豆砾石回填灌浆质量控制初探

马 聘

1 工程概况

新疆大坂隧洞洞线呈东西向布置,隧洞长约30 km,纵坡为1/1 016,弯道半径1 500 m,采用TBM隧洞施工与钻爆法相结合的施工方案。TBM施工的隧洞长约24 km,开挖直径6.79 m,管片衬砌后直径6.0 m,TBM掘进段中,预制管片背后与围岩之间360°范围内,采用复合式回填灌浆(包括两方面的工作内容：1)底拱砂浆回填;2)在两侧、顶拱进行预压豆砾石灌注水泥浆),以实现管片早期的稳定性。

2 TBM施工洞段的地质条件

TBM掘进洞段按地质条件可分为：土洞段(又分有水洞段或无水洞段)、岩石过渡段、岩洞段(又分有水或无水、砂砾岩段和膨胀岩段、含煤段)。

3 豆砾石回填灌浆

豆砾石灌浆孔的布置：通过预制管片安装孔进行,除顶拱为3孔外,其他均为2孔。为了施工中统计方便,按TBM掘进顺时针方向将各孔编号为A—B—C—D—E—F—G—H—I。

3.1 豆砾石回填

豆砾石回填是通过预制管片中安装孔进行的。具体方法如下：第一步直接将连接喷接喷豆砾石管的喷头插入孔中进行,这时会有豆砾石从孔中流出,将其暂时封堵,直到C—G孔进行,这时会有豆砾石从B,H孔流出,将其暂时封堵,直到C与G孔喷不进去为止;第二步分别对D和F孔进行回填,直到喷不进去为止;第三步在滞后D—F孔环左右,开始喷E孔。

3.2 底管片非灌浆孔的封堵

为了实现底管片的早期稳定,管片进行豆砾石回填后,首先对A(I)孔进行砂浆灌注,将搅拌均匀的砂浆放入主机料斗,启动主机将砂浆通过的输送管灌入灌注孔,由于砂浆具有流动性,在灌注时,会有砂浆依次从A(I)3串出,将其用木塞进行封堵,待砂浆初凝后将木塞拔出利用砂浆将孔抹平。为了防止底管片在灌注中的抬动,在灌注中严格控制灌注的压力,最大压力控制在0.5 M Pa内。

3.3 侧、顶管片非灌浆封孔

在TBM后配套的中部,按一定的孔序用特制的CK砂浆将非灌浆孔进行封堵。

3.4 灌浆结束标准

灌浆孔压力达到0.2 MPa～0.3 MPa时,灌浆孔停止吸浆,并继续灌注5 min即可结束。

3.5 灌浆顺序

根据注入浆液在预制管片背后形成的自然坡度,以30.4 m (19环)为一循环进行逐级灌注。以B孔为例来说明灌注的顺序：灌注B1孔时,因B2,B3,B4,B6,B8,B9等孔封堵,需观察孔B4是否出浆,已出浆且浆液由稀变浓时,即可关闭B4孔注浆塞阀门,再次观察B7孔,当B7孔出浆时,关闭注浆塞阀门,按照上述的办法,当B1孔压力达0.2 MPa～0.3 MPa时,停止注浆并保持5 min后,结束B1孔的灌浆,改灌B7孔。假设在灌注B1孔时浆液未从B4孔溢出,在B1孔灌注结束后改灌B4孔。按照上述办法,当B(H)排孔灌浆长度为30 m左右时,改灌D(F)排孔,当D(F)排孔灌浆长度为30 m左右时,改灌E排孔,由于E排孔豆砾石回填较为困难,推断浆液流动性很大,定为间隔5孔灌注一次,依次类推,循环灌注,当起始环灌注完后,进行下一循环灌注。

3.6 质量检查

豆砾石灌浆应进行灌水试验和钻孔取芯检查。压水试验在每200 m段进行4次,在灌浆实施7 d后,按下述规定进行压水试验：1)钻孔直径为48 mm,钻孔底部至岩面的豆砾石灌浆层厚度不小于3 cm。2)在规定压力下,初始10 min内注入量不超过10 L,即为合格,否则,应采取其他措施进行处理。

