浅谈长沙营盘路湘江隧道地表加固施工技术

魏 祥

1 工程概况

长沙市营盘路湘江隧道位于橘子洲大桥与银盘岭大桥之间,东起营盘路蔡锷路口,西至咸嘉湖路,设计为暗挖过江隧道。东岸主线陆域暗挖段及C,D匝道暗挖段隧道范围内为软弱围岩,土体结构(胶结性)及渗水性未能满足开挖条件,为确保施工安全和暗挖顺利通过,需对隧道范围内土体进行止水补强加固,加固范围包括主线营盘路陆域暗挖段和C,D匝道暗挖段。

2 工程地质、水文地质条件

2.1 地质条件

加固范围内地质情况自上而下依次为:①杂填土。灰色、褐色、褐黄色,干～湿,松散状,物质构成以建筑垃圾及生活垃圾为主,混黏性土,局部以黏性土成分为主,具高压缩性,软硬不均,工程性状差,堆填时间在10年以上。②素填土。褐黄色,湿,黏性土成分为主,软可塑状,局部充填较多生活垃圾或腐生物等有机质,具高压缩性,工程性状差,堆填时间较短。③淤泥(淤泥质土)。褐灰色、灰黑色,软可塑～流塑状,局部充填较多生活垃圾或腐生物等有机质,具高压缩性,工程性状差。④粉质黏土。褐灰色,软可塑状,含黑色铁锰质氧化物。捻面较光滑,无摇振反应,干强度低,韧性低。⑤粉细砂。褐黄色,湿,松散～稍密状,成分为石英质,含云母,黏土充填。⑥圆砾。褐黄色,饱和,中密状。圆砾含量60%以上,成分以石英质为主,磨圆度较好,一般粒径0.20 cm～2 cm。混卵石20%以上,粒径为4 cm～6 cm,中粗砂充填。⑦全风化板岩。为极软岩,岩体破碎,风化强烈,结构为疏松的砂土状、角砾状、碎裂状,呈散体状结构。岩芯多为岩屑、岩粉、碎石状,少量的块状、短柱状。⑧强风化板岩。褐黄色、灰绿色、黄黑色、灰色,为极软岩,节理裂隙很发育,岩芯呈碎裂状、碎块状,用手折可断,岩体基本质量等级为Ⅴ类。

2.2 水文地质情况

根据钻探揭露,按地下水埋藏条件,场地内地下水可分为孔隙水及基岩裂隙水两种类型。

3 加固方案及施工部署

3.1 加固方案

根据该处地勘资料和地质情况,同时在长沙市湘江劳动路隧道曾进行过地面袖阀管注浆试验。

在试验段进行的监测表明,注浆后地面沉降变形较小,对管线的影响不大。由于拟加固地层和试验地层基本相似,因此建议长沙市营盘路湘江隧道地面采用袖阀管注浆进行加固处理。

3.2 施工工艺流程

施工工艺流程为:施工准备→探管线→放样孔位→钻机及注浆机进场→建循环泥浆池→钻孔→成孔→清孔→下注浆管,浆液拌制→分段注浆→注浆效果检查→场地清理,原状恢复→施工结束。

3.3 主要施工工序施工方案

3.3.1 施工准备

1)现场准备。a.根据施工机具需要量及进场时间计划,组织施工机械、设备和工具进场,按规定的地点存放,并应进行相应的保养和试运行;b.组织材料进场。2)技术准备。a.原始资料的调查分析,包括调查工程地质、制定各种处理技术措施;b.熟悉和审查图纸;c.编制施工进度计划,编制各项材料进场计划;d.做好三级安全技术交底工作。3)材料准备。根据材料供应计划分批组织进场,按规定地点储放,并做好遮盖保护,同时对各种进场材料进行抽检试验,对不合格的材料坚决不允许进场。

3.3.2 钻孔施工

1)测量放线。a.在掌子面上定出开孔位置里程点,以里程点为钻孔编号,如SK2+443-1。b.在开孔位置上方定出定向点第二点,两点连线即为钻孔方向。2)钻孔。注浆孔设计成孔口径91。钻孔采用泥浆护壁钻进,泥浆采用优质泥浆,以保证钻孔质量和施工进度。钻孔采用三翼钻头钻进,这样有利于准确地探测出松散填土或软弱土层等不利地层。钻孔深度以超过松散填土或软弱土层等不利地层进入强风化地层4 m为宜。

3.4 安装孔口管

孔口管安装采用螺栓固定法,在孔口管距法兰盘端部30 cm～80 cm处缠绕30 cm麻丝两道,安设120 mm孔口管,孔口管长为2 m,孔内放入锚固剂或快凝水泥砂浆,将孔口管顶入孔内。

