象山隧道注浆堵水施工技术

魏志昌

1 工程概况

1.1 工程地质及水文地质

根据区域地质资料,隧址区位于闽西南坳陷带之龙岩向斜的东翼,政和—大埔大断裂从新祠村附近通过,测区内主要发育北东—北北东向新华夏系—华夏系的次级断裂构造。对隧道施工有影响的断裂主要有:F7,F10,F13,F14,F15,F16,F19,F20,F21断裂,且多次穿越灰岩地层、不同岩性接触带,受复杂地质作用的影响,隧址区地层内构造发育,节理、裂隙发育、连通性好,有较好的地下水渗流通道,隧道施工期间洞内渗、涌水非常普遍。在岩浆岩与沉积岩接触带附近靠沉积岩侧、断层及地层不接触带附近,如果地表有集中水体或较好的汇水条件,施工期间可能发生大量的涌水。

1.2 象山隧道防排水设计

象山隧道防排水设计的主要原则为:1)对与地表存在良好水力联系的1号～2号岩溶区段,4号斜井下穿水库区段的地下水发育、富水的断层及影响带:设计采用“强堵为主,基本不排”的原则,采用全断面超前预注浆、开挖后径向注浆等手段,降低围岩的渗透系数,提高围岩级别,控制地下水流失,减小灾难性后果发生几率。2)除上述地段外,其他地段均采用“防、排、堵、截相结合,因地制宜,综合治理”的原则。3)特殊高压涌水地段采用抗水压衬砌,抗水压为1 MPa～1.5 MPa。

2 象山隧道注浆堵水技术

2.1 注浆设计

根据象山隧道地下水的特点,通过总结,主要采用的注浆方式有超前帷幕注浆、超前周边注浆、局部注浆(顶水注浆或者少量注浆)、径向注浆四种;采用的注浆材料有水泥单液浆、硫铝酸盐水泥、超细水泥和水泥—水玻璃双液浆;注浆压力 0.5 MPa～5.0 MPa。

2.2 注浆材料

1)分类及性能。注浆材料也称浆液,它是注浆成败的基础。根据注浆材料主要成分是否属于颗粒型材料可将注浆材料分为粒状材料和化学材料两大类。粒状材料主要有水泥浆、水泥—水玻璃双液浆、超细水泥浆、超细水泥—水玻璃双液浆、黏土浆、水泥黏土浆、TGRM(HSC浆)等,该类注浆材料具有料源广、成本低、配浆简单、注浆操作工艺方便等特点,使用较为广泛。化学材料主要有水玻璃类、丙烯酰胺类、聚氨酯类、丙烯酸盐类、木质素类、环氧树脂类等,该类注浆材料具有粘度低、易于注入细小的裂隙或孔隙中、可注性强等优点,但由于成本高、对环境有污染、操作工艺较复杂,使用较少。按照注浆工艺要求分为单液浆和双液浆,或者按照使用范围分为普通浆液和特种浆液。理想注浆材料应该满足:可注性、可控性、稳定性、无污染性、耐久性、可操作性、经济性,但是目前还没有任何一种注浆材料能完全达到理想注浆材料的要求,因此要根据象山隧道的水文和地质情况,合理地选择注浆材料或者进行多种注浆材料的组合选择,从而保证取得较好的堵水效果,同时有效控制投资。

2)特种材料的使用。岩溶区全断面注浆工艺相对复杂,其他区段注浆工艺相对简单,因此只对岩溶的特殊情况加以说明,在岩溶地区特种注浆材料的使用:由于在1号,2号斜井前一段时间注浆施工中,出现多个孔长期大量注普通水泥单液浆而压力很难上升的现象,为保证注浆效果和快速钻孔注浆施工,全断面注浆在3,4,5,6圈孔的开挖轮廓线以外的注浆段内注浆量较大(如注浆量超过10 m3)和塌孔时可以使用特种水泥材料(包括硫铝酸盐水泥、超细水泥等),特种水泥注浆量一般控制在10 m3左右,若特种水泥注浆量较大,需经四方达成一致意见以后决定特种水泥的具体注浆量;另外,在其他单个孔注浆量较大而注浆压力仍然不上升时,也可以使用特种水泥(硫铝酸盐水泥)材料,特种注浆材料的注浆量根据实际地层情况而定(不超过10 m3),注浆量较大时,使用双液浆封孔,间歇一段时间再重新扫孔注浆。前方地层充填物致密,普通水泥注不进去或扩散困难、前进式注浆很慢时,使用超细水泥。

