探讨高速公路隧道地表深孔注浆施工技术论文_李安森

探讨高速公路隧道地表深孔注浆施工技术论文_李安森

中铁隧道集团三处有限公司

摘要:本文结合工程实例,对高速公路隧道地表深层注浆施工工艺和方法进行了详细探讨,可供同类工程参考。

关键词:高速公路;隧道地表;深层注浆;施工工艺

1、工程概况

广乐高速公路龙归隧道左线原设计里程ZK97+555~ZK98+120(565米),明洞增长后变更后里程ZK97+492~ZK98+130(638米)。龙归隧道右线原设计里程YK97+520~YK98+160(640米),变更后里程YK97+520~YK98+165(645米)。经上级主管部门召开了广乐高速公路韶关段工程技术协调会后,决定采用龙归隧道地表注浆方案。为了加固左右线中夹岩柱,最大限度的使双洞独立受力,同时为了加固右线洞顶围岩以促其形成安全可靠的承载拱,采用Φ108 钢花管进行地表深孔注浆。

2.深层注浆工艺和方法

2.1工艺流程

施工顺序:放线→钻机就位→钻孔→清孔→插入钢管→孔口密封处理→钢花管注浆→补浆→进入钢花管注浆循环→分析评价注浆效果。

2.2钻孔

本次注浆试验钻孔采用了两种成孔方法:一是风动潜孔钻,二是地质钻。风动潜孔钻采用φ130钻头,地质钻采用φ108岩芯管。地质钻成孔速度慢,每台钻机需4~5天才能成一孔;潜孔钻成孔相对较快,一天能成2~3个孔。但潜孔钻遇到漏风、卡钻和吹渣困难(特别是地下水丰富的软岩中)时,需换地质钻成孔。而且在隧道洞顶部位的钻孔,潜孔钻定位偏差相对较大,需地质钻成孔。采用地质钻成孔时,严格按间隔2孔原则钻孔,否则可能由于地质钻循环水渗漏严重,影响隧道安全。

① 测量定位。根据设计测量孔位,孔位允许偏差不大于50mm,在孔位插上竹签,绑上红塑料袋子,并在红袋子上写明孔号和孔深,尤其注意隧道顶上钻孔。

② 修整钻机平台。因山坡地表地势较陡,钻机摆放不下,需用勾机适当修整,才够放得下钻机,并确保施工安全。

③ 钻孔方法。地质钻机钻进时,首先要摆正、垫稳钻机,做好泥浆池,调试浆泵,做好开钻前的准备工作。在类软土地层,开孔时可用三叶钻头或取土器成孔3.0~5.0m,然后换钻头钻进,施工中,在半土半岩地层一般用套钻的方法,即先用合金钻头钻进,遇到较硬的孤石,钻进较慢时就换金刚石钻头,钻过硬的孤石后又换合金钻头;在弱风化地层,则主要用钢砂钻头钻进,虽然钻进速度较慢,但比金刚石钻头和合金钻头成本要低。

用潜孔钻机时,先将钻机由水平方向改装为垂直方向,并用支撑架固定,不得有松动,钻进中要做到“一听、二看、三记录”原则。一听:根据潜孔锤在地层下冲击发出的声音,分析地层情况;二看:根据吹出来的岩尘样,分析岩层的变化情况,决定操作进度快慢,进钻压力大小;三记录:各机台填好机台报表,及时记录钻进时间、回次、钻进深度、漏风卡钻情况、岩层、地质水文情况。

④ 成孔验收。钻孔垂直偏差允许值1%,钻孔到设计深度后,测量深度,并用测绳先试下放一次,确认可以下到设计深度后,开始正式下钢花管。

2.3注浆

注浆分第一次常压注浆和第二次分段劈裂注浆。

注浆前先将水泥从储存区转运至制浆区,同时保证蓄水池要有足够的水。然后按配合比制浆,注浆。注浆量按设计量的1。3~1。5倍控制。

2.3.1一次常压注浆

一次注浆配合比为水泥:水=1:0.45~0.5,从一次常压PVC管注浆,注至空孔冒浆为止,注浆体填充钢管与钻孔间的空隙,钢管内无水泥浆。压力一般为0.2~0.5MPa。

2.3.2二次劈裂注浆

一次常压注浆间隔5~12小时后,当一次注浆体的轴心抗压强度不低于5MPa时,进行二次劈裂注浆。二次劈裂注浆配合比水泥:水=1:0.6~0.8,以钢管作为二次劈裂注浆的注浆管,通过劈裂一次注浆的注浆体,浆体向四周扩散,加固岩体。瞬间劈裂压力一般为2~3MPa。

