软弱围岩隧道帷幕注浆施工技术

2015-03-17李文华

铁道勘察 2015年3期

关键词：帷幕浆液围岩

李文华

(中国铁道工程建设协会，北京　100844)

Curtain Grouting Technology of Soft Rock Tunnel

LI Wenhua

软弱围岩隧道帷幕注浆施工技术

李文华

(中国铁道工程建设协会，北京100844)

Curtain Grouting Technology of Soft Rock Tunnel

LI Wenhua

摘要以石长铁路增二线李家冲隧道施工为例，全面阐述全断面帷幕注浆施工技术在软弱围岩隧道断层地质灾害处理中的应用。

关键词断层帷幕注浆施工技术

1工程概况

李家冲隧道位于石长铁路增建第二线站前2标段内。隧道属丘陵区，相对高差39.3 m左右，山坡自然坡度15°～45°，植被发育，生长小树及灌木，山体呈椭圆形。隧道进口前分布有一水塘，水塘长115 m，宽约30 m，水深2.5～3 m，淤泥厚约1 m；隧道洞身处分布有一水塘，水塘长30 m，宽20～30 m，水深2.5～3 m，淤泥厚约1.2 m。隧道及附近的地层主要为第四系覆盖层、燕山期侵入岩和元古界变质岩。洞口段为泥质板岩，全风化，呈土状，夹有少量强风化碎块，易击碎，属于软质岩，遇水易软化坍塌，附近发育的平移断层具导水性，附近水塘水可能会连通，易软化恶化地基或边坡。

隧道开挖至LZXDK2+563时，隧道拱顶出现突水突泥，开挖台车被掩埋，突泥量约5 600 m3。

2治理原则及总体设计

在治理施工过程中，坚持 “探查先行，量测紧跟；先固后挖，稳步推进；疑点必究，及时治理；堵排结合，深部泄压”的治理原则。

针对隧道突泥和塌方情况，采用先探测后注浆、帷幕注浆加固与塌穴塌腔充填相结合的综合治理方案。以新型注浆材料和过程化控制注浆技术为依托，以实时地球物理探测结论和监测信息为依据，应用常规双液浆配合新型可控速凝膏状注浆材料(GT-1)和前进式分段控制注浆技术。帷幕注浆结束后，采用台阶法对帷幕注浆段进行开挖，开挖期间针对帷幕薄弱区补充径向小导管注浆。

3帷幕注浆施工方案

3.1　超前探测

采用地质雷达法、瞬变电磁法、激发极化法等探测前方及周边围岩水文地质条件。对工作面前方50 m范围的含水区进行探测，20 m范围进行精细探测；隧道拱顶15 m范围的含水及塌穴探测；隧道侧壁15 m范围的精细探测和30 m范围的塌穴塌腔探测；对物探盲区和探测异常区设计深部取芯钻孔探测与验证。

3.2　超前帷幕注浆方案

根据探测地质情况，应用多种注浆材料相配合，采用前进式分段控制注浆技术，通过充填、劈裂及挤密等注浆方式，在止浆墙及止浆岩柱防突措施基础上，对ZK2+560～LZXDK2+590破碎带及影响带进行系统帷幕注浆加固，超前帷幕预注浆加固范围为40 m。

(1)止浆墙

根据现场条件，采用单级平面型混凝土止浆墙，材料为C25混凝土，厚度为3 m；周边通过打设径向锚杆与围岩锚固，增强止浆墙稳固性；采用钢管桩对软弱基础进行处理；下部预留排水管，将止浆墙后的涌水集中引排；拱部预留注浆管，以注浆封堵止浆墙拱顶与拱肩部位与围岩体之间的缝隙，确保止浆墙严密，止浆墙背面上部已开挖上导坑采用洞渣及砂浆回填。

(2)注浆钻孔设计

帷幕注浆加固区段分为三个注浆循环进行实施，每个循环划分为A、B、C三个注浆段长，其中A段加固区段为0~10 m，B段加固区段为10~20 m，C段加固区段为20~30 m，加固范围为开挖轮廓线外8 m。全断面帷幕注浆钻孔孔位剖面见图1，超前帷幕预注浆钻孔统计量如表1所示。

图1　全断面帷幕注浆钻孔设计剖面(单位：cm)

循环序号注浆钻孔数量/个孔口管长度/m注浆钻孔进尺量/m复钻长度/m11516183987.9967521516183987.9967531375484690.414830合计439178412666.234180

