陳小科

中鐵二十一局集團(tuán)第五工程有限公司 重慶 402160

1 、概述

富水區(qū)回填土成洞條件較差，隧道開挖后，洞頂圍巖難以形成有效壓力拱，隧道挖掘推進(jìn)、襯砌施工難以進(jìn)行，必須配合相應(yīng)的輔助措施方能實(shí)施。同時(shí)，因填土自身的不均勻性，結(jié)構(gòu)松散、架空明顯，隧道掘進(jìn)及襯砌施工中，頂部填土將發(fā)生二次應(yīng)力調(diào)整，繼而產(chǎn)生形變，地下水滲流路徑改變，將帶走新通道范圍填土中的細(xì)顆粒，從而加劇填土變形，嚴(yán)重者可導(dǎo)致地面沉降，甚至發(fā)生坍塌，長(zhǎng)久以來(lái)見諸報(bào)端的多個(gè)地面塌陷均發(fā)生在填土地層中。掌子面超前帷幕注漿配合自進(jìn)管棚及小導(dǎo)管超前注漿可以有效填充填土層中的空隙、固結(jié)土體、封堵地下水滲流路徑，從而提升填土層的自穩(wěn)能力，改善回填土層中的成洞條件，減小隧道的沉降與收斂變形以及對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響，并且提升了隧道施工的安全性。

2 、工程概況

重慶軌道交通10號(hào)線蘭南區(qū)間深填土段隧道位于城市市政道路大石路下方，隧道埋深約為24m～33m，區(qū)段內(nèi)少部分位于巖層內(nèi)，其余大部分洞身位于回填土層中，隧道拱頂填土厚度約為24.1m～32.6m，隧道底板以下填土厚度約為0m～18.5m，區(qū)間采用暗挖法施工。回填土顏色為褐灰色，主要由粘性土夾砂巖、砂質(zhì)泥巖碎塊石組成，碎塊石等骨架顆粒含量20～40%粒徑一般20～400mm，分布于整個(gè)場(chǎng)地，堆填時(shí)間約5-10年不等，該段回填土的設(shè)計(jì)回填密實(shí)度為95%，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的車輛荷載作用以及自然沉降，不受擾動(dòng)的情況下基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是土體顆粒之間沒(méi)有膠結(jié)，強(qiáng)度較低，開挖后會(huì)發(fā)生較大的變形。

場(chǎng)地原為丘陵斜坡地貌，由于后期施工回填，局部地段上覆土層厚度增大，地下水主要賦存于原始地形低洼地段，屬潛水，局部含有上層滯水。動(dòng)態(tài)幅度大，無(wú)統(tǒng)一地下水位，主要由大氣降水及周邊市政管網(wǎng)滲漏補(bǔ)給，水量大小與降水因素關(guān)系密切，地下水通過(guò)巖土界面在有條件的切割區(qū)排往長(zhǎng)江，局部可能會(huì)發(fā)生突泥突水。

本隧道采用全斷面帷幕注漿，注漿范圍為隧道輪廓線外3m，每一循環(huán)注漿長(zhǎng)度為20m，開挖15m，預(yù)留5m作為止?jié){盤。采用帷幕注漿可以將回填土層顆粒間賦存的地下水強(qiáng)迫擠壓出來(lái)，顆粒間空隙以及架空部分充滿漿液，并使其固結(jié)，增加了回填土層顆粒之間的內(nèi)摩擦角，并且使地層粘結(jié)強(qiáng)度及密實(shí)度增加，隧道開挖后可以形成有效的壓力拱，從而提高圍巖的自穩(wěn)能力；另外回填土層顆粒間隙中填充了固結(jié)并且不流動(dòng)的漿液后，大大降低了回填土的透水性，從而在隧道輪廓外側(cè)形成隔水層，起到防止突泥突水、防坍塌的作用。

3 、富水區(qū)填土段隧道超前加固措施

3.1 地下水觀測(cè)

土體中的地下水可以大大減小顆粒間的摩擦力，地下水的流失又改變了填土層本來(lái)的平衡狀態(tài)，因此地下水是影響回填土穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。施工前在隧道左右側(cè)各設(shè)置一個(gè)水位觀測(cè)井，施工過(guò)程中每天定時(shí)使用測(cè)繩觀測(cè)地下水位，根據(jù)地下水位的變化情況以及與暗挖隧道的高程關(guān)系及時(shí)調(diào)整雙液漿配合比。

