隧道淺埋段袖閥管注漿施工工藝探討

匡澤軍

摘 要：在馬鞍梁隧道淺埋段中主要采用了袖閥管地表注漿施工，在大量的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量數(shù)據(jù)中，實(shí)現(xiàn)了反復(fù)總結(jié)和論證，最終成功的將淺埋隧道軟弱圍巖地表注漿實(shí)現(xiàn)了具體實(shí)踐，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證得出，袖閥管注漿可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖的有效加固，且實(shí)現(xiàn)注漿堵水，以上經(jīng)驗(yàn)都為今后的大斷面淺埋軟弱圍巖隧道的施工提供了大量的理論與實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道；淺埋段袖閥管；注漿施工工藝

袖閥管注漿法是由法國(guó)Soletanche基礎(chǔ)建筑公司在20世紀(jì)50年代所發(fā)明的，該方法是一種十分先進(jìn)的注漿施工工藝，在發(fā)明后被廣泛應(yīng)用在世界范圍內(nèi)的土木工程施工中。[1]這種方法有著較強(qiáng)的實(shí)用性，在砂性土、淤泥以及粉土等底層加固工程中有著良好的應(yīng)用效果對(duì)道路軟基進(jìn)行處理時(shí)，相對(duì)于碎石樁、換填法等地基處理方法，袖閥管注漿法在工期、造價(jià)、技術(shù)和機(jī)械上均存在明顯優(yōu)勢(shì)，并且該方法對(duì)環(huán)境造成的不良影響較小。因此，袖閥管注漿法在道路施工的處理中應(yīng)用也較為普遍。[2]但是袖閥管注漿法中同樣存在一些問(wèn)題，如在施工中，漿液的擴(kuò)散無(wú)法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，造成在控制上出現(xiàn)了較多困難；施工中必須針對(duì)注漿壓力對(duì)地基產(chǎn)生超孔隙水壓，進(jìn)而出現(xiàn)明顯的擠土效應(yīng)，可以破壞地基或是鄰近建筑物的安全。

1 隧道淺埋段袖閥管注漿施工技術(shù)重點(diǎn)

在高速鐵路的施工過(guò)程中，采取較大面積的開(kāi)挖和地基復(fù)合處理在經(jīng)濟(jì)效益上不夠合理，對(duì)此最終選擇袖閥管注漿法，實(shí)現(xiàn)對(duì)該段的軟弱土層實(shí)行加固處理，依據(jù)該工程，筆者采取了改進(jìn)方式的袖閥管注漿法，設(shè)計(jì)地基加固方案設(shè)計(jì)，并檢驗(yàn)該方法的效果。為了防止出現(xiàn)注漿擠土對(duì)鄰近建筑物產(chǎn)生推移作用，注漿順序?qū)⒀刂欢ǚ较蛲七M(jìn)，并采取隔行跳孔、分層次注漿的方式進(jìn)行施工，嚴(yán)禁完成全部鉆孔后再實(shí)行集中注漿。本案例采用的是雙閥布袋袖閥管注漿法，具體見(jiàn)下圖1，雙閥雙布袋袖閥管注漿技術(shù)，該技術(shù)針對(duì)袖閥管注漿技術(shù)的缺點(diǎn)，在袖閥管上套一條由PVC薄 膜和土工布制作的雙層布袋，每1.5～2m利用塑料扣將布袋牢固綁扎在袖閥管上，塑料扣在一定壓力下自動(dòng)打開(kāi)，形成雙閥管，可以直接注漿，不需要套殼料，不易跑漿，不增大地基土含水量，易于形成樁體，施工效率高；同時(shí)在袖閥管外壁上利用套筒固定1根塑料排水帶，可以排除漿液中部分水分，減少擠土效應(yīng)。對(duì)于砂層，注漿步距宜采用低值；對(duì)卵石或破碎巖層，注漿步距宜采用高值。注漿過(guò)程中，每段注漿完成后，向上或向下移動(dòng)一個(gè)步距的芯管長(zhǎng)度。宜采用提升設(shè)備移動(dòng)，或人工采用2個(gè)管鉗對(duì)稱(chēng)夾住芯管，兩側(cè)同時(shí)均勻用力，將芯管移動(dòng)。每完成3～4m注漿長(zhǎng)度，要拆掉一節(jié)注漿芯管。注漿結(jié)束后，在注漿管上口蓋上悶蓋，以便于復(fù)注施工。

2 隧道淺埋段袖閥管注漿施工工程概況及施工要求

2.1 工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)

馬鞍梁隧道IDK743+440～+620段為Ⅵ級(jí)圍巖，下穿淺埋沖溝，最淺埋深11m（實(shí)測(cè)），上部溝谷富水，地表水及地下水發(fā)育，隧道洞身通過(guò)地層主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）沖洪積黏質(zhì)黃土、礫砂、細(xì)圓礫土、粗圓礫土，地下水滲透性極強(qiáng)。

