盧書明，黃建生，余東華，周世勤

雙液注漿技術(shù)在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層中的應(yīng)用

盧書明，黃建生，余東華，周世勤

（中交四航局第五工程有限公司，福建福州350008）

某地鐵區(qū)間3號(hào)豎井橫通道處于花崗巖地層土巖交界面，施工過程由于滲水引發(fā)的突泥、涌水事故頻發(fā)，嚴(yán)重地干擾了施工進(jìn)度。為了解決隧道開挖過程中的滲水問題，采用超長小導(dǎo)管雙液注漿止水技術(shù)方案，結(jié)果表明：該技術(shù)方案可滿足隧道安全施工的要求，保證了3號(hào)豎井橫通道的順利施工。

隧道；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖；注漿；滲水

0 引言

花崗巖地層在福建東南沿海地區(qū)分布廣泛，炎熱多雨的區(qū)域氣候環(huán)境使得巖體風(fēng)化作用強(qiáng)烈，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性大大降低，在富水強(qiáng)風(fēng)化地層中進(jìn)行隧道開挖時(shí)滲水、突泥災(zāi)害頻發(fā)。針對花崗巖地層遇水軟化崩解的特性，在隧道施工過程中經(jīng)常采用超前帷幕預(yù)注漿對其進(jìn)行地層加固或堵水處理[1-3]。然而，研究表明，單液注漿的水泥漿液終凝時(shí)間過長，在一定水壓差動(dòng)水作用下漿液容易流失，跑漿、漏漿情況經(jīng)常發(fā)生，不僅會(huì)造成水泥材料的浪費(fèi)，也達(dá)不到良好的注漿止水效果[4]。而采用雙液注漿時(shí)水泥與水玻璃發(fā)生凝聚反應(yīng)，能在較短時(shí)間內(nèi)形成凝膠體，凝膠體凝固后形成強(qiáng)度較高、水穩(wěn)定性較好的水泥水玻璃結(jié)石體，從而在地層裂隙處形成止水帷幕，達(dá)到注漿止水的目的。

1 工程地質(zhì)條件

地鐵區(qū)間3號(hào)豎井尺寸為長9.0 m，寬7.0 m，高27.9 m，從上到下共設(shè)6道1.0 m寬的腰梁（含冠梁），層間距2.5~7.0 m。橫通道長67.2 m，其中標(biāo)準(zhǔn)段橫通段長39.8 m，寬6.6 m，高7.0 m，加高段長21.4 m，寬6.6 m，高9.0 m，標(biāo)準(zhǔn)段和加高段之間設(shè)6.0 m過渡段[5]（如圖1）。橫通道隧道穿越全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖層與中風(fēng)化、微風(fēng)化巖層交界面處，裂隙水豐富且略具承壓性。根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料[6]，賦存于全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化帶中的裂隙水發(fā)育，全風(fēng)化花崗巖滲透系數(shù)0.25~0.5 m/d，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖滲透系數(shù)1.0~5.0 m/d；風(fēng)化帶除石英外其它礦物基本風(fēng)化為黏土礦物（主要為高嶺土），結(jié)構(gòu)仍可辨，顆粒間結(jié)合力完全喪失，巖體呈礫質(zhì)黏性土或砂質(zhì)黏性土狀，遇水后強(qiáng)度急劇降低，花崗巖殘積土呈灰黃與灰白相雜的花斑色，除石英顆粒外，其它礦物基本風(fēng)化為高嶺土；土中礫石級(jí)顆粒一般占13.7%~30.9%，大多屬砂質(zhì)黏性土，少部分為礫質(zhì)黏性土，為不連續(xù)級(jí)配土。土體遇水后由于親水礦物迅速與水相結(jié)合，形成泥狀物，導(dǎo)致強(qiáng)度急劇降低；在動(dòng)水壓力作用下，細(xì)粒土易流失，使?jié)B透系數(shù)不斷增大，易發(fā)生涌水、突泥事故。

圖1 豎井橫通道縱向剖面圖Fig.1Longitudinal cross section of shaft transverse channel

為了探明掌子面前方的地質(zhì)地層情況，通過地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測（如圖2），橫通道上臺(tái)階探測情況揭示，地質(zhì)雷達(dá)圖像反射信號(hào)清晰可辨，掌子面縱向進(jìn)深0~12 m范圍內(nèi)（即K0+21 m~K0+33 m）異常反射信號(hào)較強(qiáng)，且相位突變明顯，推測該范圍內(nèi)巖體整體較破碎，局部風(fēng)化較強(qiáng)烈；另外，由于繞射、散射現(xiàn)象電磁波能量快速衰減，局部可見能量團(tuán)分布不均勻，推測可能受散體狀花崗巖富含裂隙水影響所致。下臺(tái)階縱向進(jìn)深0~12 m范圍，反射信號(hào)則相對較規(guī)則，波形均勻，無雜亂反射信號(hào)，說明下臺(tái)階圍巖的完整性較好。