3.2 帷幕注漿

3.2.1 鉆孔

鉆機(jī)就位：帷幕注漿采用HM90ACY型潛孔鉆機(jī)鉆孔和清孔。測(cè)量員根據(jù)提前計(jì)算好的孔口坐標(biāo)，使用全站儀在掌子面上進(jìn)行孔口放樣，同時(shí)用油漆做好標(biāo)記，并注明孔號(hào)；潛孔鉆機(jī)就位后，根據(jù)掌子面標(biāo)出的孔口位置精確定位鉆頭位置，調(diào)整鉆尾位置，利用電子水平尺精確控制鉆桿豎直角度，根據(jù)鉆桿長(zhǎng)度以及鉆孔的水平角度提前計(jì)算鉆桿尾部與隧道中線之間的距離關(guān)系，使用鋼卷尺進(jìn)行水平角度定位，該方法方便快捷，可完成鉆桿的精確定向。

鉆進(jìn)成孔：開孔時(shí)按照輕加壓、速度慢、給水要多的操作要點(diǎn)施工。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆機(jī)手要密切灌注鉆孔滲水情況，當(dāng)滲水量顯著增大時(shí)，必須立即停鉆觀察，若滲水量在短時(shí)間內(nèi)顯著減小，可繼續(xù)鉆進(jìn)，否則應(yīng)立即加注雙液漿進(jìn)行堵水；鉆進(jìn)過(guò)程中因巖層破碎造成卡鉆時(shí)，嚴(yán)禁強(qiáng)行鉆進(jìn)，應(yīng)立即退出鉆桿，進(jìn)行注漿，漿液固結(jié)后再行鉆進(jìn)。每鉆進(jìn)一段，使用電子水平尺復(fù)核鉆桿角度，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)糾偏。施工過(guò)程中，鉆機(jī)手應(yīng)做好鉆孔記錄，內(nèi)容包括孔號(hào)、孔深、巖性、起訖時(shí)間、出現(xiàn)滲水位置、滲水壓力、滲水量。因回填土內(nèi)空隙較大，鉆孔以及注漿順序均由外向內(nèi)，這樣外環(huán)注漿孔漿液固結(jié)之后能夠?qū){液擴(kuò)散范圍鎖定，從而減少注漿量節(jié)約成本，同一環(huán)注漿孔間隔施工，避免竄漿。

圖1 鉆機(jī)定向

3.2.2 埋設(shè)孔口管

孔口管采用外徑108mm、壁厚5mm的熱軋無(wú)縫鋼管，單根長(zhǎng)度3.0m。安裝前先鉆孔，孔徑不小于110mm，孔深3.0m，掃孔后，孔口管兩端以及中間位置預(yù)先使用土工布進(jìn)行纏繞并采用鐵絲固定，然后使用鉆機(jī)將孔口管頂入，外露30cm左右，然后使用錨固劑再次封堵管壁與孔壁之間的空隙。孔口管主要起連接注漿管和導(dǎo)向作用，因此鉆孔安裝時(shí)必須嚴(yán)格控制外插角度，并且孔口管外露端頭應(yīng)焊接法蘭盤、安裝閥門與注漿管連接。

3.2.3 注漿

（1）注漿材料及配比

隧道內(nèi)作業(yè)空間狹小，并且滲水情況比較嚴(yán)重，無(wú)法存放袋裝水泥，因此本隧道使用散裝水泥，存放在隧道洞口水泥罐內(nèi)，使用改裝的運(yùn)輸車運(yùn)往洞內(nèi)。注漿優(yōu)先采用普通水泥漿液，為加強(qiáng)注漿效果和漿液控制，注漿加固圈范圍內(nèi)外圍1m采用水泥-水玻璃漿液。漿液中水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于R32.5，水泥漿水灰比1:1，雙液漿水泥漿：水玻璃漿液（出廠濃度42，稀釋濃度30～35）1:1。施工前進(jìn)行雙液漿試配，掌握每種配合比漿液的膠凝時(shí)間，選擇適合現(xiàn)場(chǎng)施工的漿液配合比。注漿施工時(shí)，外環(huán)注漿孔宜選用凝膠時(shí)間短的配比限制擴(kuò)散范圍；內(nèi)環(huán)注漿孔宜選用凝膠時(shí)間長(zhǎng)些的配比避免堵管。

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定好的水桶按照配合比在漿液攪拌桶內(nèi)制作兩個(gè)刻度標(biāo)志，漿液制作時(shí)首先加水至第一個(gè)刻度線，然后加水泥至第二個(gè)刻度線，如此可快速制作漿液，并能有效減小施工配合比與理論配合比之間的誤差。

（2）注漿參數(shù)控制

①注漿壓力：注漿壓力一般為靜水壓力的2-3倍，根據(jù)隧道埋深以及地下水位本隧道控制在1.0-1.2MPa之間，注漿終壓為1.5MPa，達(dá)到注漿終壓后需穩(wěn)壓10分鐘，根據(jù)試驗(yàn)段漿液填充效果以及隧道上方原地面的觀察后期將注漿終壓調(diào)整為2.0MPa。

②擴(kuò)散半徑：注漿范圍為隧道開挖輪廓線3m，第一、二、三環(huán)單孔有效擴(kuò)散半徑為1m，第四、五環(huán)單孔有效擴(kuò)散半徑以1.5m。

