管勝
摘要:大別山隧道出口段穿越獅子巖水庫圍巖破碎、裂隙水發(fā)育,施工中通過超前地質(zhì)預報對地質(zhì)情況進行預判,采用超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、開挖后全斷面徑向注漿止水加固的施工方案,取得了良好的工程效果。文章結(jié)合工程實踐介紹了這種方案的成功運用。
關鍵詞:超前地質(zhì)預報;超前小導管;全斷面徑向注漿;水泥-水玻璃雙液注漿
隧道穿越圍巖破碎、裂隙水發(fā)育的不良地質(zhì)帶,選擇正確的的施工方法至關重要。在大別山隧道出口段施工中,通過超前地質(zhì)預報對圍巖進行預判,采用超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、全斷面徑向注漿,結(jié)合架設I14工字鋼架、掛網(wǎng)、噴錨等措施,順利通過不良地質(zhì)帶,取得良好效果。
一、工程概況
大別山隧道為上下行分離的雙洞隧道,隧道呈東西向展布,進口位于麻城市木子店鎮(zhèn)槐樹店村細臺子溝,出口位于麻城市龜峰山鄉(xiāng)邊店村葉家河。左洞起止里程為:ZK18+275~ZK23+183,長4908m,右洞起止里程YK18+240~YK23+141,長4901m。屬特長隧道。隧道最大埋深482m。
隧道區(qū)在大地構(gòu)造上屬秦嶺-大別山造山帶核部,地質(zhì)構(gòu)造十分復雜,經(jīng)歷了多旋廻、多階段的發(fā)展演化。區(qū)域構(gòu)造上屬羅田褶皺束羅田穹隆的一部分,受白堊紀花崗巖的侵入影響,褶皺構(gòu)造被破壞,僅在太古代大別群(ArD)中殘留有露頭尺度的層內(nèi)褶皺,無根褶皺等。
在白堊紀花崗巖巖體中破碎帶發(fā)育,在樁號YK22+573~YK22+667處通過地質(zhì)勘探資料得知該段圍巖為強~弱風化花崗巖,埋深約55米。隧道所處圍巖為Ⅳ級圍巖地段,地形上為一深切“V”形沖溝,沿沖溝底部集中發(fā)育兩組裂隙,其一產(chǎn)狀15°-30°<85°間距1-3m,跡長大于10m;其二產(chǎn)狀340°<60°,間距0.3-0.5m,跡長大于5m。由于這兩組裂隙發(fā)育程度高,圍巖較為破碎,鉆孔壓水試驗表明該段巖體具有弱透水性。另外,路線右側(cè)有一中型水庫(獅子巖水庫),隧道施工可能引發(fā)水庫滲漏等環(huán)境地質(zhì)問題。
二、施工方案
經(jīng)過廣泛收集資料,聘請專家論證,結(jié)合工程實際情況,本著“管超前、預注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的原則,采用TSP203超前地質(zhì)預報對圍巖進行預判,施工中采用超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、開挖后全斷面徑向注漿、局部注漿及補注漿,I14鋼架配合錨噴支護的處理方案。施工方案包括圍巖超前地質(zhì)預報預判、形成防滲加固圈、上下臺階法開挖、全斷面徑向注漿、初期支護等。
1.超前地質(zhì)預報
雖然設計中通過鉆孔對圍巖情況進行了預判,可是實際施工圍巖較設計情況中往往出入較大。因此,在施工掌子面距離斷層破碎帶15米左右采用TSP-203系統(tǒng)進行長距離地質(zhì)預報(20米-200米),超前鉆孔進行中短距離地質(zhì)預報(20米以下),并認真作好地質(zhì)素描,形成地質(zhì)信息資料。然后將地質(zhì)信息上報給建設單位、根據(jù)監(jiān)測單位的預判結(jié)果,斷層破碎帶的圍巖等級判定為Ⅳ級圍巖,節(jié)理發(fā)育、巖體破碎、裂隙水較發(fā)育。
2.形成防滲加固圈
形成加固圈就是通過超前小導管配合水泥-水玻璃雙液注漿在拱部120°范圍的開挖輪廓線四周形成一定強度和厚度的水泥漿加固拱,以提高圍巖自承能力和穩(wěn)定性。超前小導管φ42、長4.5m,沿隧道拱部120°范圍的開挖輪廓線布置,環(huán)向間距40cm,向外傾斜10~15°??紤]鋼架間距和搭接長度,按照3.2m每環(huán)布置,預留搭接長度1.3m。注漿使用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵,注水泥-水玻璃雙液漿。
3.上下臺階法開挖
