雙液注漿結(jié)合洞內(nèi)真空泵引水在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

朱旭

摘要：結(jié)合朝陽路熱力管線工程暗挖隧道施工，重點(diǎn)論述了暗挖隧道施工在復(fù)雜地質(zhì)條件下，采用雙液注漿結(jié)合洞內(nèi)真空泵引水的施工技術(shù)措施，成功穿越離民房較近地段及興隆西路～平房西路段。

關(guān)鍵詞：暗挖隧道施工;復(fù)雜地質(zhì)條件;雙液注漿結(jié)合洞內(nèi)真空泵引水技術(shù)措施

一、工程概況

朝陽路熱力管線工程位于朝陽區(qū)朝陽路上，東西走向，配合道路改造同步施工。起點(diǎn)為青年路，終點(diǎn)至平房西路（民航總醫(yī)院），中間穿高碑店北路、興隆西路及暗河。

朝陽路熱力管線工程隧道埋深7～10m左右，橫斷面為馬蹄型，DN800隧道斷面初期支護(hù)凈空為4200×3500;DN1200隧道斷面初期支護(hù)凈空為5700×4000（CD法）。

二、復(fù)雜水文地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和隧道縱段設(shè)計(jì)，結(jié)合豎井開挖馬頭門位置所揭露的地層情況，隧道起拱線以上為粉質(zhì)粘土層，以下為流砂層;有兩層水，第一層為上層滯水，水位標(biāo)高大約為26.00，第二層為潛水，水位標(biāo)高大約為21.00;受靠近熱力隧道北側(cè)同期施工雨水方溝（雨水方溝肥槽邊基本是熱力隧道邊）分段開挖，接頭處積水下滲，加上民房上水老戶線及雨、污水管道滲漏影響，水量豐富。本工程隧道斷面所穿土質(zhì)松散并呈飽和狀態(tài)，對施工影響較大的是位于隧道開挖斷面內(nèi)的流砂層④，此層分布不均且起伏變化較大，另外還有局部的透鏡體夾層。易坍塌，工程地質(zhì)條件差，針對此種水文地質(zhì)條件首次在隧道開挖過程中采取洞內(nèi)真空泵引水結(jié)合雙液注漿加固措施，先注漿，然后隨開挖隨引水，取得很好效果。

三、雙液注漿結(jié)合洞內(nèi)真空泵引水

1.離民房距離較近地段

隧道里程0+580～0+650段，為DN800隧道，長70m。此段北側(cè)離民房較近，南側(cè)1.0m 為DN300上水，根據(jù)馬頭門位置所暴露的土層情況，此段隧道拱腳位于流砂層，且局部地層內(nèi)含透鏡體夾層，普通降水不能解決內(nèi)含滯水，受民房上水老戶線及雨、污水管道滲漏影響，此層含水豐富，用洛陽鏟探查地下水在地表下3m。隧道開挖遇到該層時(shí)，若不采取措施透鏡體中的殘留水傾泄下來，易引起塌冒，威脅施工安全，因此采取半斷面雙液注漿結(jié)合洞內(nèi)真空泵引水加固措施。

2.興隆西路～平房西路段

隧道里程0+665～0+853.5及12#北分支，為 DN1200隧道，長197m，根據(jù)馬頭門位置所暴露的土層情況，此段隧道拱腳位于流砂層，流砂層自穩(wěn)性差且要承受上部土體及上拱自重的壓力，極易導(dǎo)致隧道坍塌、沉降，危及上部管線及建筑物的安全。故通過采取雙液注漿結(jié)合洞內(nèi)真空泵引水加固措施對隧道流砂層圍巖土體進(jìn)行地質(zhì)改良，提高土體的內(nèi)磨擦角（φ）值，使地層的不透水性增強(qiáng)，達(dá)到止水加固的目的。

四、注漿方案設(shè)計(jì)