3.5 套壳料灌注

1)套壳料强度对开环影响很大,强度高不利于开环,强度低虽有利于开环,但容易使浆液向上串冒,套壳料配比需考虑到开环和防止串浆的需要。2)设计套壳料配比为水泥∶黏土∶水=100∶20∶110(重量比),根据配比进行现场试验确定套壳料的龄期,待套壳料有一定强度又易碎时方可进行开环注浆。3)根据配比现场做套壳料试饼,观察试饼1 d～3 d的状况,如2 d时套壳料试饼有一定强度又易碎,第3天可进行开环注浆。4)套壳料灌注在钻孔完成后下入钻杆,采用泵送法进行灌注套壳料,直至孔内泥浆完全被顶出孔外后拔出注浆钻杆。

3.6 下袖筏管

1)袖筏管采用专业厂家生产的袖筏管,管材料为塑料管,管外径为48 mm。2)袖筏管下入孔内时应检查橡皮套的紧固和粘结胶布的状况,下管时要避免橡皮套上下错位,保证橡皮套起到逆止阀门的作用。

3.7 注浆方案

地表袖阀管注浆施工工艺流程见图1。

3.8 补充注浆

当所有钻杆后退出钻孔后,在孔口管开孔端安上注浆三通,进行补充注浆。

3.9 注浆效果检查

1)钻孔取芯法。钻孔取芯是指注浆完成后在注浆区域通过地质钻机钻孔,尽可能完整地从地层内取出岩芯,再根据取芯率、浆液分布及充填状况等指标对注浆效果进行分析评价。2)探槽。从探槽开挖剖面可见:杂填土中呈片状、条带状,与混凝土沥青路面相接处形成硬壳。

4 关键技术及质量保证措施

1)注浆前先进行注浆现场试验,或增设试验段,通过现场试验在实际施工中根据具体情况及时调整注浆参数,以获得较好的注浆加固效果;2)配制浆液严格按照制浆要求按顺序投料,不得随意增减数量;水泥在倒入搅拌桶前捡去其中的水泥纸及包装线等杂物,要在倒入口安装过滤筛;3)水泥浆搅拌好放入储浆桶后,在吸浆过程中要不停地搅动,注意观察,防止浆液离析,影响配比参数;4)注浆泵水泥浆吸浆头安设吸浆笼头,水玻璃吸浆头用纱网包裹,防止大颗粒吸入卡在注浆泵的圆球与胶圈间造成吸浆能力减弱,并间隔一定时间提起吸浆头晃动,防止浆液堵塞吸浆头;5)注浆管路连接完毕后,关闭进浆阀,打开泄压阀先压水检查注浆管路的密闭性,各种连接应牢固,防止高压下脱开伤人;6)注浆开始时,先打开进浆阀,再关闭泄浆阀;注浆结束时,先关闭进浆阀,再打开泄浆阀,待泄压后清洗管路并拆卸注浆管路;7)注浆过程中遇到突然停电时,要立即拆卸下注浆胶管,用高压水冲洗干净管内的浆液,与洞外联系后如停电时间较长时,注浆管全部拆下冲洗,注浆泵也要拆洗,将搅拌机中浆液放入储浆桶后清洗搅拌机;8)注浆过程中,若地层吸浆量很大时,注浆压力长时间不上升,可通过调整浆液配比,缩短浆液凝胶时间,以达到控制注浆范围的目的;9)注浆过程中,如注浆压力突然上升,立即停止注浆泵工作,打开泄浆阀泄压,找明原因后再决定该孔是否继续注浆,如是管路堵塞,则清除故障后继续注浆,如管路未堵塞,接管注浆时仍旧出现压力突然上升,可结束该孔注浆;10)注浆过程中,如发生其他孔串浆,可关闭该串浆孔继续注浆,但若发生频繁时,应加大钻孔与注浆孔的间隔,减少串浆现象;11)注浆过程中,如跑、漏、串浆现象严重时,可通过间歇注浆技术或通过调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵,但若无效时,可暂停该孔注浆,分析原因,采取其他措施;12)注浆过程中,要保持注浆管路畅通,防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断,注浆连接件、注浆变头应经常清洗干净,注浆结束后,一定要清洗管路,以便下一次注浆;13)严格按照设计的段长进行后退注浆,不得任意延长分段长度,必要时可进行重复注浆,以确保注浆质量。

[1] 行建军.隧道洞口段预加固施工技术浅析[J].山西建筑,2008,34(11):330-331.