化。洞身主要為全風化層，地下水發育，主要為裂隙潛水，由于下部強風化～弱風化巖層的阻水作用，致使洞身的全風化層處于軟至流塑狀。

隧道洞身圍巖為全風化花崗質混合巖，呈沙土狀，地下水較為發育。經試驗，土體含水量為29%～35%，土體呈軟塑狀，個別達到流塑狀，屬VI級圍巖(軟土)。

西城隧道本不是向莆線控制性工程，但由于多次通過淺埋斷層，以致工期嚴重損失，成為了全線控制性工程。

隧道設計為單洞雙線，有碴軌道，二襯防水等級不小于P8。淺埋段設計建議方案為:淺埋核心為I20a工字鋼架，0.6 m/榀，Φ89洞身超前大管棚，開挖工法為雙側壁導坑法;兩側同級影響段超前支護為超前雙層小導管，3 m/環;次級影響帶超前支護為超前小導管，3 m/環;弱影響帶超前支護為超前錨桿，鋼架為160格柵鋼架，1 m/榀。非核心段開挖工法均為3臺階7步開挖法。

2 確定施工方案

根據工程特點，經研究分析，確定在對塌體洞內實施封閉，在掌子面采取雙層小導管超前注漿法固結掌子面周邊散體和圍巖。洞頂塌方段先采回填壓實，然后選擇注漿固結。通過對帷幕注漿法、旋噴固結法和袖閥管壓密注漿固結法等多種工法進行比較，考慮到此段地層的復雜性和后期地下水對結構的影響，確定在洞頂塌方回填區選擇采用袖閥管壓密注漿固結法，未塌方淺埋段選擇旋噴樁固結法，經固結后，洞內采取蓋挖法施工。本文重點介紹袖閥管注漿工藝。

3 袖閥管注漿效果設計

西城隧道2#淺埋段經過袖閥管壓密注漿固結后，應實現如下目標:

(1)洞頂取芯，芯樣要完整，注漿握裹良好，經壓力試驗，強度應達到10.5～20 MPa;

(2)洞內打開封閉后，對散體進行試鉆，密實性應良好;

(3)開挖過程中，洞頂穩定，不發生掉塊塌方，自穩時間應達到或超過Ⅳ級圍巖指標，洞頂允許局部有滲滴水，但滲滴水對圍巖和支護結構影響較小。

4 方案實施

4.1 封閉掌子面

首先對掌子面塌方體和涌泥封閉，實施止漿墻。從掌子面后退15 m，施工止漿墻，墻厚2 m，高4 m。然后收攏塌體坡面，沿坡面掛網并噴射混凝土。止漿墻布置導向管，采取前進式注漿，逐步固結塌方碴體;配合進前式注漿，在其封閉面實施小導管固結，對洞內塌方散體擠密注漿。碴體注漿完成后，通過平臺，對掌子面實施雙層超前小導管注漿，超前固結掌子面前方附近圍巖，讓掌子面全面封閉。掌子面封閉如圖1所示。

圖1 塌方后封閉掌子面示意

4.2 洞頂塌坑處理

經過對塌方后洞頂勘察，洞頂覆蓋層連同植被厚度約24 m，已因塌方形成塌坑，塌坑中心深度約4 m，影響半徑約20～40 m，山體大面積開裂。經過設計院補勘，該處地質主要為全風化花崗巖和谷地坡積覆蓋，屬軟弱土層地質，定義為Ⅵ級圍巖;地下水發育。因此，洞頂加固處理勢在必行，否則洞內掘進難度大。

洞頂塌坑處理方案:清除表土腐植層，修建地表周邊截排水溝;對周邊坡面進行淺表防水處理，噴以5 cm噴射混凝土，為確保施工期間安全，局部施工土釘;利用周邊土體對塌坑回填壓實;對回填層至洞頂范圍實施土體固結注漿。

4.3 袖閥管注漿方案

4.3.1 方案簡述

對洞頂上方DK201+725～DK201+775段實施注漿固結，寬度范圍為兩側各20 m，形成50 m×40 m區域，間距為2 m，沿隧道前進方向梅花布置。覆填后，洞頂以上埋深為30 m，確定地表以下6 m范圍為不注漿層，其下孔深分3個梯度，24，27，30 m為注漿固結層(見圖2)。

圖2 袖閥管壓密注漿孔布置(單位:cm)

4.3.2 袖閥管注漿參數設定

由于向莆線之前未曾取得相關數據，西城隧道周邊區域也未曾取得相近數據，因此，選擇3根樁作為試驗樁，通過試驗來確定注漿參數。編號為試驗1#樁、試驗2#樁、試驗3#樁，位于隧道靠施工便道側。3根試驗樁呈三角形布置，擴散圓咬合半徑設定為1.25 m。采取3孔交替換節換孔注漿試驗，注漿使用水泥為 P.O42.5普通硅酸鹽水泥，W/C=1/2，減水劑2%，稠度45～60 s。根據試驗確定的注漿參數如下:

(1)鉆孔泥漿比重選擇為1.2～1.3;

(2)套殼料配置比重為1.2～1.4;

(3) 注漿壓力2.5～3.5 MPa，注漿速率10～20 L/min;

(4)擴散半徑1.3～1.5 m，漿液初凝時間84～120 min，終凝時間為 3.5～5.2 h;

(5)由低到高、奇偶錯開、先中間后兩邊的順序注漿;

(6)選擇節長30 cm的袖閥管;

(7)注漿中發生故障或注漿記錄顯示明顯異常，應停止注漿，并洗管后進行分析排除;

(8)注漿7 d后，取芯測試，強度可達到18～29 MPa。

4.3.3 袖閥管壓密注漿施工工藝

施工工藝流程:鉆機定位加固→鉆孔→調配泥漿護壁→取鉆→下套殼料置換泥漿→下袖閥管(袖閥管安裝→封底口→下管)→下鋅管(注漿頭、管路連接)→水泥漿配置→開注漿機→吸漿、第1節注漿→第1節注漿結束、按步距提管→洗管(注漿過程中故障識別和排除、或停止/結束注漿)→確認第1節注漿合格→第2節注漿開始(第1節注漿的步驟)→單孔注漿結束、洗管收機。

采取枕木支墊和調平鉆機，枕木應埋置于土層中不小于10 cm。因為設計預設擴散半徑為1.25 m，擴散半徑試驗數據為1.30～1.50 m，因此，鉆孔垂直度直接影響注漿是否能夠完全咬合，要求鉆孔垂直度不得大于1%，且偏差不大于10 cm。

鉆孔過程須做鉆孔記錄，為防止塌孔，全程采取泥漿護壁鉆孔。泥漿配置應充分考慮地層特性，泥漿要保證成孔性好，可粘性好，鉆具在土層中旋轉鉆進和出土都能較好成孔，不塌孔。對于粘土質、砂質、卵礫質配比不同。此處選擇的配比如下:

(1)砂質地層。選料:水、純堿、膨潤土、降失水劑、懸浮促進劑。配比:水1000 kg∶膨潤土45 kg(攪拌均勻)∶2.5～3.0 kg降失水劑(緩慢加入)∶2 kg懸浮促進劑(松散粗砂地層選擇此項)。

(2)粘土地層。選料:水、純堿、膨潤土、孔壁穩定劑、表面活性劑。配比:水1000 kg∶膨潤土45 kg(攪拌均勻)∶1 L孔壁穩定劑(緩慢加入)(高塑性粘土地層時選用此項)∶加入3.8 L表面活性劑(高塑性粘土地層選擇此項)。

(3)卵礫質地層。選料:水、純堿、膨潤土、降失水劑、懸浮促進劑、堵漏材料、堵漏材料(備選)。配比:水1000 kg∶膨潤土 35～50 kg(攪拌均勻)∶3.0 kg降失水劑∶3～4 kg懸浮促進劑∶12～25 kg堵漏材料。

套殼料對注漿質量非常重要，套殼料的質量直接影響注漿效果，因此，套殼料須嚴格配置。袖閥管套殼料的選料為:水泥、土、水，配合比:水泥1∶土1.53 ∶水1.94 或水泥 1∶土 1.50∶水 1.88。套殼料置換護壁泥漿步驟是:泥漿護壁鉆孔直至預定深度→在孔內插入無孔眼的鋼管→通過此管壓入套殼料至孔內泥漿完全被置換→澆注套殼料鋼管拔出→將底端封閉的袖閥管壓入孔內。

注漿過程中需要根據注漿情況判斷是否堵孔，是否發生孔道串漿，并記錄注漿壓力。如果注漿過程中出現堵管現象，必須馬上停止注漿，并洗管排除故障;如發生孔道串漿，應停止注漿，洗管等待先行漿液終凝再試注，如果串漿仍然繼續，應判定為地下徑流影響，應考慮雙液漿先堵水后注漿。

等待換節注漿的時間較長，應多孔交錯注漿，換孔時應徹底洗孔。注漿結束，需清理注漿設備，清除廢棄注漿液，保護注漿設備，清理施工現場，廢物入堆，廢水入池。

5 結語

袖閥管以其獨特的優勢，在復雜地層加固注漿中發揮重要作用，在向莆線洞頂淺埋蓋挖加固中取得了較理想的效果。由于本方案科研投入有限，對于松散含水土體止水、吸漿、固結效果未能取得詳細的數據。但是，該施工段的總體效果較好，為類似工程提供了經驗。

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2011－03－25)

余朝陽(1977－)，男，安徽懷寧人，工程師，從事隧道及地下工程技術管理工作，mail:tmxsycy@163.com。