1.注漿加固范圍

1.1豎井注漿加固范圍

豎井注漿加固范圍由遇到流砂層的實(shí)際標(biāo)高開始，到豎井落到粉質(zhì)粘土層上為止。在豎井穿流砂層范圍，沿豎井周圈，水平間距1.5m，每隔一榀進(jìn)行打管注漿，每次注漿深度2.5m。

1.2隧道注漿加固范圍

由于地面不具備施工條件，采用隧道內(nèi)進(jìn)行雙液注漿止水加固措施。離民房距離近，隧道里程0+580～0+650段，采取半斷面注漿加固措施;興隆西路～平房西路段，隧道里程0+665～0+853.5及12#北分支，采取連接板上、下各1.6m范圍注漿加固措施。

漿液擴(kuò)散半徑按0.8m計(jì)算，平面布孔采用交聯(lián)等邊三角形布置，洞內(nèi)采用放射型布置（在后續(xù)施工中可根據(jù)開挖情況做適當(dāng)調(diào)整）。注入順序：采用從外到內(nèi)隔孔跳注順序進(jìn)行。施工孔距1400mm，排距1200mm，注漿孔直徑φ46mm。一次注漿循環(huán)步距長14m，搭接長度4m。

2.注漿工法

由于隧道開挖斷面所處地層為粉質(zhì)粘土及粉細(xì)砂層，滲透系數(shù)小，采用雙重管雙液注漿工法，滲透和劈裂注漿相結(jié)合。其工法從鉆孔到注漿完畢，可以連續(xù)進(jìn)行;在注漿的過程中注漿管不回轉(zhuǎn)，不會發(fā)生漿液溢流現(xiàn)緣，并且對土層具有很強(qiáng)的滲透性，注入范圍可人為控制;在二重管的端頭設(shè)置的漿液混合器中，A、B（C）雙液可以完全混合、均勻的注入到地層中，凝結(jié)時(shí)間可以自由調(diào)節(jié)，并且可以實(shí)行復(fù)合注入施工。

3.漿液選擇

注漿主要以加固止水為目的，對注漿材料有如下要求：1）其特性對地下水而言，不易溶解;2）對不同地層，凝結(jié)時(shí)間可調(diào)節(jié);3）高強(qiáng)度、止水。

根據(jù)工程特點(diǎn)及類似工程經(jīng)驗(yàn)，由土質(zhì)與注入形態(tài)的關(guān)系圖，選定對應(yīng)的漿液。但是，當(dāng)注入目的是為了防滲的情況下，也可注溶液型漿液。本次注漿先注入改性水玻璃漿液（A、B溶液）止水，然后注入水泥-水玻璃液漿（A、C懸濁液）加固，通過漿液在土層中的滲透和劈裂注入，增加地層的內(nèi)聚力，填充空洞，起到止水、加固地層的作用。

注漿時(shí)，將根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整配合比，必要時(shí)將選用超細(xì)水泥材料（滿足加固強(qiáng)度，及粉細(xì)砂層滲透要求）并適當(dāng)加入特種材料以增加可灌性和堵水性提高加固效果。

4.注漿參數(shù)

5.注漿量計(jì)算

按公式Q=πR2Lnαβ計(jì)算，加固長度10米計(jì)

根據(jù)巖土工程勘測資料分析，并結(jié)合類似工程注漿數(shù)據(jù)，為提高注漿止水的效果，提高土體密實(shí)度。

綜合以上情況，取注入率為25%（含損失率）。

注：可根據(jù)實(shí)際注入來計(jì)量。

單孔漿液注入量：Q=3.14×0.82×10×0.3×25%×1.2=1.8m3

五、注漿施工工藝

1.施工控制原則

1.1注漿材料的選擇以有利于漿液擴(kuò)散及保證加固土體的固結(jié)強(qiáng)度，確保上部管線的安全為原則。

1.2膠凝時(shí)間的控制，先序孔快，后序孔慢，有利于漿液在有效區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)散。