花崗巖地層裂隙水對隧道開挖掘進(jìn)施工的干擾大，礫質(zhì)黏土和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖殘積土遇水后強(qiáng)度迅速降低，成稀泥狀、承載力低、掌子面土體自穩(wěn)能力極差，上臺(tái)階開挖過程中多次出現(xiàn)突泥、涌水引起的拱頂塌方事故，造成工期嚴(yán)重滯后，項(xiàng)目部先后采用了多種施工處理方法，包括：井管降水、超前小導(dǎo)管單液注漿、中管棚超前支護(hù)等，但是施工效果都不太理想，經(jīng)現(xiàn)場專家論證，最終決定采用超長小導(dǎo)管雙液注漿止水方案。

圖2 豎井橫通道地質(zhì)雷達(dá)圖像Fig.2Geological radar images of shaft transverse channel

2 設(shè)計(jì)參數(shù)及施工工藝

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

超長小導(dǎo)管雙液注漿采用的注漿管為鍍鋅鋼管，標(biāo)準(zhǔn)鋼管長度為6 m，壁厚1.5 mm，注漿管管壁不開孔。有12 m、9 m及6 m的三種注漿管，分別對隧道縱向12 m距離處采取12 m、9 m、6 m分段加固。上臺(tái)階注漿孔的分布如下：12 m注漿孔10個(gè)，9 m注漿孔8個(gè)，6 m注漿孔6個(gè)（見圖3）。

圖3 上臺(tái)階注漿管布置Fig.3Arrangement of upper stepped grouting pipe

注漿順序必須由長到短，注漿范圍沿輪廓線由外到里。根據(jù)前期的注漿試驗(yàn)，超長小導(dǎo)管雙液注漿在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖土體中的擴(kuò)散半徑大約為1.5~2.0 m，注漿技術(shù)參數(shù)按如下確定：水泥漿水灰比0.75∶1~1∶1；水玻璃濃度25~30°Be′，水玻璃模數(shù)2.6~3.0；水泥漿與水玻璃溶液體積比1∶0.6~ 1∶1。初始階段注漿壓力0.5~1.0 MPa，注漿過程中壓力逐漸增高，流量慢慢減少，當(dāng)壓力升至注漿終壓時(shí)，結(jié)束注漿前再繼續(xù)壓注5 min，直至終壓穩(wěn)定達(dá)到2.0 MPa。漿液凝結(jié)時(shí)間：雙液漿凝結(jié)時(shí)間30~60 s，30 min的強(qiáng)度可達(dá)到1~2 MPa。

2.2 施工工藝流程

注漿施工工藝流程見圖4。

圖4 雙液注漿施工工藝流程Fig.4Construction technology process of double liquid grouting

2.3 小導(dǎo)管安設(shè)的質(zhì)量措施

為保證注漿效果注漿順序必須由長到短，注漿范圍沿輪廓線由外到里。小導(dǎo)管安設(shè)的質(zhì)量措施：1）鉆孔位置嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)要求及鉆孔外斜角度10°~15°，保證注漿加固的范圍。2）鉆孔完畢后必須立刻植入注漿管，避免出現(xiàn)塌孔，造成孔深無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求而造成返工。3）植入小導(dǎo)管時(shí)要一邊植入，一邊向小導(dǎo)管內(nèi)注入清水，這樣有利于清理鉆孔同時(shí)避免小導(dǎo)管發(fā)生堵塞。

2.4 單孔注漿結(jié)束條件

單孔注漿結(jié)束條件主要通過觀測注漿泵的壓力來確定。注漿過程中壓力逐漸增高，流量慢慢減少，當(dāng)壓力升至注漿終壓時(shí)，結(jié)束注漿前再繼續(xù)壓注5 min，直至終穩(wěn)定壓達(dá)到2.0 MPa。

