隧道富水砂層施工中改良超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：為消除富水砂層地質(zhì)對高速公路隧道正常施工的不利影響，采用超前預(yù)支護(hù)技術(shù)對其進(jìn)行改良。在施工過程中，對超前預(yù)注漿和大管棚支護(hù)的組合方式進(jìn)行改良，同時施作泄水孔減小掌子面水壓增加造成的突水突泥風(fēng)險，達(dá)到了預(yù)期的施工目的，有效保證了隧道施工的正常進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：超前支護(hù)技術(shù)；改良；組合方式；富水砂層

1 概述

某高速公路隧道工程，隧道全長786m。隧道洞身中部交替出現(xiàn)富水砂層，出水量最大約15.0m3/h，自DK203+752開始含水砂層逐漸發(fā)育延伸至隧道拱頂，掌子面出水量逐漸加大，超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果在DK203+760～DK203+790段洞身下部為粉質(zhì)粘土，拱頂下方約1.5m至拱頂上方3.9m范圍內(nèi)以細(xì)砂為主，局部夾雜圓礫石及少量粉質(zhì)粘土，終孔后的地下水總量約30m3/h。針對上述地質(zhì)狀況，施工方在施工中采用改良的注漿止水加固、大管棚支護(hù)、施作泄水孔等“排堵結(jié)合”[1]的超前支護(hù)手段對隧道掌子面前面富水含砂地層進(jìn)行預(yù)加固。

2 施工難點(diǎn)

根據(jù)某隧道設(shè)計圖紙及前期施工及超前地質(zhì)預(yù)報所揭示的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，富水含砂段超前支護(hù)施工的難點(diǎn)及風(fēng)險：（1）隧道中部洞身地質(zhì)為粉質(zhì)粘土、砂巖，粉質(zhì)粘土與富水砂層互層，不利于掌子面穩(wěn)定。粉質(zhì)粘土與砂巖接觸帶、粉質(zhì)粘土與富水砂層接觸帶地段圍巖自穩(wěn)性極差，極易造成開挖工作發(fā)生涌砂、涌水、突泥等險情，而造成工作面失穩(wěn)，給隧道開挖帶來安全隱患。（2）地下水發(fā)育，地下水位位于拱頂上方，在粉質(zhì)粘土與砂巖接觸帶、粉質(zhì)粘土與富水砂層接觸帶均出現(xiàn)股狀水，進(jìn)出口日出水量約為35～60m3/h。預(yù)測涌水、涌砂量大，水對土體的穩(wěn)定和地基承載力均產(chǎn)生不良影響，施工中如果措施不當(dāng)則易造成拱腳部浸水變形而失穩(wěn)，危及初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。（3）隧道通過段落地表村莊及耕地分部密集，隧道開挖導(dǎo)致地表水流失，危及隧頂上方村民生產(chǎn)、生活用水安全。

3 施工過程

根據(jù)類似工程實踐經(jīng)驗結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況，對隧道上斷面涌水涌砂段采取前進(jìn)式分段注漿和無工作室管棚注漿的組合方式進(jìn)行改良，通過漿液在地層中擠壓、劈裂有效降低地層含水率，并通過管棚進(jìn)行超前支護(hù)，達(dá)到穩(wěn)定地層，提高地層承載力作用，最后沿開挖輪廓線布置環(huán)向泄水孔，確保隧道開挖及結(jié)構(gòu)安全，快速通過不良地質(zhì)段。

3.1 超前預(yù)注漿止水加固施工

3.1.1 施作止?jié){墻

止?jié){墻施作在上斷面（見圖1），高4.0m，厚度1.5m，采用C25混凝土澆筑，澆筑前止?jié){墻周邊采用2排環(huán)向間距1.5m，排距0.5m，長2m的Φ25mm砂漿錨桿與圍巖相連，以保證止?jié){墻的穩(wěn)定。止?jié){墻施作過程一定要保證質(zhì)量，尤其是周邊與開挖輪廓線的接觸部，必須密實，防止漏漿。

