大跨淺埋隧道洞口鋼花管注漿加固技術(shù)研究

付 堯

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750）

0 引言

對(duì)于隧道洞口的施工技術(shù)，尤其是大跨、淺埋、弱圍巖、小凈距、局部偏壓的隧道洞口加固技術(shù)已成為近年來的研究熱點(diǎn)，對(duì)于施工技術(shù)方面的研究已見成效。黃新社［1-2］等開展了隧道特點(diǎn)為軟巖大跨小間距的雙洞隧道洞口施工技術(shù)研究，主要針對(duì)淺埋段開挖技術(shù)進(jìn)行研究；高懷鵬，謝飛［3-4］等研究了淺埋偏壓大跨隧道洞口施工時(shí)，長(zhǎng)管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)超前支護(hù)技術(shù)在通過弱圍巖時(shí)的作用進(jìn)行了總結(jié)；王建博［5］、田洪松［6］探討了在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工時(shí)，采用長(zhǎng)管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)的工程應(yīng)用；李繼光［7］開展了弱圍巖大斷面隧道自進(jìn)式管棚支護(hù)技術(shù)，具有顯著的支護(hù)效果；符銀昌［8］等分析了土公嶺軟巖隧道洞口段變形的特點(diǎn)，對(duì)其變形破壞機(jī)理進(jìn)行研究，并提出針對(duì)大變形隧道段的防治措施；張維［9］對(duì)淺埋偏壓軟巖隧道洞口段的失穩(wěn)變形因素開展了研究，并針對(duì)此種變形提出了施工對(duì)策；李俊昌［10］對(duì)公路隧道洞口施工的難點(diǎn)進(jìn)行了分析，并探討了施工的準(zhǔn)備工作和施工中采用的技術(shù)要點(diǎn)；王丹微［11］等對(duì)高速公路隧道進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析；馬昆泉［12］等針對(duì)基坑開挖對(duì)既有隧道的影響，開展了數(shù)值模擬，研究結(jié)果顯示，影響均在可接受范圍內(nèi)。綜上所述，目前對(duì)鋼花管注漿技術(shù)的研究較少。本文研究大跨淺埋隧道洞口鋼花管注漿加固技術(shù)，提出一種膠囊式止?jié){塞的新型止?jié){方法，為具有淺埋、小凈距、大跨徑、弱圍巖、局部偏壓等特點(diǎn)的隧道洞口施工提供技術(shù)參考。

1 工程概況

本文以深汕西高速改擴(kuò)建TJ7標(biāo)項(xiàng)目為依托工程開展研究。深汕隧道為雙洞八車道隧道，隧道采用暗挖山嶺隧道+明挖下沉式隧道。單洞四車道隧道建筑限界凈寬19.25m；隧道建筑限界凈高5.0m。深汕隧道進(jìn)口ZK56+400左右洞中夾巖厚度39.44m，設(shè)計(jì)屬于小凈距隧道；出口YK56+950左右洞中夾巖厚度12.9m，設(shè)計(jì)屬于較小凈距隧道。左、右洞暗挖段小凈距隧道分布如表1所示。深汕隧道剖面圖如圖1所示。深汕隧道的主要特點(diǎn)有淺埋、小凈距、大跨徑、圍巖破碎。

圖1 深汕隧道剖面圖

表1 左、右洞暗挖段小凈距隧道分布

2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道穿過丘陵山區(qū)及山區(qū)平原地貌區(qū)，地面標(biāo)高4.7m～102.9m，相對(duì)高差約97.6m，山體植被發(fā)育，地形陡峻。

F5斷層與線路近似垂直相交于K56+450～K56+650深汕隧道汕尾端入口，隧道出口K56+950距離此斷層300m。斷層位置如圖2所示。

F6斷層與線路近似垂直相交于ZK57+150～ZK57+200低丘溝谷中，斷裂帶延伸范圍約300～400m，隧道出口K56+950距離此斷層250m。斷層位置如圖2所示。

圖2 斷層位置

根據(jù)鉆探成果顯示，暗挖段隧道進(jìn)出口及淺埋段，主要由全～強(qiáng)風(fēng)花砂巖組成，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極易破碎，強(qiáng)度低，遇水易軟化，圍巖級(jí)別低，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防坍塌冒頂問題。深汕隧道所處地形為丘陵和平原區(qū)，所處位置具有較強(qiáng)發(fā)育的地表水，主要是由于降雨匯集而成，呈季節(jié)性出現(xiàn)。