開挖本著“短進尺、強支護”的原則,采用正臺階法開挖的處理方案。上臺階開挖高度5.7m,開挖進尺結(jié)合鋼架間距控制在2~2.5m;下臺階開挖高度2.5m,左右交錯開挖,進尺結(jié)合鋼架間距控制在2~2.5m。兩個臺階縱向距離基本保持在15~20m,以利于及早落底。開挖后,盡量減少圍巖暴露時間,迅速完成初期支護。
4.開挖后防滲處理(全斷面徑向注漿施工)
全斷面徑向注漿又稱為后注漿,主要是對開挖后仍然出現(xiàn)較大出現(xiàn)較大的滲漏水進行再注漿,固結(jié)范圍為正洞開挖輪廓線外5m,啟到防滲補漏作用。
開挖后發(fā)育的裂隙有集中水流出,首先埋管將水流引出,然后用快凝砼將原有出水口封堵。在距離出水口一定距離處,對出水裂隙鉆注漿孔,安裝注漿管,采用水泥漿進行注漿。
注漿小導管采用φ42熱軋無縫鋼管加工制作而成、壁厚3.5mm,長5m,小導管前部鉆注漿孔,孔徑10mm,孔間距15cm,梅花型布置,小導管前端加工成錐形,尾部預留1.0m的止?jié){段不鉆孔,全斷面環(huán)向開挖輪廓線布置,環(huán)向間距100cm,縱向間距100cm。1#~29#鋼花管徑向布置,30#~38#垂直布置。仰拱范圍內(nèi)鋼花管預留30cm埋設于仰拱二次襯砌內(nèi),以發(fā)揮鋼花管的樁基作用。注漿使用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵,注M30水泥凈漿。
5.進行初期支護施工
初期支護參數(shù)如下:①初噴封閉掌子面(4cm的C25噴射砼),施作鋼拱架(I14工字鋼鋼拱架,縱向間距100cm,φ22 縱向連接鋼筋,環(huán)向間距1m),施工鎖腳錨桿(φ22砂漿錨桿、長3.5m向下傾斜45°,端部與鋼拱架兩側(cè)拱腳焊接);②施工徑向系統(tǒng)錨桿(φ25 帶排氣中空注漿錨桿,長4m,環(huán)向間距1.0m,縱向間距0.8m),噴射砼厚度至設計厚度(C25聚酯纖維砼,厚度28cm)。
三、施工要點
止水和加固是本方案的施工重點,而超前小導管輔以水泥-水玻璃雙液注漿和全斷面徑向注漿是進行止水加固的重點。
1.超前小導管施工
由于巖體為全~強風化片麻花崗巖,節(jié)理發(fā)育、基巖破碎、夾層多,成孔困難,容易卡鉆、坍孔,鉆孔操作比較困難。如何確保小導管的位置和角度滿足設計要求,是方案成敗的關鍵所在。
小導管施工采用鉆孔打入法。按照封閉巖面→鉆孔→清孔→鋼花管制、安→注漿的施工順序施工。
施工主要工序介紹如下:
(1)封閉巖面:為確保注漿效果,對開挖巖面采用厚度3~5cm的C25噴射砼封閉,作為止?jié){墻。在鋼花管安裝完畢后,用錨固劑對鋼管周圍進行封堵,確保在注漿過程中不漏漿。
(2)鉆孔:鉆孔前先檢查氣腿式風槍狀況是否正常。鉆孔速度應保持勻速,特別是鉆頭遇到孤石、夾層時,應控制鉆進速度,避免發(fā)生夾鉆現(xiàn)象。鉆進過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置,并根據(jù)鉆機鉆進的現(xiàn)象及時判斷成孔質(zhì)量,并及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故。
(3)清孔、驗孔:用高壓空氣從孔底向孔口清理鉆渣,用經(jīng)緯儀、測斜儀等檢測孔深,傾角,外插角。
(4)鋼花管制安:在鋼管上按照15cm的間距梅花布置鉆注漿孔,并在尾部留置不小于1m的止?jié){段。鋼花管安裝采用直接插入法,必要時通過在尾部加墊板用風槍送入。小導管構(gòu)造見下圖;
2.水泥-水玻璃雙液注漿施工
該段圍巖巖體破碎、裂隙發(fā)育、孔隙大、滲透性較好,為超前預注漿施工增加了難度。預防漿液流失和有效控制注漿量是注漿工作首要控制點,是能否形成穩(wěn)固、安全可靠的加固圈的關鍵。注漿操作主要包括以下幾個工序:
(1)注漿參數(shù):水泥漿液水灰比為0.8~1.0左右,水玻璃濃度30~35波美度,水泥漿與水玻璃體積比1:0.3~1:0.8,注漿壓力0.5~2.0MPa。
(2)注漿順序:采取由低孔位向高孔位進行,即由拱腳至拱頂順序進行。
(3)注漿準備工作:注漿前先檢查注漿管路,確保管路暢通、不阻塞、不跑漿,機械性能良好。確認各項準備工作完成后,做現(xiàn)場注漿試驗,確定合理的注漿參數(shù),據(jù)以施工。