馬鞍梁隧道地表水特點(diǎn)為：隧道進(jìn)口附近的五龍溝內(nèi)為常年流水，枯水期流量約4675m3/d。地下水特點(diǎn)為：五龍溝淺埋段地下水類(lèi)型主要為第四系松散層孔隙潛水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，含水層為細(xì)、粗圓礫土，富水性較好。

五龍溝溝谷地帶第四系細(xì)、粗圓礫土含水層滲透系數(shù)K值達(dá)到10.0～13.74m/d，滲透性較強(qiáng)，補(bǔ)給較充足；設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)IDK743+440～+620淺埋段正常涌水量約16167m3/d，最大涌水量約24251m3/d，涌水量較大。

2.2 注漿加固的目的

借助對(duì)建筑物和基坑圍護(hù)的結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域?qū)嵭凶{固結(jié)，將該處的水利聯(lián)系進(jìn)行切斷，改良地層，縮小基坑的維護(hù)結(jié)構(gòu)成槽和開(kāi)挖施工對(duì)建筑物造成的影響，保證建筑物的安全與穩(wěn)定。

3 隧道淺埋段袖閥管注漿施工工藝

3.1 施工前準(zhǔn)備計(jì)劃

3.1.1平整地形

IDK743+430～+522段的淺埋下穿沖溝，地形趨勢(shì)平緩，地表高1051m～1060m；IDK743+522～+566段在坡面的前方，地表高程為1061m～1069m。為了實(shí)現(xiàn)注漿作業(yè)更加便利，需要根據(jù)地形條件實(shí)現(xiàn)對(duì)沖溝內(nèi)的清方，IDK743+430～+522段92m場(chǎng)地經(jīng)過(guò)平整后最終的地面標(biāo)高為1053.03m，IDK743+522～+566段的44m場(chǎng)地經(jīng)過(guò)平整后標(biāo)高達(dá)到了1061m。

3.1.2地表水過(guò)渡

施工沖溝的地表實(shí)施混凝土鋪砌，沖溝段內(nèi)的地表注漿施工期間要對(duì)地表水進(jìn)行引排，在線路上游50m位置建筑水壩集水，采用直徑為150cmPVC管將地表流水引入或排至線路的下游，截止到洞內(nèi)施工襯砌通過(guò)該段。

3.1.3注漿材料

充分考慮到地層屬于含水層，為了對(duì)漿液的擴(kuò)散區(qū)域?qū)嵭杏行Э刂?，需要保證注漿材料在地層中的凝膠化性能和漿液凝膠的時(shí)效性，選擇快硬硫鋁酸鹽水泥單液漿主要注漿材料，選擇普通水泥和水玻璃雙液漿作為輔助性注漿材料，雙液漿的漿液凝膠時(shí)間需控制在10～40sec內(nèi)，進(jìn)而達(dá)到可控域注漿的目的。

本次工程施工中所用的水泥主要為：快硬硫鋁酸鹽水泥、P·O42.5普通的硅酸鹽水泥，45-50Be水玻璃（M=1.7～3.1）。其中：

P·O42.5普通的硅酸鹽水泥，細(xì)度需要經(jīng)過(guò)80μm的孔篩篩余量小于5%。

注漿使用的水泥必須要符合一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不能使用受潮結(jié)塊的水泥。存放時(shí)間不宜過(guò)久，出廠日期超過(guò)三個(gè)月的水泥不能使用。

注漿所用的水要符合拌制水泥混泥土的用水標(biāo)準(zhǔn)，拌漿水溫度低于40℃。

3.2 分區(qū)段地表注漿

為了有效控制注漿加固范圍和保證注漿效果，需要采取分段注漿，縱向長(zhǎng)度小于20m，為控域注漿提供便利。

袖閥管注漿，所用漿塞為3424903.png65×5mmPVC袖閥管和雙向皮碗式，借助3421681.png25鍍鋅鋼管作為芯管分段實(shí)行注漿，縱向分段周邊兩排孔分別采用普通水泥-水玻璃雙漿液為主，其他的孔則采用硫鋁酸鹽單液漿。

3.2.1注漿的范圍和順序

注漿的范圍如下圖1和圖2中所示。

注漿孔橫向隧道開(kāi)挖的輪廓線外為5m，也就是寬度為24.8m；注漿深度是隧道拱頂開(kāi)挖輪廓線上的5米，隧底開(kāi)挖輪廓線下部2米，也就是19.68m；鉆孔利用等邊三角形布置，間距為1.5m×1.5m。漿液的有效擴(kuò)散半徑為1m。采用直徑為65×5mmPVC袖閥管以及雙向皮碗式止?jié){塞，利用直徑為25的鍍鋅鋼管作為芯管實(shí)行分段注漿。

