袖阀管压密注浆在浅埋隧道施工中的应用

2011-11-16余朝阳

采矿技术 2011年4期

关键词：洞顶袖阀塌方

余朝阳

(中铁二十三局集团有限公司，四川成都 610031)

袖阀管压密注浆在浅埋隧道施工中的应用

余朝阳

(中铁二十三局集团有限公司，四川成都 610031)

在向莆铁路西城隧道浅埋塌方段施工中，通过袖阀管注浆固结，最后实现盖挖通过，在山岭隧道含水散软弱地层中取得了良好的应用效果，也可为类似工程提供了借鉴。结合地层特性，对袖阀管注浆造孔、注浆及效果进行了介绍。

浅埋隧道;软弱地层;袖阀管;分段注浆;盖挖法

1 工程概况

新建向莆铁路上西城隧道位于江西省东部南丰县境内，设计为单洞双线隧道，隧道进口里程DK210+265，出口里程为DK203+770，全长2505 m，设计时速200 km/h。

隧道洞身穿越3段浅埋段，分别是DK201+630～+660(1#浅埋段)，埋深约5 m;DK201+830～+900(2#谷地浅埋段)，埋深约9 m;DK202+613～+660(3#浅段)，埋深约9 m。

施工至DK201+730时，出现涌泥现象，立即封闭掌子面。对DK201+730～+930段实施补勘，补勘结果表明，该隧道段属浅埋地段，谷地。表层覆盖Q4al+pl粉质黏土，下伏基岩为Za花岗质混合岩，全风化～强风化。洞身主要为全风化层，地下水发育，主要为裂隙潜水，由于下部强风化～弱风化岩层的阻水作用，致使洞身的全风化层处于软至流塑状。

隧道洞身围岩为全风化花岗质混合岩，呈沙土状，地下水较为发育。经试验，土体含水量为29%～35%，土体呈软塑状，个别达到流塑状，属VI级围岩(软土)。

西城隧道本不是向莆线控制性工程，但由于多次通过浅埋断层，以致工期严重损失，成为了全线控制性工程。

隧道设计为单洞双线，有碴轨道，二衬防水等级不小于P8。浅埋段设计建议方案为:浅埋核心为I20a工字钢架，0.6 m/榀，Φ89洞身超前大管棚，开挖工法为双侧壁导坑法;两侧同级影响段超前支护为超前双层小导管，3 m/环;次级影响带超前支护为超前小导管，3 m/环;弱影响带超前支护为超前锚杆，钢架为160格栅钢架，1 m/榀。非核心段开挖工法均为3台阶7步开挖法。

2 确定施工方案

根据工程特点，经研究分析，确定在对塌体洞内实施封闭，在掌子面采取双层小导管超前注浆法固结掌子面周边散体和围岩。洞顶塌方段先采回填压实，然后选择注浆固结。通过对帷幕注浆法、旋喷固结法和袖阀管压密注浆固结法等多种工法进行比较，考虑到此段地层的复杂性和后期地下水对结构的影响，确定在洞顶塌方回填区选择采用袖阀管压密注浆固结法，未塌方浅埋段选择旋喷桩固结法，经固结后，洞内采取盖挖法施工。本文重点介绍袖阀管注浆工艺。

3 袖阀管注浆效果设计

西城隧道2#浅埋段经过袖阀管压密注浆固结后，应实现如下目标:

(1)洞顶取芯，芯样要完整，注浆握裹良好，经压力试验，强度应达到10.5～20 MPa;

(2)洞内打开封闭后，对散体进行试钻，密实性应良好;

(3)开挖过程中，洞顶稳定，不发生掉块塌方，自稳时间应达到或超过Ⅳ级围岩指标，洞顶允许局部有渗滴水，但渗滴水对围岩和支护结构影响较小。

4 方案实施

4.1 封闭掌子面

首先对掌子面塌方体和涌泥封闭，实施止浆墙。从掌子面后退15 m，施工止浆墙，墙厚2 m，高4 m。然后收拢塌体坡面，沿坡面挂网并喷射混凝土。止浆墙布置导向管，采取前进式注浆，逐步固结塌方碴体;配合进前式注浆，在其封闭面实施小导管固结，对洞内塌方散体挤密注浆。碴体注浆完成后，通过平台，对掌子面实施双层超前小导管注浆，超前固结掌子面前方附近围岩，让掌子面全面封闭。掌子面封闭如图1所示。

图1 塌方后封闭掌子面示意

4.2 洞顶塌坑处理

经过对塌方后洞顶勘察，洞顶覆盖层连同植被厚度约24 m，已因塌方形成塌坑，塌坑中心深度约4 m，影响半径约20～40 m，山体大面积开裂。经过设计院补勘，该处地质主要为全风化花岗岩和谷地坡积覆盖，属软弱土层地质，定义为Ⅵ级围岩;地下水发育。因此，洞顶加固处理势在必行，否则洞内掘进难度大。

洞顶塌坑处理方案:清除表土腐植层，修建地表周边截排水沟;对周边坡面进行浅表防水处理，喷以5 cm喷射混凝土，为确保施工期间安全，局部施工土钉;利用周边土体对塌坑回填压实;对回填层至洞顶范围实施土体固结注浆。

