隧洞穿越河流盖板涵式地表注浆技术

2016-08-01宗兆博辽宁省水利水电科学研究院辽宁沈阳110003

东北水利水电 2016年2期

宗兆博（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳 110003）

隧洞穿越河流盖板涵式地表注浆技术

宗兆博
（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳 110003）

［摘要］工程采用水泥单液浆的地面预注浆处治措施。根据实际地形与地质条件，对洞室周边围岩加固采用地面注浆的施工方案。由于注浆范围及钻孔的布设，类似于公路的盖板涵形状，因此将此种地面预注浆方案命名为“盖板涵式”注浆。文中详细介绍了注浆的设计参数、注浆范围及钻孔布设、施工工艺及质量检查的方法及结果等。

［关键词］隧洞；穿越河流；注浆技术

某段隧洞横向穿越浑河，成洞洞径7.28 m，采用钻爆法暗挖通过，隧洞断面为马蹄形，穿越长度为110 m。隧洞洞顶埋深7.9～11.0 m，圆砾层厚约3.2～6.0 m，上覆岩体厚度4.1～6.3 m。洞室围岩岩性为凝灰质砂岩、凝灰岩，以强风化为主，局部为弱风化。为提高围岩强度，降低围岩的通透水性能，改善隧洞成洞效果的作用，进而达到保护水资源、保证工程安全之目的，计划采用水泥单液浆的地面预注浆处治措施。根据实际地形与地质条件，对洞室周边围岩加固采用地面注浆方案、洞内采用管棚施工方案。由于注浆范围及钻孔的布设，类似于公路的盖板涵形状，因此将此种地面预注浆方案命名为“盖板涵式”注浆。

1　注浆设计参数

为了选择适合该段地质条件的最佳浆液配合比、注浆压力等相关参数，通过对前期地质勘探孔提供的地层岩性、岩体完整性、岩体渗透性等数据，采用通过现场试验的方法钻孔进行注浆试验，确定水泥浆液的浓度和钻孔间距。

根据试验效果确定：水泥浆液的标准浓度为2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1（重量比）4个等级。每段灌注的水泥浆初始浓度为2∶1。

地表注浆前，应进行灌浆试验，灌浆试验的的孔位与孔距结合设计的灌浆孔位进行，最终的灌浆压力和浆液水灰比应根据灌浆试验确定。采用分段灌浆的范围第一段灌浆压力不超过1.5 MPa，以后分段不超过0.8 MPa；隧洞洞顶范围内采用一次注浆的灌浆压力不大于0.8 MPa。

2　注浆范围及钻孔布设

2.1注浆范围

注浆范围可根据地质情况、地下水压力大小和隧洞施工方法等因素综合确定。一般来说，注浆加固半径为隧洞开挖半径的2～3倍，当地下水压力过大或在水下施工时，应为隧洞开挖半径的4～6倍。

该段隧洞。开挖半径为9.28 m。由于该段隧洞地下水压力较小，地面注浆方案加固范围为：对隧洞距离隧洞开挖边线左右两侧各3 m范围的围岩进行注浆，注浆孔间距2.5 m，注浆孔布置范围宽度17.5 m，沿隧洞轴线长度84 m。注浆深度范围为：隧洞开挖断面外为隧洞开挖洞底以下3.0 m，隧洞洞顶以上为岩石分界线1.0 m以下的范围。

2.2注浆孔布设

根据注浆试验确定注浆的扩散半径为1.5 m，并通过现场对注浆压力、注入能力和注浆时间等情况确定其孔位布设。注浆时，先行钻孔，钻孔孔径为φ127 mm；孔口管采用φ91 mm的钢管，穿透砂卵砾石层，深入基岩层1～2 m，之后灌浆段下入钢管φ75 mm。

3　施工工艺

3.1钻孔及钻灌工艺

1）布孔。根据标定的高程控制点和桩号，利用全站仪和钢尺定出施工图上钻孔的实际孔位，并做好标记。

2）钻孔。①钻机就位，钻孔位置与设计位置的偏差不得大于10 cm。因故变更孔位时，应征得设计同意。实际孔位应有记录。②钻孔采用300和150型回转式钻机钻孔及潜孔锤钻孔，钻头采用金刚石钻头或硬质合金钻头钻进。灌浆孔的开孔孔径为φ127 mm，孔口管采用φ91 mm，灌浆段采用孔径为φ75 mm，钻孔孔壁应平直完整，孔深符合设计规定。③灌浆钻孔保证孔向准确，钻机安装平正稳固；钻机立轴和孔口管的方向必须垂直；钻进应采用较长的粗径钻具并适当地控制钻进压力。④钻灌浆孔时对岩层、岩性以及孔内各种情况进行详细记录。⑤钻进结束等待灌浆或灌浆结束等待钻进时，孔口均堵盖，妥加保护。

