龍廈鐵路象山特長隧道注漿標(biāo)準(zhǔn)的制定

金強(qiáng)國

(中鐵隧道集團(tuán)公司,河南洛陽 471009)

0 引言

隧道施工中的滲、涌水和突水、突泥是降低施工工效、威脅施工安全的主要因素,同時(shí)也是威脅隧道周邊環(huán)境的重要因素[1-2]。為減弱地下水對(duì)隧道施工的不利影響和隧道施工誘發(fā)的地下水流失對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響,國內(nèi)外隧道工程界普遍采用注漿堵水技術(shù)[3-5]。破碎圍巖注漿是綜合治理隧道水害,提高破碎圍巖強(qiáng)度,防止隧道涌水、突水(泥)的有效手段。通過注漿可部分封堵地下水滲流通道并提高破碎圍巖強(qiáng)度、減少隧道滲水,防止隧道涌水、突水(泥)對(duì)隧道施工安全的威脅;通過減少地下水流失從而減弱隧道施工對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。但長大隧道,尤其是地質(zhì)條件復(fù)雜的長大隧道,并不是所有的有地下水滲流條件的地段都要注漿,也并非所有滲水地段都采用同樣的注漿方法、注漿參數(shù)、注漿材料、注漿工藝和注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

由于注漿堵水的實(shí)施與否以及注漿方式、參數(shù)、工藝的選擇涉及眾多因素,技術(shù)人員在采用該技術(shù)時(shí)往往面臨3個(gè)技術(shù)難題:一是在什么情況下需要進(jìn)行注漿,在設(shè)計(jì)圖明確規(guī)定需求注漿的地段,有可能根本沒水或水量極小無需注漿,而設(shè)計(jì)未注明需注漿的地段,往往涌水量很大需要注漿;二是在需要注漿的地方采用什么注漿方式、參數(shù)、材料和工藝;三是如何判定注漿已達(dá)到預(yù)期(設(shè)計(jì))的效果。為解決上述問題,使注漿這一行之有效的堵水技術(shù)在實(shí)施中更具有操作性,必須在施工中制訂注漿標(biāo)準(zhǔn),但目前的隧道施工規(guī)范、注漿規(guī)范對(duì)此并沒有統(tǒng)一的規(guī)定[6-7]。

筆者在龍廈鐵路象山特長隧道施工中,綜合考慮地下水的類型、賦存環(huán)境、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件等因素并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)制定了適宜于象山隧道的注漿標(biāo)準(zhǔn)。

1 象山隧道地下水的賦存環(huán)境

象山隧道左、右洞全長分別為15 898,15 917m,是龍廈鐵路最長的隧道和控制工程。隧道穿越地區(qū)位于福建省規(guī)模較大的地質(zhì)構(gòu)造政和—大埔深大斷裂以及大田—龍巖拗陷帶上[8]。受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,隧址區(qū)褶皺、斷裂非常發(fā)育,多組沉積地層呈假整合或不整合接觸。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷層破碎帶、節(jié)理密集帶、巖層不整合接觸帶、構(gòu)造節(jié)理等具有較好的連通性,為地下水提供了良好的滲流通道;同時(shí)1#～2#斜井間的灰?guī)r巖溶段,溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重,溶洞區(qū)域內(nèi)填充大量黃泥;加之隧址區(qū)雨量充沛,地下水水位較高:所以,隧道施工期間的洞內(nèi)大量滲水、涌水非常普遍,突水、突泥風(fēng)險(xiǎn)很大[9],被鐵道部專家定為高風(fēng)險(xiǎn)隧道。

象山隧道已施工地段發(fā)生了8次大的突水、突泥事件,嚴(yán)重危及隧道施工安全,制約隧道施工進(jìn)度并誘發(fā)地表失水等一系列環(huán)境問題。注漿堵水已成為決定隧道施工安全、工期及運(yùn)營安全的主要因素。