3.1.2 注漿施工

上斷面超前預(yù)注漿循環(huán)縱向長度20m，開挖15米，徑向范圍為開挖工作面及開挖輪廓線外4m（外圈終孔在開挖輪廓線外3.5m），縱向在10m處布設(shè)一個補(bǔ)孔斷面以減少注漿盲區(qū)。注漿孔布置具體（見圖2）。超前預(yù)注漿采取由外到內(nèi)，由下到上間隔跳孔分二序孔施工。

（1）注漿參數(shù)。注漿范圍縱向20m（不包括止?jié){墻）；徑向開挖工作面及輪廓線外4m（終孔在開挖輪廓線外3.5m）；漿液擴(kuò)散半徑1.5m；終孔間距2.2m；注漿終壓3～4MPa（試驗過程根據(jù)地層情況調(diào)整）；注漿孔徑φ90mm；注漿速度10～110L/min；注漿方前進(jìn)式分段注漿（3～5m/段）；注漿孔數(shù)量49個；（2）注漿材料。根據(jù)地質(zhì)情況及堵水加固要求，注漿材料以普通水泥-水玻璃雙液漿為主，普通水泥單液漿和超細(xì)水泥漿為輔。漿液配比參數(shù)如下：使用普通水泥-水玻璃雙液漿，水灰比為（0.8～1）：1，其體積比為1：1；使用普通水泥單液漿，其則水灰比為（0.8～1.0）：1；使用超細(xì)水泥單液漿，則需要注意其水灰比為（0.8～1.0）：1。配比需要注意若施工需要可以向液漿中適當(dāng)加入外加劑，從而對液漿性能進(jìn)行調(diào)整，改變漿液早期強(qiáng)度以及凝膠時間。（3）注漿施工。超前預(yù)注漿采用前進(jìn)式分段注漿方式，施工流程如下（見圖3）。

超前預(yù)注漿采用前進(jìn)式分段注漿方式，施工流程如下：

標(biāo)定孔位，確定鉆進(jìn)外插角為13°，而后采用Φ130mm鉆頭低速鉆進(jìn)至2.0m，安設(shè)孔口管；孔口管采用Φ108mm，δ=5mm無縫鋼管加工，管長1.5m，孔口管外壁纏繞50～80cm長的麻絲成紡錘型，采用鉆機(jī)沖擊到設(shè)計深度，并用錨固劑錨固，以保證孔口管安設(shè)牢固、不漏漿；鉆孔注漿施工過程，每次鉆深3～5m后，退鉆進(jìn)行注漿施工，注漿達(dá)到設(shè)計結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，再鉆進(jìn)3～5m，并進(jìn)行注漿，如此循環(huán)直到鉆注到設(shè)計深度。為保證開挖工作面底部注漿效果，采用下入Φ32mmPVC進(jìn)行孔底注漿。

3.1.3 如何判定注漿結(jié)束

（1）單孔注漿完成標(biāo)準(zhǔn)。單孔注漿多結(jié)合定量標(biāo)準(zhǔn)以及定壓標(biāo)準(zhǔn)判定注漿結(jié)束。定壓標(biāo)準(zhǔn)，即注漿終壓力確定在3.0～4.0MPa，且維持10min，則表示單孔注漿完成。而注漿終壓力主要依照地層可注性以及地層涌水壓力予以確定。定量標(biāo)準(zhǔn)，即在試驗階段對地層吸漿量以及空隙率進(jìn)行確定。試驗初期，若地層空隙率為20%，那么對單孔注漿的設(shè)計注漿量應(yīng)為1.35m3/m，若施工過程中實際注漿量超過設(shè)計注漿量，且壓力無明顯增加，那么可以通過對漿液進(jìn)行調(diào)整，或間歇注漿，以此保證注漿壓力，完成單孔注漿。（2）全段注漿完成標(biāo)準(zhǔn)。全段所有注漿孔結(jié)束注漿，無漏注，且均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，符合設(shè)計要求。另外對全段進(jìn)行抽查，按總漿孔的10%進(jìn)行檢查，全部滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，全段注漿完成達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.4 檢驗注漿效果