灌浆28 d后,每200 m洞段由监理指定4个孔进行钻孔取豆砾石水泥灌浆结石芯样,其中3个芯样(芯样直径为50 mm或75 mm)制成长直比1∶1的试件,作抗压强度试验或干容重试验,若标准立方体试件抗压强度大于10 N/mm2即为合格,另一个芯样应取自底部管片,用于观察豆砾石水泥灌浆结石的表观质量。

补灌应在钻孔取样,按照以下措施进行：1)在应补灌的区域内,每三环钻取一个补灌孔,并错落分布。2)先灌注原不合格孔位,再灌注补灌孔。3)单孔压力保持在0.2 MPa～0.3 MPa之间,最大到0.6 MPa,水灰比为0.8∶1,当不吃浆时,在规定压力下保持5 min后,即可结束该孔灌浆。4)补灌28 d后,在补灌位置前后10 m范围内,监理指定位置重新取一断面钻孔取样,直至该段灌浆达到合格标准。

4 回填灌浆不密实原因分析

1)由于TBM掘进速度大于灌浆速度产生脱灌漏灌。2)灌浆人员素质低,闭浆压力没有达到设计要求。3)地质原因,塌方比较严重,回填不进去。4)对于灌浆不合格的部位进行补灌后,取芯结果还是达不到设计要求,其原因为在第一次灌浆过程中由于闭浆压力未达到设计要求和进行满填满灌,但充填介质已占满回填空间,无法进行第二次回填灌浆或第二次回填灌浆吃浆量较少。5)TBM施工以来,豆砾石回填灌浆不能达到理想效果,除地质情况外,豆砾石回填灌浆封闭环没有形成也是原因之一。

5 回填灌浆措施控制探索

本文通过对豆砾石回填不饱满问题的成因综合分析,逐步探索并采取了以下控制措施：1)对灌浆问题监理与施工单位的领导层必须高度重视,提高灌浆人员总体素质,增加技术人员、管理人员,豆砾石回填灌浆必须做好技术交底工作,严格控制配合比,严格回填工艺流程,提高回填技术人员的现场交流能力,指定专人负责灌浆材料供应,保持回填灌浆的连续性。2)回填设备的能力必须满足不同回填方案的实施能力和调整能力,要配备充足的灌浆设备及配件,应将绝大多数灌浆工作在TBM台车上完成。3)对于塌方较为严重的地质洞段,常规的豆砾石回填灌浆方案已不适用,应考虑其他有效办法,可考虑固结灌浆方案,通过不同地质洞段的灌浆试验来确定灌浆范围、技术参数、检查标准。4)对土洞段,泥岩塌方洞段及有水洞段因灌浆母体强度较弱,即便采取了回填灌浆及固结灌浆,很可能仍达不到设计强度,对于以上灌浆结果都无法达到设计要求时,本工程采用封闭环：a.预制管片内预埋钢管。因本工程在豆砾石回填与固结灌浆中,底管片灌浆采用了砂浆灌注的方法,从而根据开挖中实际支护使用的管片型号,提前在管片(侧、顶)预制中预埋化学灌浆管,主管直径为50 mm,支管直径为25 mm,为了在管片预制中水泥浆液流入预埋管内,在管顶加特制的塑料帽,在上述管片出窑后,利用手工钻将管片背后的预埋管制成花管。b.现场试验封闭环经验,Ⅳ类,Ⅴ类围岩以20环～30环为宜,Ⅱ类,Ⅲ类以30环～50环为宜(为确保施工进度和质量,宜利用TBM检修或卡机等停机时间进行封闭的施工和检查)。c.侧、顶管片预埋钢花管,采取的措施有封闭环中灌入水玻璃双液浆,瑞米Ⅰ号化灌材料,并在管片浇筑过程中由钢花管变为PVC管,灌浆量每25环形成一个封闭环,化灌量为180 kg/环,其效果使管片错台较小,管片安装后很快趋于稳定,取芯强度较高,超过设计强度。

6 结语

通过对豆砾石回填灌浆的认真研究分析,豆砾石回填灌浆问题从以下两个方面来考虑：选择合理的施工方案,配备足够的回填设备,提高回填人员素质,保证回填材料供应,保持回填灌浆的连续性;如果以上办法不能解决,只能在施工技术中进行弥补,通过本工程实践来看,设置封闭环应用效果良好,提高了灌浆质量,使豆砾石回填灌浆达到设计要求,提高了施工质量,达到了预期效果。