象山隧道的地下水根據(jù)賦存環(huán)境可分為3類:

1)巖溶水。主要賦存于巖溶管道、溶腔、溶隙及溶槽中。

2)裂隙水。主要賦存于斷層破碎帶、節(jié)理密集帶、地層不整合接觸帶等破碎圍巖中。

3)孔隙水。主要賦存于第四紀(jì)地層或全風(fēng)化軟弱圍巖中。

2 制定注漿標(biāo)準(zhǔn)考慮的主要因素

1)地下水的允許排放量是制訂注漿標(biāo)準(zhǔn)的控制因素。不管是注漿的起始標(biāo)準(zhǔn)還是結(jié)束標(biāo)準(zhǔn),都與隧道的允許排放量有密切的關(guān)系。如果注漿的主要目的是堵水,在保證隧道施工及結(jié)構(gòu)安全的前提下,隧道開挖后的滲(涌)水量應(yīng)低于允許排水量。此外,在地表建筑密集、環(huán)境脆弱、對(duì)地下水流失有較高要求的地段(如本隧道DK24+000～+500地表建筑密集地段),隧道施工涌水量還需小于環(huán)境要求的地下水流失量。

2)工作面前方涌水量是決定是否實(shí)施注漿堵水和注漿方式的重要依據(jù)。使用地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、TSP等物探手段,可探測(cè)到掌子面前方是否有含水構(gòu)造,是否隱伏地下水。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合工程地質(zhì)資料對(duì)地下水的類型進(jìn)行分析并有針對(duì)性地進(jìn)行鉆探確認(rèn)。通過水平鉆探可在開挖前較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)地下水的規(guī)模,通過測(cè)量鉆孔出水量、水壓來判斷整個(gè)開挖面的出水量,確定是否實(shí)施注漿堵水以及注漿方式。

3)地下水的類型、賦存環(huán)境是確定注漿方式、注漿參數(shù)的基礎(chǔ)。地下水的類型及賦存環(huán)境不同,滲流通道的大小、發(fā)育及連通情況、分布特點(diǎn)不同,對(duì)隧道施工的影響大小也不同。注漿方式、注漿參數(shù)的選擇需綜合考慮工作量前方出水量、水壓、地下水的類型及賦存環(huán)境。

3 象山特長隧道的注漿標(biāo)準(zhǔn)

3.1 注漿標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)象山隧道地下水賦存環(huán)境、水文地質(zhì)條件及開挖前測(cè)定的涌水量、水壓、泥砂含量并結(jié)合設(shè)計(jì)防排水要求,通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)總結(jié)出象山隧道的注漿標(biāo)準(zhǔn),如表1所示。

3.2 注漿參數(shù)

象山隧道采用的注漿方式主要有超前預(yù)注漿、徑向注漿和局部注漿。超前預(yù)注漿的注漿參數(shù)見表2,徑向注漿的注漿參數(shù)見表3。

當(dāng)掌子面?zhèn)€別部位出現(xiàn)明顯涌水時(shí),在出水點(diǎn)周圍布孔注漿截?cái)嗨?。注漿加固范圍為開挖輪廓線外3～5m,超前局部注漿采取全孔一次性注漿方式進(jìn)行。注漿順序由少水處向多水處逐步進(jìn)行。注漿材料以水泥單液漿為主,水量大時(shí)采用普通水泥-水玻璃雙液漿,注漿采取定壓注漿(注漿壓力1～2MPa)。

3.3 注漿材料

象山隧道注漿堵水主要采用水泥漿并輔以水泥-水玻璃雙液漿,特殊情況下采用超細(xì)水泥漿。注漿材料按圖1所示流程進(jìn)行選擇。

3.4 注漿工藝

1)注漿順序。注漿順序采用由上部到下部、由外圈到內(nèi)圈、由少水區(qū)到多水區(qū)、由低水壓到高水壓區(qū),間隔跳孔注漿,通過約束注漿減少注漿量。

