隧道长距离水平灌浆施工方法

刘荟 曹敏

(1.中铁西南科学研究院有限公司,四川成都 611731;2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都 611731)

隧道长距离水平灌浆施工方法

刘荟1曹敏2

(1.中铁西南科学研究院有限公司,四川成都 611731;2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都 611731)

本文作者从实际工作出发对隧道长距离水平灌浆的施工方法进行了阐述。

隧道 水平 灌浆 施工 方法

1 长距离水平二重管双环塞灌浆工法介绍

潜盾隧道长距离水平二重管灌浆工法（图1）是先在工作井连续壁面上,放样出钻孔位置与角度,当孔位配置完成后,再以水平钻机钻孔。在钻孔过程中,会钻过C-E和C-W两口工作井之连续壁和高铁隧道南侧连续壁后,再碰到工作井到达端水平镜面改良区,穿过水平镜面改良区后,才钻至本工程灌浆改良区之设计改良深度,钻孔完成后,再置入可破碎型之灌浆外管进行灌浆。双环塞灌注管,插入灌浆外管进行灌浆的动作,其优点说明如下。

(1)外灌浆管与孔壁间之空隙被封堵材填充,使得浆液得以确实地灌注于灌浆之地层范围内。

(2)地层内孔隙较大及软弱部分,可以分次灌浆处理。第一次灌浆可将较大之孔隙填充,降低土层之透水性,使第二次灌浆得以照预定计划范围均匀渗透。

(3)第二次灌浆浆液其胶凝时间较长,采低压、低流量方式灌注,可渗透到细粒之土层。

(4)灌浆管装置作业与施灌作业分别独立进行,易于管理及确保灌浆成效。

(5)藉由分析作业记录,并施作透水试验,可确保灌浆效果,成效不佳之部份更可进行补灌,以达到预定之成果。

注:1．灌浆外管采用破碎型灌浆外管,以利潜盾机通过,管上每间隔33cm设有孔径5mm×4孔之灌浆孔,孔外以弹性橡胶封环,形成单向阀,在灌浆压力作用下能顺利灌注浆液。

2．连续壁背后之水平镜面灌浆区,每Step灌注约13L(直径约为1m,长约为0．33m之范围灌注5%的注入率),进行第二次注入材检查及补充灌浆(针对压力相对偏低孔位进行补充灌浆,黏土层灌注约CB注入率=5%,砂土层灌注约SL注入率=5%)。

2 施工材料混合方式及种类

本工程使用灌浆液之混合方式,有1．0径式和2．0径式两种方式,在进行CB回填封堵材和改良区之灌浆作业多采用1．0径法,先将浆液搅拌混合好后,再用泵浦灌注至土层,诸如一次灌浆或二次灌浆等都采用此种方式。若进行止水灌浆时,则会采用2．0径法,因为止水灌浆药液的凝结时间只有数秒,因此SL药液之反应剂与水玻璃溶液须先分别拌合后,再于泵浦灌注至灌浆管出口端做混合,其胶凝时间只有三秒。

图1 长距离水平二重管双环塞灌浆工法示意图

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在施作CB灌浆的时候,采用水泥皂土浆(CB),即水泥与皂土的混合液,将CB浆以脉状灌浆的方式灌入土层中,待材料硬化后固结土层。其作用主要是靠CB浆之悬浊粒子填充与挤压土壤孔隙达到改良地盘的效果,CB浆因皂土的作用,使浆液保有相当的黏滞度,因此能以长时间维持流动性,挤压土体并保持着相当的强度。在进行SL止水灌浆的时候,灌浆液由A液与B液组成,A液代表主剂,即水玻璃溶液,B液为硬化剂、反应剂或催化剂;变化两种药液混合比率,可控制药液灌注于地层中的胶凝时间,而在药液于胶凝前,其流动性随时间而降低,同时黏滞度也会随之增大。另外,在止水灌浆的过程中,采用稀释水玻璃溶液加SL浆液之混合液。因为涌砂水时,现场须实时处理,以免造成沉陷量和范围之扩大,因此需采用瞬凝型的止水材料,让灌浆液在灌浆管出口端作混合,以免被涌水冲走。

3 施工材料与配比

本工程施工之灌浆材料、灌浆配比及灌浆量计算方式说明如下:

(1)CB封堵材配比:主要采用悬浊型水泥皂土浆液(CB浆),其目的是为了防止灌浆过程中浆液沿着灌注外管周围与土壤的间隙渗流(表1)。

(2)黏土层与粉土层均以CB浆灌注:第一次灌浆的目的是以挤压或劈裂孔隙较小之土层,进而填充地层中孔隙较大之区域。为避免造成尔后第二次灌浆之困难,其强度配比不可太高,因此,第一次灌浆材的配比同CB封堵材。

(3)黏土层中以CB浆灌注第二次或第三次灌浆材:在黏土层进行第二次或第三次CB灌浆的目的是将悬浊型浆液以劈裂的方式灌入土层,以强制压密土层增加强度(表2)。

(4)粉质砂土层以SL浆液灌注第二次或第三次灌浆材:在粉质砂土层进行第二次或第三次SL灌浆的目的,是让溶液型药液以渗透灌浆的方式渗入土壤之孔隙,以降低土层的透水性,达到止水的效能(表3)。

(5)本工程采用溶液型无机系之硅胶溶液;在地底下之胶凝时间约60分钟,第二次灌浆材料之胶凝时间因受地底温度、一次灌浆材及土质特性等因素之影响,故可以调整配比。

4 结语

本工程采用之水平钻孔二重管双环塞灌浆工法,系以低压的方式灌注于地层中,依照各孔位设计的总灌浆量,控制灌浆泵浦的灌浆速度,在每阶灌浆需灌注该孔位设定灌浆量,亦即采用定量灌浆管理的方式进行灌浆。然而,灌浆压力受地层、灌浆材料、胶凝时间、灌浆方式、灌浆时间及灌浆速度的影响而有变化。因此需在灌浆过程中注意灌浆压力的变化。若灌浆压力过大,可能是灌浆内管之灌注孔没有对准灌浆外管的灌注孔,或是该处之地层特别紧密,导致灌浆压力异常的上升等,因此可调整双环塞灌注管或是改变该阶的灌浆量作调整。

[1]关宝树,编著.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社,2003.