③注漿設(shè)備：WYB80/80全液壓雙液注漿泵，流量為0～160L/min。

④注漿方式：本隧道采用一次成孔注漿和分段前進(jìn)式注漿兩種方式。鉆孔過(guò)程中單孔滲水量＜0.5L/s并且未出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，就按設(shè)計(jì)孔深一鉆到底，全孔一次壓入注漿；否則應(yīng)采用分段前進(jìn)式注漿，鉆一段注一段，直至終孔。

⑤注漿速度：管路接通之后，注漿應(yīng)連續(xù)作業(yè)，并且安裝標(biāo)定后的流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控注漿速度。注漿過(guò)程中密切灌注滲水量，當(dāng)鉆孔滲水量≥0.5L/s時(shí)，注入速度控制在100-150L/min；當(dāng)滲水量＜0.5L/s，注入速度控制在50-80L/min。

管路接通后注漿前，先進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓水2～5分鐘，檢查掌子面以及孔口管有無(wú)滲漏現(xiàn)象；檢查注漿機(jī)、管路系統(tǒng)、壓力表工作是否正常。

⑥膠凝時(shí)間的控制

水泥漿和水玻璃分別存放在兩個(gè)容器內(nèi)，各連接一個(gè)吸漿頭及注漿管，兩支注漿管在孔口匯合。膠凝時(shí)間通過(guò)調(diào)節(jié)雙缸注漿機(jī)每個(gè)出漿口的流量，改變水泥漿和水玻璃的注入比例來(lái)控制。施工過(guò)程中，為保證膠凝時(shí)間準(zhǔn)確，每新進(jìn)一批水玻璃或每變換一次配比，需取樣試配，掌握每種配合比的膠凝時(shí)間，根據(jù)設(shè)計(jì)給定的漿液擴(kuò)散半徑以及實(shí)際的地下水情況，本隧道雙液漿膠凝時(shí)間控制在45-50秒之間。施工過(guò)程中應(yīng)在施工部位接取漿液，測(cè)定雙液漿的實(shí)際膠凝時(shí)間，如不能滿足要求，應(yīng)及時(shí)檢查管路或調(diào)整注漿機(jī)出漿口的流量。

⑦注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃{壓力達(dá)到2.0MPa并穩(wěn)壓10分鐘以上，可結(jié)束本孔注漿；或者單孔實(shí)際注漿量接近設(shè)計(jì)注漿量，并且進(jìn)漿量＜20-30 L/min時(shí)也可結(jié)束本孔注漿。

每個(gè)循環(huán)的注漿完成后，采取鉆檢查孔的方法法進(jìn)行驗(yàn)證，檢查孔數(shù)量應(yīng)為總鉆孔數(shù)的3%-5%，且不得小于5孔，因此本隧道選取5個(gè)孔進(jìn)行檢查。其中2個(gè)孔的孔底位于開挖范圍內(nèi)，3個(gè)孔的孔底位于開挖范圍外，檢查孔長(zhǎng)20m，均取芯，用于檢查單孔滲水量以及土體注漿的飽滿程度。檢查孔中若無(wú)涌泥、涌砂、并且不塌孔，另外滲水量小于0.2L/（min.m），即可進(jìn)行后續(xù)施工，否則進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。

3.3 輔助措施

掌子面帷幕完成之后及時(shí)施做自進(jìn)管棚及小導(dǎo)管，自進(jìn)管棚及小導(dǎo)管主要起到“棚架”作用，支擋開挖輪廓線外側(cè)的土體，回填土整體性較差，小導(dǎo)管內(nèi)側(cè)的土體會(huì)隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而脫落，為減小超挖量、提高掌子面作業(yè)的安全性，在不影響鋼架安裝的前提下必須盡量小的減小小導(dǎo)管及自進(jìn)管棚的外插角，并且開挖完成后應(yīng)及時(shí)施做初期支護(hù)封閉圍巖。

4 、加固效果

注漿加固前，鉆孔滲水量為3L/（min.m），帷幕注漿施工完成后，探孔沒(méi)有滲水情況出現(xiàn)，帷幕注漿結(jié)束后的鉆芯取樣以及掌子面開挖情況顯示，檢查孔中無(wú)涌泥、涌砂、不塌孔，巖體注漿比較飽滿，填土及巖層裂隙中漿液填充飽滿，土體致密結(jié)實(shí)。另外監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示，隧道拱頂沉降、地面沉降的累計(jì)值以及變形速率均滿足設(shè)計(jì)文件要求。

圖2 漿液填充效果

因此富水區(qū)回填土段隧道開挖采用帷幕注漿配合小導(dǎo)管及自進(jìn)管棚的超前加固方式，止水效果較好，能夠有效固結(jié)土體，可以有效控制地面沉降以及洞內(nèi)的變形。