3 鋼花管注漿加固技術(shù)

3.1 土方回填

首先進(jìn)行清表工作，然后進(jìn)行土方回填，回填到設(shè)計(jì)高程面，頂面碾壓平整后，施工5cm厚M20砂漿防水層，排水引入截水溝，地表注漿完成后再填筑50cm黏土隔水層、50cm種植土層。填土施工工序如圖3所示。

圖3 填土施工工序

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，填方邊坡坡比為1：1.5，填方要求分層壓實(shí)，壓實(shí)度不小于90%。土的最優(yōu)含水量和最大干密度如表2所示。填方每層鋪土厚度和壓實(shí)遍數(shù)如表3所示。回填土方頂面處理如表4所示。

表2 最優(yōu)含水量和最大干密度

表3 填方每層鋪土厚度和壓實(shí)遍數(shù)

表4 回填土方頂面處理

3.2 鉆孔

采用A100mm潛孔鉆機(jī)按要求進(jìn)行鉆孔，孔間距離為2m，呈梅花形布置。

3.3 鋼花管設(shè)計(jì)

鋼花管采用A89×5mm鋼管制作，長(zhǎng)度根據(jù)每個(gè)孔地表至隧底下2m確定加工，管節(jié)之間采用內(nèi)套管焊接，除鋼花管尾部0.5m不鉆注漿眼外，將鋼花管（除管尾）沿鋼管軸線等間距15cm，沿鋼管徑向等角度旋轉(zhuǎn)120°鉆注漿眼（8mm），沿鋼管四周螺旋狀布置注漿眼。用彈力良好的橡膠帶包裹鋼花管，起到單向注漿的作用。制作前要對(duì)鋼管進(jìn)行除銹，鋼花管前端加工成錐形，縫隙焊牢。鋼花管呈梅花型布置，橫縱向間距均為2.0m，注漿孔長(zhǎng)度由地表至隧底下2m。鋼花管注漿施工工藝如圖4所示。鋼花管設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖4 注漿施工工序

圖5 鋼花管設(shè)計(jì)圖

3.4 鋼花管注漿

3.4.1 膠囊式止?jié){塞使用方法

（1）首先連接管路，安裝絲扣并接通水壓泵，檢查有無泄漏情況；（2）灌漿，水壓泵注水壓力超過灌漿壓力的2/3即可灌漿；（3）灌漿過程中，注意壓力表壓力值，保證壓力穩(wěn)定；（4）需長(zhǎng)時(shí)間灌漿時(shí)，如有竄漿、繞塞、返漿現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)放掉壓力，并上下松動(dòng)充氣塞，保證其順利取出；（5）灌漿完成時(shí)，保證安全工序，應(yīng)遵循先放灌漿壓力，再放充氣壓力的原則；（6）灌漿結(jié)束后，將灌漿塞置入一端密閉的鋼管內(nèi)并使氣壓達(dá)到0.5MPa，然后進(jìn)行循環(huán)沖洗；（7）灌漿塞取出后，將水管分別與進(jìn)漿管、回漿管連接沖洗；（8）多孔同時(shí)灌漿時(shí)，嚴(yán)格按照管路平行排開原則；（9）灌漿塞長(zhǎng)時(shí)間使用后，應(yīng)清洗其下端并上黃油；（10）鉆孔發(fā)現(xiàn)有較長(zhǎng)裂隙或較破碎時(shí)，可用高壓氣沖排，以預(yù)防卡塞。

3.4.2 注漿技術(shù)要求

（1）范圍：YK56+950～YK56+940段，YK56+912～YK56+902段左右洞范圍均采用地表注漿加固，橫向加固范圍為左右洞隧道開挖輪廓線外8m范圍以內(nèi)，左右洞中夾巖部分亦進(jìn)行注漿加固；YK56+940～YK56+912段，YK56+902～YK56+896段右洞范圍進(jìn)行地表注漿，左洞范圍不注漿，右洞注漿范圍為開挖輪廓線外左側(cè)7.35m，右側(cè)8.0m范圍以內(nèi)（小樁號(hào)至大樁號(hào)方向）。

（2）鋼花管：鋼花管采用A89×5mm的鋼管制作，呈梅花型布置，橫縱向間距均為2.0m，注漿孔長(zhǎng)度由地表至隧底下2m。

（3）注漿：注漿的初始?jí)毫υ?.5MPa至1.0MPa之間，并且按照從小到大逐漸增加；成孔時(shí)，應(yīng)根據(jù)先外后內(nèi)的原則，進(jìn)行跳躍隔孔分段注漿，從上至下每0.5m為一段，分段注漿；注漿壓力應(yīng)達(dá)到2MPa的終壓，并且持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為10min。

