垂直凍結鉆孔下部土體空隙充填技術

胡 學 平

(甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅 永登 730300)

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垂直凍結鉆孔下部土體空隙充填技術

胡 學 平

(甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅 永登 730300)

基于甘肅引洮工程1號輔助立井凍結鉆孔引起的漏漿、塌孔、埋鉆等問題，介紹了凍結鉆孔工程下部土體填充的方案以及施工技術要點，以保證鉆孔正常鉆進和凍結實施效果。

鉆孔，地層塌陷，注漿，空隙填充

1 工程概況

甘肅引洮供水一期工程7號隧洞是引洮總干渠第二長隧洞，全長17.29km，進口位于洮河流域，出口位于渭河流域，地質條件復雜多變，隧洞穿越粉細含水疏松砂巖底層，施工難度大，被稱為 “世界性難題”。施工使用TBM掘進，施工過程中遇到含水疏松沙層，出現涌沙涌水地質災害，導致TBM在隧道內被卡，決定對卡機TBM采用“凍結法”實施解困。7號隧洞TBM脫困工程立井凍結區(qū)域凍結孔30個，設計深度280m；TBM脫困施工區(qū)域地面凍結孔24個，設計深度245m；擴大硐室施工區(qū)域凍結孔27個，設計深度248m。本工程在實施1號輔助立井凍結孔鉆孔的過程中，連續(xù)出現漏漿、塌孔、埋鉆等問題，給施工造成了困難。

2 輔助立井漏漿及空洞分析

2.1 凍結孔漏漿

根據鉆孔情況地面110m地層情況良好，鉆進速度較快；110m～160m地層硬度大，進尺較慢，大部分孔在160m以下層位漏漿嚴重，地層下部存有空洞。根據鉆孔初期大部分孔在160m以下層位出現漏漿、埋鉆、卡鉆等問題，判斷地下埋深160m左右存在空洞，見圖1。根據TBM被困期間，前方涌土量達8 000多立方米，因此判斷空洞體積至少為6 100m3(按1.3倍松散系數估算)。

2.2TBM漏漿

TBM被困中斷掘進后，刀盤前方部位涌沙嚴重，導致前7環(huán)管

片產生不同程度的破損、裂縫及變形。但由于地層水土壓力過大，水泥擋墻與C1皮帶機連接位置無法有效封堵，且局部位置管片工作孔仍有地下水滲漏或流出，TBM機頭區(qū)域涌沙量約7 000m3。新增1號輔助立井凍結鉆孔期間，發(fā)現TBM刀盤上方約80m范圍內為坍塌空腔，由于無法保證鉆孔效果，遂進行水泥—膨潤土漿液灌漿填充。在漿液填充過程中，TBM水泥擋墻和C1皮帶機連接位置與坍塌空腔形成通道，所灌注漿液基本全部涌入至洞內。

2.3 地下空洞

根據鉆孔初期各鉆孔漏漿位置和深度初步分析，空洞可能存在兩種情況：

1)以刀盤為中心即刀盤底部241m深度至160m深度處存在漏斗形空洞，即160m上部土體成拱，承擔了上部土體荷載，下部塌落土體流動性較好從刀盤進入TBM，然后在刀盤附近形成空洞，如圖2所示。

2)塌落的土體大部分并未進入TBM內部，而是在空腔內呈松散狀，松散土體間空隙大，能形成水力通道，與TBM內部貫通。

無論空洞是大范圍空洞還是松散貫通土層，一旦注漿，其漿液都會漏進TBM盾體并進入隧道，并有可能對TBM設備及管片結構產生破壞，因此方案應包括TBM內部擋墻加固和地下空隙充填兩個部分。其中TBM內部擋墻加固方案目的是保證隧道安全，封閉下部漏點，使地面注漿能順利進行，擋墻加固后強度不低于管片設計強度，且擋墻應阻擋泥沙進一步流入隧道但允許清水流入方便泄壓；地下空隙充填方案目的是保證鉆孔能繼續(xù)施工及凍結施工安全進行，主要是對空洞或孔隙進行充填，為下一步施工提供條件。