(4)注漿施工:注漿采用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵將漿液注入小導管內(nèi),注漿采用兩次間歇進行。首次注漿可適當減少水灰比,增加水玻璃摻量,注漿壓力控制在0.5~ 1.2MPa,當相鄰孔眼有漿液流出時即結(jié)束首次注漿。間歇3~5 個小時后,進行第二次高壓注漿,注漿壓力1.2~2.0MPa,當進漿量小于20L/10min 時可結(jié)束注漿工作。若注漿量超限,未達到壓力要求,應調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿,直至符合注漿質(zhì)量標準,確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均被漿液充填,方可終止注漿。
(5)注漿過程派專人值班,填寫《注漿記錄表》,記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù),觀察壓力表值,監(jiān)控連通裝置,避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。
3.全斷面徑向注漿(后注漿)
全斷面徑向注漿主要是對開挖后仍存在漏水現(xiàn)象進行補充注漿止水加固,主要包含兩個重要施工工序:小導管施工和水泥凈漿注漿施工。
3.1小導管施工
小導管施工采用鉆孔打入法。其施工工序同超前小導管施工工序:初噴砼封閉巖面→鉆孔→清孔→鋼花管制、安→注漿施工。在此不再贅述。
3.2徑向注漿施工要點
注漿操作主要包括以下幾個工序:(見工藝流程圖)
(1)注漿參數(shù):水泥漿液水灰比為0.6~1.0左右,注漿壓力0.5~3.0MPa。
(2)注漿順序:按兩序孔進行,即跳孔跳排注單序孔,然后注剩下的二序孔,這樣,通過實施約束型注漿模式,實現(xiàn)擠壓密實的注漿目的。
(3)注漿準備工作:注漿前先檢查注漿管路,確保管路暢通、不阻塞、不跑漿,機械性能良好。確認各項準備工作完成后,做現(xiàn)場注漿試驗,確定合理的注漿參數(shù),據(jù)以施工。
(4)注漿方式:注漿采用YZB-120/7型液壓雙液注漿泵將漿液注入小導管內(nèi),全孔一次性注漿方式進行施工,注漿終壓2~3.0MPa,注漿速度5~100 L/min。
(5)注漿結(jié)束標準控制:終壓到達2~3.0Mpa,當進漿量小于20L/10min 時可結(jié)束注漿工作,若注漿量超限,未達到壓力要求,應調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿,直至符合注漿質(zhì)量標準,確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均被漿液充填,方可終止注漿。
(6)注漿效果檢查評定:徑向注漿結(jié)束后圍巖滲水量不超過3m3/m.d。
3.3監(jiān)控量測
因該段地處斷層破碎帶地段,施工中重點對拱頂下沉及周邊收斂進行監(jiān)控。拱頂下沉、兩組周邊收斂點正臺階法施工順序在施工中布置。在開挖完成后,迅速進行埋設,并進行初始讀數(shù)。通過對量測數(shù)據(jù)的分析處理,掌握地層穩(wěn)定性變化規(guī)律,預見事故和險情,作為調(diào)整和修正支護設計參數(shù)及施工方法的依據(jù),提供圍巖和支護襯砌最終穩(wěn)定的依據(jù)。
四、施工注意事項
1.鉆孔前,精確測定孔的平面位置、傾角、外插角,并對每個孔進行編號。鉆進過程中應運用測斜儀,進行鉆孔偏斜度測量,嚴格控制小導管打設方向,并作好每個鉆孔記錄。發(fā)現(xiàn)誤差超限及時糾正,至終孔仍超限者應注漿封孔,待強度達到要求后,原位重鉆。
2.注漿過程中,要隨時注意泵壓及流量變化,若吸漿量很大或壓力突然下降,注漿壓力長時間上不去,應查明原因。如工作面漏漿,可采取封堵措施;如跑漿可通過調(diào)換漿液種類、調(diào)整漿液配合比、采用間歇注漿等措施,已達到注漿目的。
3.對注漿過程中發(fā)現(xiàn)有大的空洞等,可首次先注水泥砂漿或砼,后進行注漿。
五、結(jié)束語
本段隧道下穿獅子巖水庫,圍巖為全~強風化片麻花崗巖,較破碎、裂隙水受地表水補給豐富,隧道內(nèi)水量集中且易與地表上獅子巖水庫水路連通。因此在施工處理中,抓住巖層漏水、破碎主因,采取超前小導管雙液注漿和全斷面徑向注漿進行止水加固,取得了止水加固顯著效果,整個過程安全、順利。尤其根據(jù)開挖過程中揭示的情況,更加驗證了超前小導管雙液注漿配合開挖后徑向注漿聯(lián)合作用形成的防滲圈是保證隧道下穿水庫等富水區(qū)到達止水目的的重要手段。