（1）P-Q-t曲線法。通過對注漿施工中所記錄的注漿壓力P、注漿速度Q進(jìn)行P-t，Q-t曲線繪制，根據(jù)地質(zhì)特征、注漿設(shè)備性能、注漿參數(shù)等對P-Q-t曲線進(jìn)行分析，從而對注漿效果進(jìn)行評判。當(dāng)注漿施工中P-t曲線呈上升趨勢，Q-t曲線呈下降趨勢，注漿結(jié)束時，注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量80%，則滿足效果檢查要求。（2）檢查孔法。選擇可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鉆孔檢查，檢查孔數(shù)量按注漿孔總數(shù)的10%控制。檢查孔不塌孔，不涌砂，檢查孔出水量小于0.2L/min·m。

3.2 超前大管棚施工

注漿結(jié)束后，在開挖輪廓線外布置超前管棚支護(hù)，管棚支護(hù)縱向長與注漿段一致，長20m。大管棚支護(hù)施工采取無工作室管棚施工技術(shù)，沿開挖輪廓線向內(nèi)50cm開孔，環(huán)向間距40cm，外插角6°（與水平面夾角），共布設(shè)24根。

大管棚采用外徑Φ76mm，壁厚6mm熱匝無縫鋼管加工，每節(jié)長2～3m，沿管壁布設(shè)4排Φ6mm對稱溢漿孔，梅花形布設(shè)，孔間距50cm，每根管棚末端一節(jié)不布設(shè)溢漿孔，前端加工成椎形尖端并封閉。管棚安設(shè)完成后進(jìn)行全孔一次性管棚注漿，注漿參數(shù)同超前注漿。

施工流程：（1）依照設(shè)計進(jìn)行測量放線，并標(biāo)定開孔位置。（2）對鉆孔角度進(jìn)行確定，并調(diào)整鉆機(jī)鉆入角度。成孔后推進(jìn)管棚。（3）為保證管棚接頭相互錯開，處于不同斷面，管棚采用2、3m、4m節(jié)段進(jìn)行連接，相鄰管棚接口錯開。（4）完成管棚的布設(shè)后，進(jìn)行一次性注漿。（5）為避免管棚侵限，施工過程將管棚推進(jìn)至開挖線外。（6）開挖過程中應(yīng)采用超前小導(dǎo)管注漿對大管棚之間的薄弱部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.3 泄水孔施工

為避免因注漿加固造成出水封閉，水壓上升，給開挖帶開風(fēng)險，上斷面超前預(yù)注漿和長管棚支護(hù)施工完成后，沿開挖輪廓線布置環(huán)向泄水孔，釋能泄壓。

（1）上斷面沿著初支護(hù)縱向鉆設(shè)泄水孔，共布設(shè)5個。（2）泄水孔采用125mm開孔，安設(shè)孔口管并固結(jié)牢固，通過孔口管鉆設(shè)直徑90mm的泄水孔。（3）泄水孔縱向長度25m，終孔在開挖輪廓線5m（加固體外）。

4 結(jié)束語

經(jīng)過改良超前預(yù)注漿、大管棚支護(hù)這兩種超前支護(hù)技術(shù)的組合方式，止水加固效果良好，使該隧道洞身部分的富水含砂地層得到有效改良，再加上施作泄水孔，有效減小掌子面水壓增大產(chǎn)生的突水突泥風(fēng)險，保障了隧道施工的正常進(jìn)行，達(dá)到了超前支護(hù)施工的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)寶樹.隧道施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003：94-182.

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[3]DLT 5148-2001.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].