超前小导管注浆在浅埋暗挖粉细砂地层中的应用

2018-03-27孙雪娜

四川水泥 2018年3期

关键词：pH值水玻璃水泥浆

孙雪娜

（中铁建大桥工程局集团建筑工程有限公司，天津 300300）

1 工程概况

南水北调配套工程南干渠工程位于北京市南部地区，工程起点位于丰台区卢沟桥地区老庄子乡，沿五环路向南转向东，终点到亦庄水厂调节池，全长27.282km。

北京市南水北调配套工程南干渠工程第七标段位于北京市西南五环狼垡西桥以南100米，为双线输水隧洞，其开挖断面为Ф4600mm圆形断面，采用浅埋暗挖法施工复合式衬砌。隧洞结构断面见图1所示。

图1 隧洞结构断面

2 工程地质状况

本工程地质结构为粘、砂、砾（卵）多元结构Ⅱ段。

地表覆盖有人工填土层，主要分布在建筑区、铁路附近，含砖块、砾石，疏松、厚度不均，一般0.7～1.8m。其下上部为粘土层，以粉土为主夹粉质粘土层，厚度一般为1.0～2.3m。粉土、粉质粘土一般以中压缩性为主，局部高压缩性，工程地质特性较好。其下为细砂层，厚一般4.2～9m，其间夹厚度1.2～4.3m不等的粘性土透镜体。中细砂含少量细砾，矿物成分以石英、长石为主，含少量云母及暗色矿物，呈稍密～中密～密实状态，属较透水层。下部为厚层圆砾及卵石层，未被钻孔揭穿。圆砾、卵石呈杂色，磨圆度较好，成分以岩浆岩为主，结构呈中密，具强透水性，卵石粒径一般2m～8cm，卵石含量一般在70%以上，局部夹有漂石。

3 施工过程

3.1 小导管加工

依据底层情况和开挖步距要求，超前注浆小导管采用无缝钢管制作，小导管设定长度1.7m，端头1m花管管壁周围打眼，管尖做成锥形，管末端焊φ6环形箍筋，详见小导管加工示意图。

小导管加工示意图

3.2 小导管打设

暗挖采用正台阶法施工，分上、下台阶两步进行，预留核心土，待上台阶开挖及支护结束后，进行下台阶的开挖、支护。在粉细砂地层中超前小导管采用高压风引孔插入，沿拱部环向布设，注改性水玻璃浆液或双液浆。

小导管注浆工艺流程图

粉细砂层超前小导管施工

3.3 注浆试验室内部分

（1）改性水玻璃浆液配制

注浆原则：对于无水的中砂及粉细砂地层采用改性水玻璃

分别将水玻璃和浓硫酸在容器中稀释，其中根据《地铁暗挖隧道注浆施工技术规程》中改性水玻璃配制中稀释溶液的参考值分别为水玻璃10～20Be＇，硫酸稀释溶液浓度为 18%；本试验中选择硫酸溶液浓度取 18%，并配制 25Be＇、20Be＇和15Be＇三种不同浓度的水玻璃，进行改性水玻璃溶液的配制。

1）将98%浓度的浓硫酸稀释成18%浓度的稀硫酸

根据总质量配制前后不变原则进行计算后

V硫：V水=1:8.18

2）将40Be＇的水玻璃配制成25Be＇的水玻璃

V水：V40Be＇水玻璃=0.8:1

乙液：浓度98%硫酸稀释为18%

V硫： V水=1:8.18

用波美比重计复测配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求。快速搅拌稀释好的硫酸溶液，缓缓加入配制好的水玻璃溶液边加边用PH试纸测定其PH值，当PH值在3-4之间为宜。以此得出

改性水玻璃配合比：甲液：乙液=3：1

3）将40 Be＇的水玻璃配制成20Be＇的水玻璃

甲液：V水：V40Be＇水玻璃=1.38:1

乙液：V硫：V水=1:8.18

用波美比重计复测配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求。快速搅拌稀释好的硫酸溶液，缓缓加入配制好的水玻璃溶液边加边用PH试纸测定其PH值，当PH值在3～4之间为宜。以此得出

