TBM穿越古河沟高压旋喷施工方案

2017-04-07李春艳

山西水利 2017年1期

关键词：河沟卵石掌子面

李春艳

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

TBM穿越古河沟高压旋喷施工方案

李春艳

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

高压旋喷是加固围岩的一种重要方法，山西某输水隧洞采用TBM施工，遇到古河沟砂卵石地层。在分析该段地质情况的基础上，参照类似工程施工经验，通过采用高压旋喷技术，对该砂卵石地层进行了有效加固，从而确保TBM顺利通过该不良地质洞段。

TBM；古河沟；砂卵石；高压旋喷；加固

1 工程概况

山西省某输水隧洞为无压输水隧洞，纵坡1/2 700，为圆形断面（开挖直径4.16 m，衬砌后直径3.0 m），采用TBM（全断面掘进机）施工、预制C45钢筋混凝土管片衬砌，管片与围岩之间的空隙，用豆砾石充填并进行回填灌浆。

TBM掘进至某古河沟时，刀盘顶部右侧出现砂卵石层，掌子面显示厚度从0.8 m增大至1.5 m，并出现大量涌水，涌水量由144 m3/h增至250 m3/h，刀盘内发现大量泥沙，底部主推油缸被泥沙全部覆盖。为确保工程安全，TBM停止掘进。经地质钻孔资料分析，该古河沟长约400 m，埋深约30 m，砂卵石层厚32~34 m，洞顶以上有1~2 m的泥岩层，其上为砂卵石层，水位高程位于洞顶高程以上约10 m。

2 施工安排

2.1 地质情况

TBM停止掘进后，施工单位补充了地质探孔，分析探孔资料结果为：TBM停机桩号洞顶以下岩层厚度约1.5 m、掌子面右侧部位砂卵石层厚度约2.0 m；距停机桩号前方6.60 m处，洞顶以下岩层厚度约0.33 m、掌子面右侧部位砂卵石层厚度约34.8 m、水位线埋深22.1 m；距停机桩号前方8.0 m处，洞身基本为岩石，但其上部围岩较薄；距停机桩号前方17.05 m处，洞顶以上岩层厚度约1.46 m、掌子面右侧部位砂卵石层厚度约33.2 m、水位线埋深16.1 m；距停机桩号前方33.0 m处，洞顶以上岩层厚度约2.45 m、掌子面右侧部位砂卵石层厚度约32.4 m、水位线埋深17.5 m。

综上所述，距停机面桩号前方8 m处，洞身开始全部进入基岩面以下，且基岩面呈上升趋势。

2.2 施工方案

根据工程地质情况，参照类似工程施工经验，最终选择可靠性高、可操作性强的高压旋喷方案，从地表对古河沟段进行围岩加固。

本工程旋喷桩施工采用三管法旋喷，为防止旋喷桩施工时由于相邻两桩施工距离太近或间隔时间太短，造成相邻高喷孔施工时串浆，采取分序加密施工，具体施工顺序依据现场实际情况确定。

旋喷桩施工采用XY-150地质钻机和XY-300地质钻机引孔，SH-50型旋喷机作业。

3 施工过程

3.1 加固处理范围及布孔

结合现场实际情况与地质钻孔资料分析，在保证TBM能够顺利通过该古河沟段的前提下，考虑加固方案的经济性及可操作性，拟定地表加固范围为：洞轴线方向，机头掌子面前20.0 m左右，机头掌子面8.0 m，长共28 m。垂直洞轴线方向，机头掌子面前洞壁两侧2.0 m，洞直径4.16 m，宽共8.16 m，从基岩面起至拱顶以上6.0 m；机头范围内洞壁两侧2.0 m，为防止洞壁被击穿，两侧各布置1排孔，拱顶保护层以上6.0 m。

为防止水泥浆液灌入TBM机头部分，掌子面前方及机头上方预留1.0 m保护层。

高喷灌浆孔为垂直孔，按Ⅰ序孔、Ⅱ序孔布置。排距0.7 m，孔距0.7 m，成桩直径0.8 m，外围搭接宽度0.2 m，内部搭接宽度0.1 m。钻孔深度深入基岩0.5 m，孔径108 mm，先导孔取芯。

3.2 灌浆材料

由于加固围岩涌水量大，为保证旋喷浆液凝固速度，选用水泥水玻璃双浆液。水泥选用矿渣硅酸盐32.5水泥，称量误差应小于5%。为保证浆液能够足量渗入预定影响半径内，且防止地下水将浆液过分稀释、冲走，需选定适合的胶凝时间，根据不同水灰比、不同水玻璃浓度浆液胶凝时间试验，最终确定选用浆液水灰比为0.6、水玻璃掺入量为5%。

3.3 作业流程

三管法旋喷是一种水、气喷射、浆液灌注搅拌混合喷射的方法，其加固直径可达600～800 mm。采用三管法旋喷，应先送高压水、再送水泥浆和压缩空气；喷射时先应达到预定的喷射压力、喷浆量后，再逐渐提升注浆管，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100 mm；当达到设计桩顶高度或地面出现溢浆现象时，应立即停止旋喷工作，将旋喷管拔出并清洗管路。

3.4 质量控制

钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10 mm以内，钻孔垂直度误差小于0.3%。钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常，校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。钻机施工前，先在地面进行试喷，钻孔机械试运转正常后开始引孔钻进。钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度准确。钻孔时，为保证不易塌孔，选用亲水性好、分散性高、稳定性、粘着性及可塑性强的黏土或膨润土进行制浆护壁。

引孔至设计深度后，拔出岩芯管，并换上喷射注浆管插入预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，要边射水边插管，水压不得超过1 MPa，以免压力过高，将孔壁射穿，高压水喷嘴用塑料布包裹，以防泥土进入管内。

当喷射注浆管插入设计深度后，接通泥浆泵，然后由下向上旋喷，同时将泥浆清理排出。喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆后再逐渐提升旋喷管，以防扭断旋喷管。为保证桩底端质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转10 s左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升。钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断，钻机发生故障时，应停止提升钻杆和旋转，以防断桩，并立即检修排除故障。为提高桩底端质量，在桩底部1.0 m范围内适当增加钻杆喷浆旋喷时间。旋喷提升过程中，可根据不同的土层调整旋喷参数。

旋喷提升到设计桩顶标高时停止旋喷，提升钻头出孔口，清洗注浆泵及输送管道，然后将钻机移位。

3.5 成桩检查及后续掘进效果

为了检查高压旋喷施工效果，在高压喷射注浆结束后7 d后，对所加固区域进行钻孔取芯检查（在每根检测桩桩径方向1/4处、桩长范围内取芯），并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度，并取上、中、下不同深度的3个试样做无侧限抗压强度试验及抗渗能力试验。

从所取芯样试验结果看，水泥浆液与砂卵石拌合均匀且较密实，抗压强度及抗渗均满足规范要求，说明此次高压旋喷效果较为理想。