2)注漿方式。超前預(yù)注漿采用前進(jìn)式分段注漿,分段長度3～5 m,巖溶地段適當(dāng)縮短分段長度;徑向注漿采用全孔一次性注漿;地表注漿采用袖閥管后退式分段注漿。

3.5 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

1)單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。采用定量與定壓相結(jié)合的控制方法。前期孔主要采取定量控制,后期孔主要采取定壓控制。

2)全段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。所有注漿孔均符合單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn),注漿效果評(píng)定達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后全段注漿方可結(jié)束。

3.6 注漿質(zhì)量檢驗(yàn)

1)超前預(yù)注漿的質(zhì)量檢驗(yàn)方法

①鉆孔檢查:檢查鉆孔不少于注漿孔總孔數(shù)的10%,且不少于3個(gè),深度小于注漿段2～3m,外插小于加固圈1～2m,檢查孔出水量小于0.2L/m?min;

②鉆孔取芯:取芯能看到漿液固結(jié)體,固結(jié)體有一定強(qiáng)度;壓水試驗(yàn)壓力達(dá)2MPa以上時(shí),吸水量小于0.2L/m?min;

③畫代表性P-Q-T曲線,分析、比較注漿量與注漿壓力的關(guān)系,注漿量和壓力都滿足要求注漿方為達(dá)到設(shè)計(jì)要求;

④塌孔情況檢查:檢查孔不允許出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

表1 象山隧道的注漿標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Grouting standard of Xiangshan tunnel

表2 超前預(yù)注漿參數(shù)表Table 2 Parameters of advance pre-grouting

表3 徑向注漿參數(shù)表Table 3 Parameters of radial grouting

圖1 象山隧道注漿材料選擇流程圖Fig.1 Flowchart of selection of grouting materials for Xiangshan tunnel

2)徑向注漿質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

①每延米隧道涌水量小于0.5m3/h;

②隧道變形量測(cè)穩(wěn)定。

4 實(shí)施效果

象山特長隧道施工過程中,嚴(yán)格按表1所述注漿標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施注漿堵水,取得了較好的實(shí)施效果。主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

1)地下水得到了及時(shí)封堵。施工過程中現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員根據(jù)揭示的地下水情況,依據(jù)“注漿標(biāo)準(zhǔn)”及時(shí)實(shí)施注漿堵水,大大縮短了注漿堵水的討論和決定時(shí)間(過去需經(jīng)參建四方開會(huì)決定),減少了地下水的危害,有效解決了大量出水后再進(jìn)行處理的難度;

2)強(qiáng)化了富水地段隧道施工的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化作業(yè),有效降低了地下水對(duì)隧道施工安全的威脅。

5 結(jié)論

1)針對(duì)地下水的類型、賦存環(huán)境及水文地質(zhì)條件制定切實(shí)可行的注漿堵水標(biāo)準(zhǔn)是確保富水長大隧道施工安全,降低水害風(fēng)險(xiǎn),提高工效的有效措施。

2)為便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施,注漿堵水標(biāo)準(zhǔn)宜包含注漿起始條件(在什么條件下需進(jìn)行注漿)、注漿方式、注漿材料、注漿方式、主要注漿參數(shù)、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以及注漿質(zhì)量檢查、評(píng)價(jià)方法等主要內(nèi)容。上述內(nèi)容的確定應(yīng)以地下水的限排標(biāo)準(zhǔn)作為控制條件,以地下水類型、出水量、水壓作為重點(diǎn)考慮因素并結(jié)合地下水的賦存環(huán)境予以確定。

3)結(jié)合龍廈鐵路象山特長隧道的地下水具有類型多、水文地質(zhì)條件及賦存環(huán)境復(fù)雜、水量大、水壓高等特點(diǎn)所制定的適用于象山隧道的注漿標(biāo)準(zhǔn),在施工實(shí)踐中取得了較好的效果,這一標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)制定中考慮的主要因素對(duì)類似工程有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

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