改性水玻璃配合比：甲液：乙液=3.86：1

4）将40 Be＇的水玻璃配制成15Be＇的水玻璃

甲液：V水：V40Be＇水玻璃=2.31:1

乙液：V硫：V水=1:8.18

用波美比重计复测配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求。快速搅拌稀释好的硫酸溶液，缓缓加入配制好的水玻璃溶液边加边用PH试纸测定其PH值，当PH值在3-4之间为宜。以此得出改性水玻璃配合比：甲液：乙液=5.2：1

（2）水泥-水玻璃双液浆

注浆原则：有水的粗砂及砂石地层采用水泥-水玻璃双液浆

水泥水玻璃双液浆：分别配制水泥浆和水玻璃浆，用双液注浆泵压注，在孔口混合的浆液。

水泥浆：水灰比1：1（重量比）

水玻璃浆：35Be＇

双液浆配合比为：水泥浆：水玻璃浆=1:1～1:0.6

本注浆试验取双液浆配合比为：水泥浆：水玻璃浆=1：0.8

实际施工时，根据地层情况及注浆试验调整配比。

水泥浆配制参数

注浆原则：无水的粗砂及砂卵石地层采用单液水泥浆

水泥浆水灰比为1：1

（4）注意事项

1）分别将二种水玻璃稀释溶液逐步加入硫酸溶液中，随加随测定混合液 PH值，并根据试验，测定水玻璃出现明显凝胶沉淀，选择适宜的水玻璃溶液。

2）对PH值由小到大直到临界PH值的各级混合液测定其在空气中的凝结时间。

3）对PH值由小到大直到临界PH值的各级混合液测定其在室内土体样本中的凝结时间。

（5）注浆试验室外部分

根据室内试验的结果，拟选用18%硫酸与20Be＇、 15Be＇水玻璃溶液配制出的改性水玻璃的配合比作为现场单液浆注浆试验。水泥-水玻璃双液浆的配制依据室内试验配合比。

1）改性水玻璃及水泥-水玻璃双液浆浆液配制表（见附表）

附表：改性水玻璃及水泥-水玻璃双液浆浆液配制表

改性水玻璃及水泥-水玻璃双液浆浆液配制表

2）注浆试验的位置：主洞注浆试验选在主洞洞口上2m范围内选择和洞内地质条件相似的地层。

A、在试验部位喷射10cm厚C25混凝土后，打设小导管9根后，再喷射10cm厚混凝土封闭。（小导管布设位置详见附表）

B、以试验室取得的最佳配合比注浆，现场配制浆液。

C、按照注浆终压0.3MPa、0.35MPa 2个等级，进行现场注浆，每等级各3根。

D、统计各终压控制等级下注浆孔位的注浆量并检测其扩散半径。

E、实际现场调制浆液时，与室内试验有所差别。具体试验参数以室外试验部分为准。在现场调制浆液时，使用高压风管放入稀释好的硫酸溶液中进行风搅拌。

F、注浆固结效果

竖井注浆试验固结效果

隧洞开挖注浆固结效果

4 超前小导管注浆技术参数

4.1 注浆工艺参数数据收集

（1）注浆压力一般不大于0.35MPa。

（2）改性水玻璃浆：配合比为硫酸：水玻璃=1∶1.8～1∶2.2，PH=3.1～3.5。

（3）纯水泥浆：原材料为掺入10%微膨胀剂的普通水泥，水灰比0.45～0.6。

（4）水泥-水玻璃双液浆：水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥，水玻璃为35Be'。水泥浆液水灰比为1∶1～1∶1.2；水泥浆液与水玻璃体积比为1∶1。

4.2 注浆结束标准

（1）单根管结束标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐减少，当压力达到注浆终压，注浆量达到设计注浆量的 80%以上，可结束该孔注浆，注浆量未达到设计终压，而达到注浆量亦可结束该孔注浆。

（2）本循环结束标准：所有注浆孔均达到注浆结束标准，即可结束本循环注浆。

小导管选用内径φ25的无缝钢管，根据注浆试验成果：此类粉细砂地层中小导管长 1.7m，横向间距 0.3m，小导管打入最佳角度 25°～30°打入，环向间距0.3m，外露20cm。在遇到粉细砂底层松散度较大，地质状况较差部位，采取双排小导管注浆技术：每排环向间距30cm，（其中南干渠隧洞不良地质段为每榀49根），外插角分别为 15°～20°、30°～45°交错布置能有效固结前方土体，保障开挖安全。