單、雙液注漿施工技術加固沖洪積層淺埋松散土體的效果分析

呂皓明

（中國鐵路上海局集團有限公司杭溫工程建設指揮部，浙江 杭州 310000）

0 引言

隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，隧道在工程中占的比例越來越高，而地質(zhì)條件是影響隧道施工的主要因素之一，由于山區(qū)地質(zhì)條件復雜，因此隧道洞口段往往會遇到洪沖積層粉質(zhì)黏土等不良地質(zhì)，該地層具有地形平緩、穿越長度短等特點，洞口段隧道埋深淺，隧道進洞施工風險較大，難度較高，是隧道施工中的難點。

在杭溫鐵路鏡架山隧道施工中，遭遇第四系沖洪積層粉質(zhì)黏土，為了提高洞口段圍巖的自穩(wěn)能力、改善土體的物理性能，提高松散段土體的強度，降低圍巖的滲透系數(shù)，防止隧道開挖時發(fā)生坍塌、冒頂，確保能夠順利進洞，也為后續(xù)施工提供經(jīng)驗及相關參數(shù)，形成切實可行的施工工藝以及符合實際施工的質(zhì)量控制措施，需對DK282+285.87～+225.87里程段進行地表注漿加固。正式施工前，對比單液注漿與雙液注漿的加固效果，以確定注漿工藝、注漿壓力、漿液配合比、單位注漿量、停止注漿條件等參數(shù)，形成具有指導性意義的施工方法，為后期施工提供參數(shù)[1]。

本文就單、雙液注漿施工技術加固沖洪積層淺埋松散土體的效果進行介紹，分析選擇雙液注漿施工技術的原因。

1 工程概況

杭溫鐵路鏡架山隧道全長2699.87m，隧道出口位于永嘉縣楓林鎮(zhèn)獅溪村，毗鄰多為農(nóng)田，隧道出口段圍巖表層為第四系沖洪積層粉質(zhì)黏土，灰黃色，軟塑，夾少量礫石，層厚0～20.0m。下伏侏羅系上統(tǒng)諸暨組熔結(jié)凝灰?guī)r，全～弱風化層。其中強風化厚1.5～10.0m，黃褐色，多呈土塊狀；強風化厚5.0～14.0m，灰綠、青灰色，巖體破碎；其下為弱風化，青灰色，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。地下水主要為基巖裂隙水，較發(fā)育。預測最大涌水量約564.98m3/d，屬中等富水區(qū)。

其中：DK282+285.87~DK282+225.87段埋深為8~32m，粉質(zhì)黏土層段采用地表袖閥管注漿加固施工工藝。加固范圍以襯砌輪廓線外50cm為界，加固寬度位于隧道中線左右兩側(cè)各10m。加固深度自地表加固至進入W3完整基巖面以下0.5m，孔間距為1.5m×1.5m，呈梅花型布置。

2 注漿施工工藝流程及步驟

2.1 注漿施工工藝流程

注漿施工工藝流程見圖1。

圖1 注漿施工工藝流程圖

2.2 注漿施工步驟

2.2.1 測量放樣采用測量儀器、皮尺等工具按設計要求定出注漿孔孔位，用水準儀測量地面高程，確定孔位深度[2]；為便于施工，多采用放出主要控制點，邊鉆孔邊放樣的方法。

2.2.2 鉆孔

采用地質(zhì)鉆機按標出的孔位垂直于地面進行鉆孔，鉆孔前，將場地整平，以保證機身穩(wěn)定，確保鉆孔符合要求；鉆孔孔位水平偏差≤5cm，鉆孔垂直度誤差≤1%；在鉆孔過程中，詳細記錄鉆孔數(shù)據(jù)，描述鉆孔地質(zhì)，比較原設計地質(zhì)圖，以便對下一步的注漿作業(yè)施工進行指導。

2.2.3 安設孔口鋼管、袖閥管、注套殼料

（1）當注漿孔達到設計深度時，利用高壓風進行清孔，清孔完成后，將預先拌制好的套殼料泵送至孔底，采取由下而上的順序灌注，逐段灌注至孔口。

（2）套殼料一般以膨潤土為主，水泥為輔組成，主要作用為防止注漿時漿液翻出；注漿原理：漿液在袖閥管橡膠套和注漿管端部的止?jié){塞的封堵下，迫使止?jié){塞下部的漿液在壓力的作用下從袖閥管橡膠套處從溢漿孔流出，在壓力作用下漿液又將套殼料擠破裂（即開環(huán)），隨后高壓將漿液壓入地層裂隙中[3]。

（3）套殼料灌滿后拔出鉆桿，安裝孔口管，管長2m，直徑Ф89鋼管，隨后將外徑50mmPVC塑料袖閥管插入孔內(nèi)，與孔深等長，袖閥管末端用悶蓋封好，防止管內(nèi)被堵塞而達不到注漿效果。安裝袖閥管時保證其位于鉆孔中心，以確保套殼料將袖閥管包裹均勻。孔口用快硬水泥漿封堵密實，保證套殼料灌注飽滿、密實。

（4）套殼料灌注完成達到一定強度后方可進行注漿施工作業(yè)。

2.2.4 注漿施工

采取由外到內(nèi)約束-發(fā)散性方式，注漿順序由外向內(nèi)，由下向上，為防止相鄰施工孔之間串漿，采用間隔施工法注漿，從而確保注漿質(zhì)量，如遇地下水較大，漿液無法快速凝固成封閉圈，需要從外部注雙液漿，快速形成密封圈，再在內(nèi)部利用單液漿進行注漿[4]。

