厦门海沧海底隧道帷幕注浆技术应用研究

陈华龙

厦门路桥工程投资发展有限公司（361000）

厦门海沧海底隧道帷幕注浆技术应用研究

陈华龙

厦门路桥工程投资发展有限公司（361000）

厦门海沧隧道是国内在建的采用钻爆法施工的海底隧道，工程借鉴了国内外多条水下隧道的设计施工经验。在被称为“海底隧道施工灵魂”的帷幕注浆技术上，该工程通过总结类似工程经验、调研国内外新设备、新工艺，结合海沧隧道实际，对帷幕注浆技术进行了创新改进。其核心是在传统帷幕注浆的基础上，结合系列新型注浆设备，对全孔一次性注浆工艺进行一定优化，实现减少注浆量、提高工作效率、保证注浆效果的目的。文章主要阐释先行洞服务隧道注浆技术的应用研究，为下一步海沧隧道主洞不良地质地段的顺利实施奠定基础。

海沧隧道；帷幕注浆；全孔一次性注浆；止浆墙

0 引言

自厦门翔安海底隧道修建以来，国内陆续修建了多条海底通道，如胶州湾隧道、拱北隧道、澳大隧道等，隧道修建方法多种多样，有钻爆法、盾构法、沉管法等。经过多年发展，施工技术已取得很大进步，机械设备装备水平也达到了新高度。目前在建的厦门海沧海底隧道是国内采用钻爆法施工的第三条公路海底隧道。地质情况显示，隧道下穿海底时将遇到风化槽（囊）等不良地质地段，帷幕注浆作为穿越此类地段的灵魂性技术将再次发挥作用，如何在传统帷幕注浆的基础上发展和创新将是下一步面临的一个重要问题。因此，研究和应用海沧隧道地质先导洞服务隧道不良地质段帷幕注浆技术具有重要意义。

1 工程概况

海沧隧道采用2孔行车隧道+1孔服务隧道的形式，其中服务隧道作为地质先导洞先行施工。服务隧道位于厦门市西部，从海沧岸边进洞，下穿厦门西海域，进入厦门岛后在疏港路高架桥与兴湖路交叉口处出洞，全长3 870 m，断面大小58.99 m2，采用钻爆法施工。本次服务隧道拟注浆区段FWK16+122～FWK16+200，位于厦门岛内一侧，下穿长岸路城市主干道 （单向3行车道+1辅道），浅埋5.4～14.3 m，地表车流量大，管线密集（6类20余条，见图1），与长岸路上方疏港路高架桥墩柱最近距离10 m。场区处于剥蚀残积丘地带，大部分经人工堆填改造，地层自上而下依次为：杂填土、抛石挤淤层、淤泥、砂层、残积土、全强风化花岗岩。抛石挤淤层与海水贯通，自稳能力差，日最大涌水量1 700 m3，未注浆日最大沉降量7.8 cm，隧道沿纵向逐渐穿越上述所有地层。

图1 下穿长岸路段地表管线布设平纵面图

2 加固措施

服务隧道埋深浅、管线多、地表车流大且临近既有桥梁墩柱，这就对其变形控制有极其严格的要求。跟据该工程围岩软弱、与海水贯通等特点，结合以往工程经验，主要采用帷幕注浆对隧道周边土体进行加固，并辅以中管棚、超前小导管等措施，提高土体强度，降低土体渗透性，达到降低沉降的目的。

2.1 注浆技术分析

隧道帷幕注浆主要作用在于改良岩土体强度，减少渗水量，进而达到洞室自稳承压能力变强的效果。目前浆液扩散机理主要有渗透、压密和劈裂，通过浆液扩散，岩土体介质强度迅速提高，在隧道已开挖和未开挖周边形成一个止水帷幕圈。

目前国内普遍采用的帷幕注浆工艺主要包括分段全孔一次性注浆、孔口止浆钻杆后退式注浆、分段前进式注浆，以及钢管孔底注浆等，这些工艺各有优劣，但总体上均存在以下不足:

1）全断面注浆，大水漫灌，不精细，工效低，效果不明显。2）注浆压力过大，对已做好结构有可能产生破坏。3）注浆范围大，材料用量大，时间长。4）止浆墙、孔口管施工周期长，工艺复杂，配套的止浆墙止水要求高，孔口管密封要求高，一个循环的注浆孔就可能多达上百个，施工速度慢等。

经综合分析，为达到注浆工效高、效果明显、注浆量少等目标，该工程拟采用进行工艺优化后的全孔一次性注浆工艺。

2.2 注浆设计

1）注浆帷幕形式

服务隧道采用台阶法施工，设临时仰拱。采用上半断面全断面帷幕注浆形式（见图2），分两阶段注浆，先进行掌子面后方临时仰拱、边墙的垂直注浆，再进行掌子面帷幕注浆，注浆先从底部、拱脚开始，再到中部、上部，这种顺序可有效消除注浆盲区，且避免掌子面后方及地表隆起。

2）浆材及配合比

本次注浆浆液有75%普通双液浆，即普通水泥-水玻璃(初凝 40～50 s，终凝 5 min，水灰比 1∶1，双液配比 1:1，)，25%超细水泥浆(水灰比 1∶1)，其中，超细水泥浆使用部位依据现场情况而定，主要用于拱部及二次补注。

3）注浆方式

本次注浆采用特制注浆管进行全孔一次性注浆，一孔一注，注浆管开孔为全长开孔，靠近止浆墙2 m不开孔。

4）其它参数

一次注浆长度15 m，开挖12 m，加固圈在开挖轮廓线外3 m，扩散半径0.75～1 m不等；单孔延米注浆量按10%孔隙率控制，累计注浆量的孔隙率不超过15%；拱部采用1.2 MPa，全强风化地层2.5 MPa。

2.3 注浆优化特点

1）变形控制措施

通过注浆过程中的不断试验与总结，对于全孔一次性注浆，地表隆起与浆液凝结时间有关，而浆液凝结时间与温度成反比。为此，可根据温度加入适量的磷酸氢二钠作为缓凝剂，以有效控制双液浆初凝时间，确保浆液均匀扩散，降低地表隆起。

2）工艺优化

①简化止浆墙施作

80 cm厚C25网喷混凝土，设三层钢筋网，并设Φ22以上粗筋骨架与周边拱架焊接牢固，操作简便，工效高。

②钻、注分离，特制注浆管注浆

采用专用钻机钻孔后，送入一次性特制的塑料注浆管，参照袖阀管的注浆原理，制作成单向阀，施工速度快，材料实惠，减少施工人员，降低注浆钻机维修保养要求。

③不设孔口管

由于止浆墙优化调整后变薄，在特制注浆管送入钻孔后，孔口段采用锚固剂锚固，长度≮1.5 m，孔口密封效果好。

3 注浆加固效果

目前服务隧道已成功穿越长岸路，且进入硬岩介质。通过综合检测法检测，注浆加固效果良好，浆脉明显，土体强度为1.1～2.3 MPa，土体渗透系数为10-7cm/s，地表隆起或沉降值最大不超过11 mm，说明采用优化后全孔一次性注浆是可靠的。

4 结语

传统帷幕注浆是解决海底隧道不良地质地段的重要手段，但注浆压力大、材料用量大、施工周期长、对已有结构影响大等不良影响，且严重影响工程建设工期和成本。优化后全孔一次性注浆，基本达到提高工效，降低成本的目的，可用来指导海沧隧道下一步的施工。

[1]王乾,曲立清,郭洪雨,王全胜.青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术[J].岩石力学与工程学报,2011(4):790-802.

[2]薛翊国,李术才,等.青岛胶州湾海底隧道涌水断层注浆效果综合检验方法研究[J].岩石力学与工程学报,2011(7):1382-1388.

[3]李术才,张伟杰,等.富水断裂带优势劈裂注浆机制及注浆控制方法研究[J].岩土力学,2014(3):744-748.