3 注漿后止水效果分析

3.1 鉆孔檢查情況

超長小導(dǎo)管雙液注漿后，滲水量明顯減小，堵水效果特別明顯，再?zèng)]有出現(xiàn)涌水、突泥事故。散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層富含裂隙水，K0+21 m處斷面注漿前開挖揭露后，掌子面右側(cè)拱部發(fā)生管涌，泄水孔內(nèi)水流夾有黃色泥漿，涌水量為10.0~17.0 m3/h，在滲水作用下，土體成流塑狀，掌子面土體有向外涌出趨勢。超長小導(dǎo)管雙液注漿后，管涌被封堵。在注漿的薄弱區(qū)域進(jìn)行鉆孔檢查，掌子面左側(cè)、右側(cè)共鉆探2個(gè)檢查孔，鉆孔深度為12.0 m。左側(cè)、右側(cè)兩個(gè)檢查孔鉆探結(jié)束后監(jiān)測的出水量分別為0.15 m3/h、0.22 m3/h，滲水量很小，表明雙液注漿堵水效果非常明顯。對檢查孔再進(jìn)行補(bǔ)充注漿觀察，左側(cè)、右側(cè)2個(gè)檢查孔注漿量很小，分別為0.12 m3和0.16 m3，說明檢查孔區(qū)域強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層裂隙已經(jīng)被前期雙液注漿所充填，注漿后地層的吸漿能力較差。從2個(gè)檢查孔鉆進(jìn)過程中也可以推斷，注漿后鉆進(jìn)速率減慢，說明注漿后強(qiáng)風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度得到提高，整體性變好。根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度測定平均進(jìn)度為3.5 d/循環(huán)，開挖進(jìn)度為28.5 m/月，施工過程中再也沒有發(fā)生產(chǎn)生涌水、突泥坍塌現(xiàn)象，為3號(hào)豎井橫通道的順利施工創(chuàng)造了條件。

3.2 開挖后地層觀察

開挖后觀察地層發(fā)現(xiàn)，掌子面基本無水，漿液主要以劈裂和擠密的形式進(jìn)入散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層，很少以滲透方式進(jìn)入地層。從開挖注漿體剖面上觀察，土體中出現(xiàn)清晰的灰白色水泥結(jié)石體，形成條支狀的脈絡(luò)，劈裂脈結(jié)石體分布多在孔口周邊，并呈現(xiàn)不均勻分布。在掌子面前方12.0 m的范圍內(nèi)，漿液在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層中主要以脈狀分布為主，既有10 mm多的粗大漿脈，也有0.3 mm左右的細(xì)小漿脈。漿液沿鉆孔周圍形成塊狀，并向周圍擴(kuò)散，在漿液擴(kuò)散半徑內(nèi)1.5~2.0 m區(qū)域內(nèi)形成相互聯(lián)系的網(wǎng)狀漿脈。劈裂和擠密的通道主要位于層間接觸面和風(fēng)化節(jié)理裂隙面，在一定壓力下，漿液擠密土體，降低地層的孔隙率；同時(shí)對土體進(jìn)行劈裂，形成相互交叉的漿脈，從而提高地層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由于散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖裂隙較發(fā)育，雙液注漿主要通過凝膠作用來封堵滲水通道，有效避免了在一定水壓差動(dòng)水作用下單液注漿時(shí)漿液被水流沖走流失的現(xiàn)象。凝膠體凝固后形成強(qiáng)度較高、水穩(wěn)定性較好的水泥結(jié)石體，從而起到止水帷幕的作用，保證了封堵裂隙水的良好效果。注漿后地層滲水顯著降低，土體的自穩(wěn)能力明顯提高，保證了隧道開挖的安全施工。

4 結(jié)語

1）散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層裂隙較發(fā)育，滲水主要是裂隙水，超長小導(dǎo)管雙液注漿止水效果特別明顯。注漿前涌水量為10.0~17.0 m3/h，注漿后出水量為0.15~0.22 m3/h，施工過程中未發(fā)生涌水、突泥坍塌現(xiàn)象。

2）超長小導(dǎo)管雙液注漿時(shí)漿液能在較短時(shí)間內(nèi)形成凝膠體，有效避免了在一定水壓差動(dòng)水作用下漿液的流失，凝膠體凝固后形成強(qiáng)度較高、水穩(wěn)定性較好的水泥結(jié)石體，從而起到止水帷幕的作用。

3）雙液注漿時(shí)漿液主要以劈裂和擠密的形式進(jìn)入散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層，注漿后地層滲水明顯降低，土體自穩(wěn)能力明顯提高，保證了隧道開挖的安全施工。

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Application of double fluid grouting technique in strongly weathered granite strata

LU Shu-ming,HUANG Jian-sheng,YU Dong-hua,ZHOU Shi-qin
（The Fifth Engineering Co.,Ltd.of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Fuzhou,Fujian 350008,China）

No.3 vertical shaft cross channel in a subway is at the interface of the granite formation,sudden mud or water gushing accident happened frequently due to water seepage during construction process,which seriously interfered with progress of construction.In order to solve the seepage problem during tunnel excavation,we adopted the technical scheme of super long small-pipe deep hole double liquid grouting.The results show that this scheme can meet the requirements of tunnel safety construction and can ensure the smooth construction of No.3 vertical shaft cross channel.

tunnel;strong weathered granite;grouting;seepage

U455.49

B

2095-7874（2017）08-0082-03

10.7640/zggwjs201708019

2017-04-11

2017-06-05

盧書明（1973—），男，安徽滁州人，碩士，高級(jí)工程師，總經(jīng)理，從事工程技術(shù)管理工作。E-mail：lshuming@cccc4.com