此次注漿施工中，將注漿孔劃分為周邊和中間兩種，周邊是注雙液孔漿，中間孔為注單液漿孔，注漿順序在原則上為由外到內(nèi)約束的發(fā)散性方式。需要對(duì)地層的加固進(jìn)行考慮，先對(duì)周邊孔進(jìn)行注漿，隨后延伸至內(nèi)圈孔，最終形成約束，實(shí)現(xiàn)地層注漿的逐步擠壓密實(shí)，對(duì)三個(gè)周邊實(shí)行注漿，在中間部位的水流方向上形成約束，保留一個(gè)邊成為水排流的出口，注漿過(guò)程中要逐漸將水排出，提升整體注漿效果，對(duì)漿液的擴(kuò)散區(qū)域?qū)嵭杏行Э刂?，保證注漿后可以形成較為完整的注漿加固體。

3.2.2注漿參數(shù)和鉆孔

施工中，硫鋁酸鹽單漿液的水灰比為W：C=0.8：1；水泥-水玻璃雙液漿水灰比為W：C=0.8：1；水泥-水玻璃體積比C：S=1：1，水玻璃波美度：33～38Be。注漿參數(shù)詳情見(jiàn)下表1：

在鉆孔過(guò)程中要對(duì)注漿孔的孔位實(shí)行測(cè)量放線；采用工程地質(zhì)鉆機(jī)根據(jù)標(biāo)識(shí)的孔位實(shí)行鉆孔。在鉆孔過(guò)程中要采用套管進(jìn)行定位，泥漿循環(huán)護(hù)壁成孔，在成孔后需要及時(shí)采取清理。在鉆孔過(guò)程中要做好鉆孔的記錄，對(duì)鉆孔的地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)描述，這樣對(duì)下一步的注漿作業(yè)施工比較有利。按照設(shè)計(jì)要求完成鉆孔，在安裝好袖閥管注漿管后，拔出套管。

3.2.3安裝袖閥注漿管

在不注漿的部位下A型袖閥注漿管，在注漿的部位下B型袖閥管注漿，底部要加上悶蓋。B管是有孔管，且覆蓋了一層橡膠套。在下管前必須要在最下端B管上增加下悶蓋，利用絲口和下一根B管進(jìn)行連接，直至連接到注漿段長(zhǎng)度。隨后，開(kāi)始和A管進(jìn)行連接，A管連接至鉆孔深度，并且要求露出地面10cm。

由于鉆孔具有較深的特點(diǎn)，在下管中可以將連接好的袖閥注漿管分為三段，實(shí)行依次下孔，上端在即將完成時(shí)，再在空口連接下一段的袖閥注漿管，直到袖閥注漿管的下管作業(yè)被完成。

在袖閥注漿管沿著套管內(nèi)壁下至鉆孔底部后，在頂部位置加上悶蓋，隨后將套管拔出實(shí)施封孔作業(yè)。在孔底到地面距離為3m時(shí)采用粗砂或是礫石實(shí)現(xiàn)密實(shí)性填充，在地表下3m的位置到孔口部位采用速凝水泥砂漿實(shí)行填充封孔，避免出現(xiàn)注漿中返漿的情況。

3.2.4施工操作

注漿作業(yè)中的設(shè)備主要為注漿泵，注漿方式為后退式分段注漿，利用止?jié){系統(tǒng)，在注漿帶內(nèi)通過(guò)孔底實(shí)行注漿，每次注漿的長(zhǎng)度為0.5～1m。在第一段注漿段注完后，將注漿芯管以及止?jié){系統(tǒng)采用管箝上提升到第二段的注漿段，實(shí)行第二次注漿段的注漿，從此往下，指導(dǎo)完成注漿帶。在注漿過(guò)程中要做好注漿記錄，并測(cè)定注漿液的凝膠時(shí)間，保證收到良好的注漿施工效果。注漿最終的孔膠圈如下圖3所示：

在施工中如果出現(xiàn)注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間不上升，則應(yīng)查明原因，如果是因?yàn)楣ぷ髅媛{則采取封堵措施；如果出現(xiàn)地表隆起，則需要分析其具體原因，制定相應(yīng)的處理對(duì)策。總之在實(shí)際施工中，一方面需要對(duì)其施工可能出現(xiàn)的問(wèn)題詳細(xì)分析，強(qiáng)化預(yù)防措施，另一方面則需要及時(shí)針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題采取相應(yīng)的處理對(duì)策，以免引發(fā)更嚴(yán)重的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)的袖閥管注漿法會(huì)出現(xiàn)跑漿串漿的情況，并且在地基中會(huì)出現(xiàn)明顯的擠土效應(yīng)等問(wèn)題，文章針對(duì)施工過(guò)程中軟弱地層可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提出相應(yīng)的加固措施，地下水的封堵施工技術(shù)等。本文結(jié)合了筆者參與的隧道淺埋段施工的具體技術(shù)和過(guò)程，對(duì)該技術(shù)實(shí)施帶來(lái)的相關(guān)影響。最終結(jié)果顯示：袖閥管注漿法可以對(duì)串漿跑漿，分段定位實(shí)現(xiàn)有效控制。

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