3.3　注浆材料

根据隧道治理段的水文地质条件和注浆方案，按照不同的注浆技术要求，选用以下注浆材料和注浆技术参数。

(1)普通单液浆采用42.5R普通硅酸盐水泥。初次注浆时，以注浆泵量为指标，随着注浆量的增加且注浆压力逐渐升高后，以注浆压力为主要参考指标。注浆总体原则是先稀后浓、然后再稀的原则。为提高水泥浆的早期强度，适当在水泥浆中加入0.3%~0.5%的三乙醇胺或者食盐。

(2)当注浆过程中浆液扩散远远超过加固范围难以控制时，可以更换注浆材料，即采用水泥-水玻璃双液浆。选用的水玻璃浓度要求在35~42Be之间，模数控制在2.3~3.0之间。为保证双液注浆后胶凝体的结石强度，注浆中水泥水玻璃体积一般比在1∶1~3∶1之间，每次注浆前都要进行双液浆凝固配比试验，以准确掌握水泥-水玻璃浆液的凝固时间和固结体强度，从而保证注浆加固质量。

(3)局部地段采用GT-1浆液。该浆液具有初终凝时间可调、扩散控制性好、动水抗分散、早期强度高、环保无毒等优点。该材料采用双液注浆方式进行灌注，适用于浅层围岩破碎裂隙极度发育，浆液难以留存，达不到注浆效果的条件下。每次注浆前都要进行凝固试验，选取合理的注浆参数，以保证注浆效果和注浆安全。

3.4　注浆工艺

将超前注浆、径向注浆、局部补充注浆方案结合起来，实施分层渐进式精细化控制注浆技术：实行渐进注浆、由外向内、分次加固，逐步达到设计要求；在帷幕注浆过程中采用高压、密孔、多种材料、反复强化的注浆方式，提高注浆压力，增加浆脉数量和宽度，密排布孔，减小注浆盲区；通过对新型速凝注浆材料的配比调节，控制浆液的凝胶固化时间，进而达到控制浆液扩散状态的目的。

3.5　注浆参数

注浆参数主要包括注浆加固圈厚度、注浆结束压力、浆液扩散半径、注浆段距及注浆顺序等。

超前预注浆和径向注浆的加固范围选择如下。

超前预注浆加固范围：B=(2~3)D

超前注浆加固圈厚度为：B1=(B-D)/2。

径向注浆加固圈厚度为：B2=(0.5~1.0)D

式中：D—隧道开挖直径/m。

根据注浆加固圈计算公式，结合隧道工程及水文地质特点及开挖断面大小，选择隧道F2突泥突水断层影响段隧道周边预注浆加固圈厚度为 8 m。为保证注浆效果和注浆安全，采用前进式分段注浆工艺，注浆段距初定为5 m。

注浆结束标准：在满足注浆效果和隧道安全的前提下减少注浆成本，注浆后期注浆结束标准要采用定量定压相结合方式进行控制。注浆前期在注浆压力较小的前提下，主要以增加浆液扩散范围为主，故可适当增加注浆量；当浆液加固范围接近满足注浆结束要求时，要以控制注浆压力为主，进行定量定压注浆。为减少注浆成本，当浆液扩散距离远远超出设计范围时，或注浆压力长时间不上升时，则调整浆液配比，缩短凝胶时间，并采取间歇注浆措施，以控制浆液扩散范围。或注浆压力达到设计终压，且注浆量达到设计注浆量的80%以上，即可结束注浆。

注浆顺序：注浆钻孔原则上先施做短孔，再施做长孔，最后施做检查孔。注浆孔顺序按由外到内，从下往上分三序孔施工。三序孔的设计原则是水平方向上采取跳孔原则：Ⅰ序孔采取跳孔，Ⅱ序孔采取间隔跳孔，Ⅲ序孔为余下孔位。垂直方向上采取隔行跳排原则。检查孔施工顺序：待注浆孔注浆结束后，视现场情况而定。

3.6　注浆效果评价

注浆效果检查是评价注浆加固效果和隧道开挖施工的依据。采用地球物理探测法、参数分析法、检查孔法等方法相结合的多手段综合检查方法。

(1)对收集的注浆施工参数进行理论分析，进行注浆施工P-Q-t曲线分析。在注浆施工过程中，注浆压力和注浆量以P-Q-t曲线表示。图2为注浆施工P-Q-t曲线图例。Ⅰ中P-Q呈正相关趋势，表明存在跑浆通道，浆液在加固圈内存留率低，注浆加固效果较差；Ⅱ中P-Q呈逆相关趋势，即随着压力升高，注浆量逐渐减少，表明浆液逐渐封堵跑浆通道和松散区域，最终满足超前帷幕注浆的加固效果。