4.3 袖阀管注浆方案

4.3.1 方案简述

对洞顶上方DK201+725～DK201+775段实施注浆固结，宽度范围为两侧各20 m，形成50 m×40 m区域，间距为2 m，沿隧道前进方向梅花布置。覆填后，洞顶以上埋深为30 m，确定地表以下6 m范围为不注浆层，其下孔深分3个梯度，24，27，30 m为注浆固结层(见图2)。

图2 袖阀管压密注浆孔布置(单位:cm)

4.3.2 袖阀管注浆参数设定

由于向莆线之前未曾取得相关数据，西城隧道周边区域也未曾取得相近数据，因此，选择3根桩作为试验桩，通过试验来确定注浆参数。编号为试验1#桩、试验2#桩、试验3#桩，位于隧道靠施工便道侧。3根试验桩呈三角形布置，扩散圆咬合半径设定为1.25 m。采取3孔交替换节换孔注浆试验，注浆使用水泥为 P.O42.5普通硅酸盐水泥，W/C=1/2，减水剂2%，稠度45～60 s。根据试验确定的注浆参数如下:

(1)钻孔泥浆比重选择为1.2～1.3;

(2)套壳料配置比重为1.2～1.4;

(3) 注浆压力2.5～3.5 MPa，注浆速率10～20 L/min;

(4)扩散半径1.3～1.5 m，浆液初凝时间84～120 min，终凝时间为 3.5～5.2 h;

(5)由低到高、奇偶错开、先中间后两边的顺序注浆;

(6)选择节长30 cm的袖阀管;

(7)注浆中发生故障或注浆记录显示明显异常，应停止注浆，并洗管后进行分析排除;

(8)注浆7 d后，取芯测试，强度可达到18～29 MPa。

4.3.3 袖阀管压密注浆施工工艺

施工工艺流程:钻机定位加固→钻孔→调配泥浆护壁→取钻→下套壳料置换泥浆→下袖阀管(袖阀管安装→封底口→下管)→下锌管(注浆头、管路连接)→水泥浆配置→开注浆机→吸浆、第1节注浆→第1节注浆结束、按步距提管→洗管(注浆过程中故障识别和排除、或停止/结束注浆)→确认第1节注浆合格→第2节注浆开始(第1节注浆的步骤)→单孔注浆结束、洗管收机。

采取枕木支垫和调平钻机，枕木应埋置于土层中不小于10 cm。因为设计预设扩散半径为1.25 m，扩散半径试验数据为1.30～1.50 m，因此，钻孔垂直度直接影响注浆是否能够完全咬合，要求钻孔垂直度不得大于1%，且偏差不大于10 cm。

钻孔过程须做钻孔记录，为防止塌孔，全程采取泥浆护壁钻孔。泥浆配置应充分考虑地层特性，泥浆要保证成孔性好，可粘性好，钻具在土层中旋转钻进和出土都能较好成孔，不塌孔。对于粘土质、砂质、卵砾质配比不同。此处选择的配比如下:

(1)砂质地层。选料:水、纯碱、膨润土、降失水剂、悬浮促进剂。配比:水1000 kg∶膨润土45 kg(搅拌均匀)∶2.5～3.0 kg降失水剂(缓慢加入)∶2 kg悬浮促进剂(松散粗砂地层选择此项)。

(2)粘土地层。选料:水、纯碱、膨润土、孔壁稳定剂、表面活性剂。配比:水1000 kg∶膨润土45 kg(搅拌均匀)∶1 L孔壁稳定剂(缓慢加入)(高塑性粘土地层时选用此项)∶加入3.8 L表面活性剂(高塑性粘土地层选择此项)。

(3)卵砾质地层。选料:水、纯碱、膨润土、降失水剂、悬浮促进剂、堵漏材料、堵漏材料(备选)。配比:水1000 kg∶膨润土 35～50 kg(搅拌均匀)∶3.0 kg降失水剂∶3～4 kg悬浮促进剂∶12～25 kg堵漏材料。

套壳料对注浆质量非常重要，套壳料的质量直接影响注浆效果，因此，套壳料须严格配置。袖阀管套壳料的选料为:水泥、土、水，配合比:水泥1∶土1.53 ∶水1.94 或水泥 1∶土 1.50∶水 1.88。套壳料置换护壁泥浆步骤是:泥浆护壁钻孔直至预定深度→在孔内插入无孔眼的钢管→通过此管压入套壳料至孔内泥浆完全被置换→浇注套壳料钢管拔出→将底端封闭的袖阀管压入孔内。

注浆过程中需要根据注浆情况判断是否堵孔，是否发生孔道串浆，并记录注浆压力。如果注浆过程中出现堵管现象，必须马上停止注浆，并洗管排除故障;如发生孔道串浆，应停止注浆，洗管等待先行浆液终凝再试注，如果串浆仍然继续，应判定为地下径流影响，应考虑双液浆先堵水后注浆。

等待换节注浆的时间较长，应多孔交错注浆，换孔时应彻底洗孔。注浆结束，需清理注浆设备，清除废弃注浆液，保护注浆设备，清理施工现场，废物入堆，废水入池。