3）钻孔冲洗。钻孔完成以后，及时地将钻孔冲洗干净，孔内沉积厚度不得超过20 cm，并保护好孔口，防止污水流进或异物落入孔内。

3.2制浆与灌浆

1）灌浆材料。灌浆所采用的水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为PO32.5，满足设计要求。水泥进场后由分队妥善保管，不使用受潮结块的水泥；灌浆用水采用河水，各项指标符合要求。

2）制浆。采用分散制浆，水泥采用称量法，浆液搅拌均匀并测定浆液密度。

表3　各种水灰比浆液密度参照表

纯水泥浆液的搅拌时间不少于3 min；配置水泥浆液时，先加水，而后加入水泥。浆液温度应保持在5～40℃之间。

3）灌浆设备和机具。采用400/200搅拌机制浆，其转速和拌和能力与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，能保证均匀、连续地拌制浆液；采用100/6型多缸柱塞式灌浆泵灌浆，其性能与浆液类型、浓度相适应，容许工作压力为4 MPa，大于最大灌浆压力的1.5倍，并有足够的排浆量和稳定的工作性能；灌浆管路为钢丝编织胶管，能够保证浆液流动畅通，并能承受1.5倍的最大灌浆压力；灌浆泵和灌浆孔口处均安设压力表，保证压力在压力表最大标值的1/4～3/4之间。压力表定期进行检定，不使用不合格的和已损坏的压力表；压力表和管路之间应设有乳浆防止器隔浆；灌浆塞具有良好的膨胀性和耐压性能，在最大灌浆压力下能可靠地封闭灌浆孔段，并且易于安装和卸除。所有灌浆设备定期维护保养，保证其正常工作状态，并有备用量。

4）灌浆。灌浆方法和灌浆方式：采用孔口封闭孔内循环灌浆法，射浆管距孔底不大于50 cm；射浆管主要采用钻杆，也可采用1寸塑料管为射浆管。灌浆顺序为由外及内，分序施工，先施工周边孔，再施工内侧孔；分两序孔施工，相邻先序孔施工完即可施工后序孔。采用一次钻孔至底，隧洞开挖线范围外的部分自上而下分段、孔口封闭孔内循环灌浆工艺。开挖范围内（洞顶范围）全孔一次注浆。钻孔灌浆时，灌浆孔段长度依次为4 m、5 m、5 m、2.28 m。灌浆孔各灌浆段，不论透水率大小均应按技术要求进行灌浆。每段灌浆结束后不待凝。孔口管为φ89 mm无缝钢管；孔口管待凝24 h后，方进行第二段的钻孔和灌浆工作。

灌浆压力。灌浆压力为：第一段0.8 MPa，以下各段为0.8～1.2 MPa。

灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。灌浆浆液水灰比采用2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1等4个比级。

灌浆浆液变换：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。当某一比级浆液的注入量已达300 L以上或灌注时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显着，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30 L/min时，根据具体情况越级变浓。灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，立即查明原因，将浆液浓度变回到原来浓度继续灌注。当灌浆压力不变，注入率逐渐减小或注入率不变而灌浆压力逐渐增加时，应按这一浓度继续灌注。

注浆过程中应根据浆液扩散情况、注浆量、注浆压力等参数调整注浆材料和配合比。注浆过程中应做好记录，包括孔位、孔径、孔深、浆液配比、注浆压力、注浆量、串浆等。在规定压力下，灌浆段的吸浆量不大于1 L/min，持续灌注30 min，灌浆即可结束。地面注浆结束后，应将灌浆孔进行回填。

特殊情况处理：

①窜浆。如串浆孔具备灌浆条件，可同时进行灌浆，否则应进行封堵。

②灌浆中断。灌浆应连续进行，如因故中断，应及早恢复灌浆，否则应根据实际情况，对钻孔进行冲洗或扫孔后恢复灌浆；恢复灌浆后的水灰比和灌注压力可采用中断前数值。

③外侧灌浆段注入量大，灌浆难于结束时，应采用限流、限压、限量、间歇灌浆等措施灌注，持续灌注（灰）量可按照0.l～0.2 t/m控制，并报送监理人批准执行。如仍不能解决问题，根据现场参建各方现场确定。

3.3封孔

封孔采用“置换和压力灌浆封孔法”：全孔终孔段灌浆结束后，用灌浆泵向导管内泵入水灰比为0.5∶1的水泥浆，直至孔口返出浓浆为止。

当进行封孔灌浆时的注入量大于1 L/min时，应按正常灌浆过程进行灌浆，直至达到要求的结束条件。