3 注浆效果分析

1)渗透填充作用

通过水泥浆液的渗透,直接填充了强风化破碎灰岩、砂岩、泥质粉砂岩等较硬质岩体的溶洞、溶槽、溶隙、软岩和土体中的空隙、开挖引起的松动裂缝塌落空洞。

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2)劈裂挤密作用

水泥浆在一定的压力作用下,软岩和土体挤密,在薄弱部位进行劈裂,并延劈裂面渗透浆液。

3)对地下水的抑制作用

通过注浆,堵塞了地下水和远处地下水的补给通道,阻止了地下水向注浆加固区补给;同时,改善了注浆加固区地下水的储存条件。由于岩土体中的裂隙、空隙、溶洞、溶槽、溶隙、松动裂缝、塌落空洞被填堵,阻止了地下水在注浆区的富集。

抑制地下水,既防止了炭质岩、泥质岩和粘性的强度软化,也阻止地下水向隧道洞渗漏,减少了地下水对隧道结构体的直接压力。从而,减小了隧道地质条件的长期恶化。

4.结论

针对龙归隧道建设期发生的历次病害,从地质条件、开挖扰动、地下水作用进行了分析总结;根据试验段现场试验,对地表深层注浆的工艺方法进行总结提炼,对注浆的工程效果进行了分析评价。通过试验提出以下主要结论:

1)龙归隧道地质条件不良是导致隧道病害的内因

龙归隧道穿过地层主要是石炭系测水组地层,岩性由炭质灰岩、炭质页岩、泥质砂岩、砂岩和残积粘性土,岩体破碎褶皱,软硬分布不均,受水后风化速度快,强度易软化。在地形上存在一定偏压。岩体中发育溶洞、溶槽、溶隙、裂隙裂面。在自然状态下,龙归隧道的岩土结构体可概括为软弱破碎体。

2)开挖扰动是导致隧道病害直接外因

在地质不良的山体中,开挖间距33m的双线隧道,引起了大范围的松动变形,其松动破裂角60.3°~66.20°;根据钻孔揭露的异常情况,洞顶以上8~12m为极严重松动区,,12~24m为严重松动区,在此厚度范围内裂缝发育;以上至地表为牵引松动区。而且,左右洞松动范围搭接,隧道变形相互影响。

在松动区产生变形松动裂缝,直至地表,且由于下部塌落形成许多空洞。开挖的直接作用导致建设期发生一系列隧道病害:

①松动区产生地质偏压,和地形偏压共同作用造成隧道偏压侧推,洞体结构开裂错位;

②粉质粘土浅埋段隧道塌方冒顶;

③灰岩溶洞发育部位发生塌方沉陷;

④基础软硬过渡段发生不均匀沉降开裂;

⑤开挖地段引起老滑坡复活,形成了新滑坡;

⑥出口浅埋偏压段发生顶板塌落沉陷。

3)地下水的长期作用构成隧道运营安全的长期隐患

松动区为地下水的补给和密集提供了良好的条件,地下水的长期作用导致松动区岩土体强度软化,和松动区的进一步扩展,地质偏压的问题越来越严重,致使在运营期间可能再次产生:

①隧道偏压侧推力增加,结构开裂错位;

②基础软硬不均匀地段沉降开裂;

③溶洞和空洞继续塌落,踏空区域增大,增加洞体受力;

④大量的地下水不断向松动区密集,隧道渗漏水越来越严重。

4)洞顶地表深层注浆效果明显

通过试验段现场试验,注浆量较大,但浆液都集中在有效加固区内,不存在四处跑浆的异常情况。根据注浆过程现场调查,浆液平面流动范围为,平面顺隧道纵向扩散半径为25-45m,垂直隧道横向扩散半径不足10m。通过注浆控制注浆方法,二次注浆控制在洞底至洞顶以上10m的高度范围内。对这一空间范围内,所有浆液对加固隧道,改善地质条件和围岩体结构都起到了有效作用,不存在浆液浪费现象。

5)提出的地表深层注浆工艺和方法可行

由于注浆区地质破碎、岩性软硬分布不均,溶洞、空洞、裂隙、裂缝发育,加之孔深,成孔技术难度大。通过试验,总结了地质钻结合潜孔钻的成孔工艺和方法,并提出了塌孔、卡钻、掉钻等特殊问题的技术处理方法。通过探索和总结,提出了长大竖向钢花管的制作加工和安装就位的方法和工艺。针对成孔过程中遇到的不同的地层情况,提出三种注浆控制方法:一是,溶洞、空洞区,采用在二次劈裂注浆段顶封孔,封孔以上采用一次封孔注浆,封孔以下采用二次填充注浆;二是,裂隙、裂缝发育地段,注浆量较大时采用了总注浆量控制的方法;三是,二次劈裂注浆出现二次劈裂压力时停止注浆的方法。

以上总结提炼的成孔、钢花管制安、控制注浆工艺和方法有效可行。

参考文献:

[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术,2009,(08):38-61.

论文作者:李安森

论文发表刊物:《基层建设》2015年第35期

论文发表时间:2016/12/6

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