注漿加固遵循逐漸加密的原則，加密次數(shù)多采用1~3次注漿加密，注漿一般采用隔孔注漿，相鄰兩孔不能立即先后注漿，注漿方式采用后退式分段注漿工藝，即在注漿帶內(nèi)由孔底自下而上進行注漿，每次注漿段長1m。注完第一注漿段后，后退注漿芯管，進行第二注漿段的注漿，以此法循序推進，直至整根孔完成注漿。

3 注漿施工控制要點與參數(shù)

3.1 控制要點

（1）分段鉆孔、分區(qū)注漿，注漿過程中嚴格按照先外圍、后內(nèi)部的注漿順序進行注漿，防止?jié){液外流造成不必要的經(jīng)濟損失。

（2）若施工過程中出現(xiàn)進漿量小、速度慢、注漿困難的情況，則采取間歇式注漿，注漿過程中，隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現(xiàn)象，如發(fā)生串漿，應立即停止注漿，采用間歇式注漿封堵串漿口，也可采用麻紗或錨固劑封堵，直至不再串漿時再繼續(xù)注漿[5]。

（3）雙液漿凝結(jié)時間較快，故現(xiàn)場拌制漿液應隨拌隨用，若中途因故不能及時使用，應重新拌制。

（4）若施工過程中，施工區(qū)域地表隆起，應立即停止施工，分析原因，調(diào)整注漿參數(shù)后繼續(xù)施工。

3.2 施工參數(shù)

3.2.1 單液注漿技術參數(shù)

單液注漿技術采用配合比為1∶1的水泥單漿液，即水泥∶水=1∶1。單液注漿過程容易出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，導致單液漿與地表水從地表混合流出，不能有效地固結(jié)松散土體，造成經(jīng)濟損失較大。

3.2.2 雙液注漿技術參數(shù)

現(xiàn)場實驗溫度20℃～25℃,采用水玻璃和P?O 42.5水泥配制雙液漿。取水灰比為1∶1，水玻璃濃度為10Be′，水泥漿與水玻璃體積比1∶1最為經(jīng)濟合理[6]。其原因如下:

（1）在水玻璃濃度為10Be′時，在相同的水泥漿與水玻璃體積比下，此濃度下時間差值較為理想，且工人操作較為方便。

（2）在該濃度的水玻璃摻量下，水泥漿的微調(diào)對初凝時間與終凝時間間隔影響較小，可消除施工中因配合比誤差造成的無法注漿或達不到預期的注漿效果。

（3）該濃度條件下水玻璃初凝時間與終凝時間間隔較合理，初凝20s，終凝250s，見表1。這樣可以將水泥的擴散半徑很好地控制在一定范圍內(nèi)，并且在施工過程中，能夠有效地遏制冒漿、串漿等現(xiàn)象（一旦冒漿停止注漿，5min便將冒漿處封住）；在地表水被擠出地表的過程中，注漿壓力會逐漸恢復正常。該工藝在機器出現(xiàn)故障時，能有足夠的時間供工人清洗設備，不至于損壞機器和高壓輸漿管。

表1 水泥與水玻璃不同配比的凝結(jié)時間

4 單、雙液漿注漿技術效果對比及驗證

4.1 注漿技術效果分析

由于該注漿段地表土體較松散，多為粉質(zhì)黏土，采用單液漿易發(fā)生大量水泥漿隨地表水一起流出地面，致使注漿達不到效果，注漿壓力達不到要求，故采用雙液漿能有效地遏制冒漿、串漿現(xiàn)象，且土體加固效果良好，達到設計要求[7]。

如圖2所示，Ⅰ型為單液漿注漿法注漿，其注漿壓力較小，隨著注漿的進行注漿壓力稍有提升，注漿速度略微降低，當達到設計注漿量時，注漿壓力未達到設計終壓值，而此時注漿速度仍較大。經(jīng)分析，這種現(xiàn)象主要是地表為粉質(zhì)黏土，漿液流動的阻力較小，漿液主要表現(xiàn)為填充擴散方式進行加固，達不到預期加固效果。

圖2 P-Q-t曲線圖

Ⅱ型為雙液漿注漿法注漿，隨著注漿的進行，注漿壓力明顯上升，注漿速度明顯下降，達到設計注漿量時，注漿終壓超過設計值，注漿加固效果明顯且經(jīng)濟損失較小，在允許范圍之內(nèi)，故采用雙液漿注漿。雙液漿注漿施工現(xiàn)場見圖3。

圖3 雙液漿注漿施工現(xiàn)場

4.2 注漿技術效果驗證

注漿效果的驗證遵循以下原則：利用注漿過程中的注漿量和注漿壓力進行分析，判斷注漿效果；對注漿完成的區(qū)域隨機進行開挖，通過對土體固結(jié)效果及漿脈分布情況判定；對注漿完成的區(qū)域隨機進行取芯，對芯樣進行檢測分析，見圖4。

從圖4可知，采用水灰比為1∶1，水玻璃濃度為10Be′，水泥漿與水玻璃體積比1∶1為最經(jīng)濟合適［8］；芯樣密實，裂隙中充滿漿液，效果較為明顯。

圖4 現(xiàn)場取芯

5 結(jié)束語

杭溫鐵路鏡架山隧道出口洞口段表層為第四系沖洪積層粉質(zhì)黏土的加固，根據(jù)試驗對比選取了雙液注漿施工技術。在施工中，嚴格遵循施工工藝和控制要點，執(zhí)行施工工序，按期完成了該段注漿施工加固任務，為暗洞段施工安全奠定了基礎。本文總結(jié)的注漿施工經(jīng)驗，可為今后其他粉質(zhì)黏土等松散土體及類似工程的施工提供參考。