3.4.3 第一次常規(guī)注漿

鋼花管入孔安裝后，為保證漿液充滿鉆孔與鋼花管之間的空隙，膠囊式止?jié){塞放入鋼花管距孔底50cm處加壓止?jié){后，開始第一次注漿，漿液通過壓力脹開鋼花管外包裹的橡膠帶從孔底自下而上反向壓漿，直到孔口有凈水泥漿溢出，在注漿過程中應(yīng)觀察孔口泥漿的顏色，在漿液達(dá)到正常水泥漿液顏色時(shí)，停止注漿并取出膠囊式止?jié){塞。

第一次常規(guī)注漿的注漿壓力應(yīng)在0.3MPa至0.5MPa之間，配制純水泥漿所用的材料為P.O42.5水泥，水灰比為0.45，可摻入2%的早強(qiáng)高效減水劑（FDNB-7）以提高水泥漿液性能。

3.4.4 第二次劈裂注漿

第二次劈裂注漿與第一次注漿間隔12小時(shí)（水泥漿液達(dá)到封閉管壁縫隙強(qiáng)度，防止二次注漿液上竄）。制備水泥漿所用材料為P.O42.5的硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1:1，水泥用量的2%計(jì)為緩凝劑摻量。

第二次劈裂注漿的初始?jí)毫υ?.5MPa至1.0MPa之間，并且按照從小到大逐漸增加；成孔時(shí)，應(yīng)根據(jù)先外后內(nèi)的原則，進(jìn)行跳躍隔孔分段注漿，從上至下每1.0m為一段，分段注漿；注漿壓力應(yīng)達(dá)到2MPa的終壓，并且持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為10min。

自下而上分段注漿，止?jié){塞使用嚴(yán)格按照《膠囊式止?jié){塞使用方法》操作，確保注漿質(zhì)量和安全。

3.4.5 注漿效果檢查

注漿分片分區(qū)進(jìn)行，并記錄注漿壓力和注漿數(shù)量，來初步判定每個(gè)區(qū)域的注漿效果。

采用鉆孔法核實(shí)注漿效果不理想的區(qū)域，注漿效果的判定指標(biāo)主要為渣樣和鉆孔速度，判定不達(dá)標(biāo)的區(qū)域，應(yīng)對(duì)其增設(shè)注漿孔注漿。

對(duì)一次常規(guī)注漿和劈裂注漿過程中的初始?jí)毫徒K止壓力進(jìn)行記錄，見圖6。由圖6可以看出，一次注漿和劈裂注漿的初壓值和終壓值均滿足規(guī)范要求。

圖6 注漿壓力值

4 注漿質(zhì)量控制

鋼花管成孔采用潛孔鉆風(fēng)動(dòng)成孔，孔徑要求為A130mm，漿液有效擴(kuò)散半徑不小于1.2m，注漿量原則上按200kg/m控制。在空洞和裂縫處應(yīng)注滿為止，超注漿量應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量。注漿質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 注漿質(zhì)量檢查及控制標(biāo)準(zhǔn)

（1）注漿時(shí)的壓力由小到大逐漸增加，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，即終壓，需持續(xù)10min以上的注漿；（2）注漿量與設(shè)計(jì)注漿量應(yīng)大致接近，注漿結(jié)束時(shí)，注漿量一般控制在20～30L/min以下。

5 效果評(píng)價(jià)

為保證施工安全，對(duì)鋼花管注漿加固技術(shù)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，對(duì)其成孔進(jìn)行驗(yàn)收檢查，成孔驗(yàn)收：（1）孔位允許偏差≤5cm；（2）傾角±0.5°～1.0°；（3）孔深≥錨管長(zhǎng)度44+0.5m；（4）孔徑不小于設(shè)計(jì)孔徑。均滿足工程規(guī)范要求。

6 結(jié)語

綜上所述，鋼花管注漿加固技術(shù)在依托工程深汕隧道的進(jìn)洞施工中呈現(xiàn)出顯著的加固效果，提升了隧道進(jìn)洞的施工速度，工期明顯縮短，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，鋼花管注漿加固技術(shù)可應(yīng)用于同類型大跨弱圍巖淺埋凈距小的隧道洞口施工。