3 空隙充填施工

3.1TBM洞內擋墻加固方案

為保證順利充填灌漿與施工安全，在水泥擋墻后部增設鋼板進行全封閉處理，從而保證地表順利充填灌漿。

1)將洞內涌入的水泥—膨潤土漿液全部清除，清理被掩埋設備。

2)緊貼水泥擋墻焊接全封閉鋼板，鋼板厚度為20mm，鋼板與管片內弧面及C1皮帶機連接位置之間采用652型遇水膨脹橡膠止水帶進行止沙止水(見圖3，圖4)。

3)采用聚氨酯類發(fā)泡注漿材料針對鋼板與水泥擋墻之間、鋼板與C1皮帶機連接位置之間以及水泥擋墻前部至刀盤之間進行填充注漿。

4)對水泥擋墻附近含水疏松沙層洞段管片已套拱架進行補強，并根據涌沙涌水情況，再次進行注漿加固，確保達到5m洞段滲水總量小于0.5m3/h的凍結加固條件。

5)在地表充填坍塌空腔注漿過程中，通過進行持續(xù)的封堵鋼板位移與管片變形收斂監(jiān)測，判斷封堵鋼板與管片結構是否穩(wěn)定，從而指導地表分層灌漿厚度。

3.2 地下空隙充填方案

1)從距離TBM刀盤最近的D8孔，進行鉆孔施工。

2)施工D8孔同時，在D5，D13，S1-4，S2-4孔內下180套管至160m深度，并往每個孔灌250kg黃豆，單孔灌水量不得大于5m3。

3)充填注漿。a.如果下部為大范圍空洞，有兩種充填方式：一是從新成孔的D8孔下骨料將空隙充填滿，當隧道內擋土墻加固完畢后注水泥漿液，一次注漿量小于50m3，及時根據情況調整注漿量，延長或縮短注漿間隔。二是考慮注雙液漿，采取少注多次的方法注漿，一次注漿量為50m3，待漿液凝固后再第二次注漿，當底部有10m厚注漿層后，可以逐漸加大一次注漿量到100m3；b.如果下部為松散土體則待TBM內擋土墻加固完畢后從凍結孔內下注漿管，用單液漿進行充填，同樣按分次分批原則，即第一次注漿體積不超過50m3，當底部有10m厚注漿層后，可以逐漸加大一次注漿量到100m3。

3.3 注漿施工順序

1)注漿鉆機就位；

2)按設計對D8孔進行布孔并成孔；

3)將注漿管置入土層至設計深度的最頂部；

4)按設計配合比用拌漿機拌和混合水泥漿液；

5)當需注漿時，啟動注漿泵，通過注漿泵將漿液泵送至注漿管注入孔底，充填擴散到空隙空洞的土體部位；

6)在某一深度注漿達到設計注入量后，將注漿管向下沉入后連續(xù)注入，如此循環(huán)操作直至完成一個孔的設計注漿量；

7)拔出注漿管，封堵注漿孔，防止?jié){液流失；

8)及時清洗注漿管，避免殘留漿液凝固后堵塞管道。

4 結語

甘肅引洮供水一期工程7號隧洞TBM脫困工程中采用輔助立井凍結技術，TBM被卡期間大量泥沙涌出造成凍結鉆孔區(qū)域出現大面積空洞，在鉆孔過程中連續(xù)出現漏漿、塌孔、埋鉆等問題，為了確保鉆孔施工順利進行和輔助立井凍結實施效果，對地層下部土體進行了空隙充填，達到了預期效果。通過本工程，可以為今后類似工程問題的解決提供參考。

[1]鮑永生.深厚沖積層輔助立井凍結法鑿井技術.建井技術，2012(4):5-8.

[2]劉全林，程 樺.輔助立井壁后土層注漿加固機理及注漿參數研究.煤炭學報,2000(5):31-33.

Onsecretiontechniqueofsoilbodyunderverticalfreezingholes

HuXueping

(Gansu Administrative Bureau for Channel from Datong to Water Irrigation at Qinwangchuan Region, Yongdeng 730300, China)

Basedontheproblemsofthickliquidleakage,holescollapse,andburieddrillscausedbytheNo.1auxiliaryshaftfreezingholeatTaoheTiverwaterdiversionprojectinGansu,thepaperintroducesthesoilfillingschemeforthefrozendrillingprojectanditsconstructiontechnicalrequirements,soastoensurethecommondrillingandfreezingimplementationeffect.

drilling,stratumcollapse,grouting,secretion

1009-6825(2015)01-0148-02

2014-10-24

胡學平(1961- )，男，高級工程師

U

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