1.3注漿壓力控制原則，先控量，后控壓，即先序孔以定量為先決，后序孔以壓力控制為先決。

1.4隔孔跳孔施工，互為檢查孔原則，即后序孔施工時(shí)，通過鉆孔情況，判定先序孔注漿效果，為合理調(diào)整漿液配比及選擇漿液類型提供科學(xué)依據(jù)。

2.注漿系統(tǒng)及施工設(shè)備

2.1根據(jù)現(xiàn)場條件及注漿特點(diǎn)選用雙液注漿系統(tǒng)，如下圖示意，

2.2施工設(shè)備

3.施工操作

布孔→鉆機(jī)就位→鉆孔（定位觀測）→配漿→注漿→拔管洗管→檢驗(yàn)開挖

3.1注漿管成孔

采用跳孔法成孔，成孔向外傾斜8°，成孔深14m。

3.2注漿

注漿按約束～開放型注漿順序進(jìn)行施工，即首先將群孔的周圈進(jìn)行注漿，從而達(dá)到約束的目的，以防止?jié){液擴(kuò)散過遠(yuǎn)，其次采取開放型注漿由一側(cè)向另一側(cè)平行推進(jìn)，以達(dá)到排水固結(jié)的目的。

4.注漿注意事項(xiàng)

4.1注漿開始前，應(yīng)進(jìn)行壓水或壓稀漿試驗(yàn)試驗(yàn)，檢驗(yàn)管路的密封性和地層的吸漿情況，壓水試驗(yàn)壓力不小于設(shè)計(jì)終壓，時(shí)間不小于5min;

4.2注漿過程中，要經(jīng)常觀察工作面及管口情況，發(fā)現(xiàn)漏漿或串漿要及時(shí)封堵;

4.3雙漿液注漿時(shí)每隔5min或變更檢驗(yàn)配比時(shí)，要在孔口測量漿液膠凝時(shí)間，并根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整;

4.4注漿過程要做好注漿記錄，每隔5min詳細(xì)記錄壓力、流量、膠凝時(shí)間等，為防止串漿發(fā)生，注漿時(shí)應(yīng)采取隔孔注漿的順序進(jìn)行;

5.注漿效果檢測

5.1單根注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當(dāng)壓力達(dá)到注漿終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%以上，可結(jié)束該孔注漿;注漿壓力未能達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量，并無漏漿現(xiàn)象，亦可結(jié)束該孔注漿;

5.2本循環(huán)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無漏注現(xiàn)象，即可結(jié)束本循環(huán)注漿;

5.3注漿施工結(jié)束后，通過注漿體內(nèi)鉆孔，用壓水、注水或抽水等辦法測定地基的流量及滲透系數(shù)，不合格者需進(jìn)行補(bǔ)充注漿。檢查孔的數(shù)目約為總注漿孔數(shù)的5～10%，布孔的重點(diǎn)是地質(zhì)條件不好的地段以及注漿質(zhì)量較差或有疑問的部位。5.4通過鉆孔，從注漿體內(nèi)取出原狀樣品，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行必要的試驗(yàn)研究。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，通過這類檢測可得出下述幾項(xiàng)重要的物理力學(xué)性能指標(biāo)，據(jù)此能對注漿效果作出比較確切的評價(jià)：

①樣品的密度;

②結(jié)石的性質(zhì);

③漿液充填率及剩余孔隙率;

④無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度;

⑤滲透性及長期滲流穩(wěn)定性;

為確認(rèn)注漿效果，采取對注漿過程分析，注漿后鉆檢查孔及雷達(dá)檢測3種方法進(jìn)行檢查。

5.5特殊情況處理

在注漿施工時(shí)常見的特殊情況有：串漿、冒漿和漏失等，在施工時(shí)必須考慮到這些情況的發(fā)生，并及時(shí)進(jìn)行處理。

5.5.1串漿：即漿液從其它的鉆孔中流出。主要原因是暗穴當(dāng)中縫隙的連通性比較好，使注漿孔相互間接或直接地連通，形成串漿通路。發(fā)現(xiàn)串漿時(shí)可以采取間歇法注漿或注入適量的水玻璃，減少水泥漿液的浪費(fèi)。