2.3 注浆方式

目前,地下工程施工中最多采用的注浆方式有全孔一次性注浆、后退式分段注浆、前进式分段注浆。象山隧道设计单位要求采用前进式注浆,钻孔一段注浆一段,清空钻进后再注浆,如此循环往复。注浆分段长度原则上不超过2 m,慎用后退式注浆,禁用全孔一次性注浆方式。注浆过程中,遇涌水或因岩层破碎造成卡钻时,应停止钻进,立即注浆,扫空后再行钻进。

注浆顺序的选择从外围上讲应达到“围、堵、截”的目的,在内部应达到“填、压、挤”的目的,从而使注浆取得更好的效果。因此,注浆施工中应对八个原则引起高度重视,即分区注浆原则(基坑帷幕注浆和隧道基底钢管桩注浆、地表注浆)、跳孔注浆原则(两序孔或四序孔原则——单号一序先注,双号二序后注或单排单号—双排双号—单排双号—双排单号)、由下游到上游原则(水流较大时防止浆液流失)、由下到上原则(浆液重力作用,浆液向下沉积或者泥砂下部堆积,影响下部注浆,非溶洞地段可以探讨)、由外到内原则(先外圈后内圈,约束注浆)、约束—发散原则(加固地层时全部周边、堵水时三个周边,留一个出口,逐步将水排出,提高征地效果)、定量定压相结合原则(采取跳孔分序注浆时,对先序孔往往采取定量注浆,后序孔采取定压注浆)、多孔少注原则。

2.4 注浆施工常见问题及对策

1)堵管:影响工程进度,应尽量避免。主要原因:材料问题(材料过期变质、浓度过大、浆液胶凝时间过短)、操作问题(浆液混入杂物、管路过长等)、工艺问题(注双液浆必须使用混合器,不允许用三通)、地质问题(地层吸不进浆)。2)跑浆:浪费浆液、影响进度。主要原因:未做止浆墙或者止浆墙质量有问题,后部径向注浆效果差。3)串浆:影响注浆效果。主要原因:单孔注浆量过大、注浆压力过大、速度过快、钻孔间距离过小。4)长时间压力不上升。此问题比较普遍,主要原因:浆液浓度过稀、注浆材料不合适、未设计注浆材料使用体系,即确定注浆材料调整原则,注浆方式控制不合理。通过调整注浆材料和浆液配比参数以及采取复注浆措施,达到注浆效果。5)钻孔、注浆塌孔应对措施。在岩溶区,溶洞、溶槽充填物致密、松软,极易塌孔,注浆速度极慢且有时注不进浆,严重影响注浆效率及效果,威胁开挖安全,采取如下工艺:a.采用钻机钻杆后退式注浆,即钻杆上套止浆塞,边退边注,达到注浆效果;b.下 PVC管至孔底,从孔底注浆,注浆材料可注双液浆、普通快凝水泥、硫铝酸盐水泥、快凝水泥等;c.减小钻孔直径,加强孔内自成孔条件。

2.5 注浆效果评定标准

1)径向注浆。径向注浆完成后,测量注浆段隧道涌水量:a.单位隧道延米内隧道涌水量小于隧道防排水规范要求;b.钻检查孔3个～5个,出水量小于设计要求;c.区段内注浆后涌水量减少50%以上,或者监控量测显示隧道变形量测稳定。

2)超前注浆。超前注浆包含全断面、周边、局部注浆等,注浆结束后检查注浆效果:a.钻孔检查法:检查钻孔不少于注浆孔的10%,深度小于注浆段长2 m～3 m,外插小于加固圈1 m～2 m,测量检查孔水量满足设计要求;b.钻孔取芯法:取芯能看到浆液固结体,固结体有一定强度,不坍孔;压水试验,压力达2 MPa以上,吸水量小于0.2 L/(m·min);主要在溶洞区或者断层破碎带等地方;c.画代表性的Q—P—T曲线图,分析、比较注浆量与压力关系,注浆量和压力都满足要求后,注浆达到设计要求;d.孔内摄像法:购买孔内摄像仪器,再检查孔内摄像,根据摄像分析注浆效果。

[1]王 超,王春菊.隧道工程水害防治研究[J].山西建筑,2008,34(2):310-311.