5.5.2地表冒漿：地表冒漿時(shí)會使注漿壓力下降，浪費(fèi)水泥漿液，因而注漿時(shí)應(yīng)多觀察，在發(fā)生冒漿處應(yīng)及時(shí)處理。處理地表冒漿時(shí)工藝上要求采用低壓甚至自流式注漿，必要時(shí)可加入砂或水玻璃，待冒漿通路阻塞后再逐步提高注漿壓力，按正常規(guī)定進(jìn)行注漿。也可以采用間歇注漿法處理。

5.5.3孔口返漿：孔口返漿是由于注漿段與止?jié){套管以上的孔隙段間存在裂隙或因套管封密不嚴(yán)，注漿時(shí)漿液在壓力作用下從孔口返出。產(chǎn)生孔口返漿時(shí)可以采用間歇注漿，提高漿液深度等方法進(jìn)行處理?？卓陂g返漿時(shí)，可在套管間纏麻封堵。

5.5.4大量漏漿：大量漏漿是在空隙較為發(fā)育，連通性又好，在砂料填充不密實(shí)時(shí)發(fā)生的一種現(xiàn)象。表現(xiàn)為漿液壓力很低甚至漿液自流。在發(fā)生大量漏漿時(shí)可以增大漿液濃度，為了降低漿液的流動性可以提高漿液的濃度同時(shí)摻加粗骨料，限制漿液的擴(kuò)散范圍，待單位吸漿量降低一定的程度后，再逐漸升壓;限制進(jìn)漿量也是一種較好的方法，在采用濃漿的同時(shí)，將進(jìn)漿量限制為20 -40L/min，待進(jìn)漿量明顯下降后逐步升壓，如此反復(fù)注漿;間歇注漿，采取連續(xù)注漿一定時(shí)間后，暫停注漿，待漿液凝結(jié)一段時(shí)間之后，再進(jìn)行注漿;還可以在漿液中加入一定的速凝劑，必要時(shí)可以加入水玻璃，進(jìn)行快速堵漏。

六、真空泵引水措施

針對上述地段，施工過程中盡量做到少擾動圍巖，盡快施做初期支護(hù)，加強(qiáng)監(jiān)控量測和反饋，并使斷面及早閉合，形成施工的良性循環(huán)，同時(shí)為提高注漿效果，隧道內(nèi)采取真空泵引水措施，通過真空泵將隧道透鏡體中的殘留水及由于注漿封閉在圖層中的水傾泄下來，避免由于土層含水量過大無處傾瀉，產(chǎn)生沙涌現(xiàn)像，威脅施工安全，

1.洞內(nèi)引水

在隧道橫斷面兩側(cè)，拱腳和底腳各設(shè)置1排。利用高壓水沖孔，安裝φ48的濾水管，采用透明塑料管，前段0.5米范圍打孔，外包鋼絲密網(wǎng)，后端接真空抽水。底腳部位引水管敷設(shè)傾角斜向下10°～24°之間。隨開挖隨不斷向前延伸引水管，將水位盡量控制在地板結(jié)構(gòu)以下，便于開挖。

七、結(jié)束語

朝陽路熱力管線工程施工環(huán)境復(fù)雜，工程水文地質(zhì)條件差，不可遇見因素多，針對復(fù)雜工水文地質(zhì)條件，首次在隧道開挖過程中采取洞內(nèi)真空泵引水結(jié)合雙液注漿加固措施，并通過施工實(shí)踐取得良好效果，為類似工程增加了施工技術(shù)儲備，積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

（作者單位：北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司）