桓集隧道工程TBM施工洞段生产性灌浆试验方案

高 岩

(沈阳市排水公司，辽宁 沈阳 110015)

1 工程概况

本标段主洞长41.09 m，纵坡i=0.28‰，其中主洞钻爆段3.40 km，TBM施工洞段37.69 km(洞径φ8.5 m)，主洞采用两台TBM施工，主洞TBM施工洞段断面为圆形，开挖洞径为8.5 m，初期支护成洞洞径8.2～8.5 m，衬砌成洞洞径为7.3～7.7 m。

2 试验区工程地质

25+817.031～25+801.031段为Ⅲb类围岩，洞室围岩为白垩纪侵入花岗斑岩，肉红色，岩石微风化-新鲜岩，属坚硬岩，斑状结构、块状构造、节理较发育-不发育，局部完整性差，洞室呈潮湿状、地下水不发育，T1-1段实际揭露的地质具有较强的代表性。23+457.031～23+445.031段为Ⅳ类围岩，洞室围岩为集安群清河组混合岩，属于断层F4U-1影响带，断层F4U-1延伸至桩号23+464消失于侧壁，该段岩体破碎，围岩不稳定，现场实际坍塌较小，洞室呈潮湿状，局部滴水，利于固结灌浆，具有代表性。

3 灌浆材料

本工程使用的灌浆材料主要包括外加剂、水泥、砂等，这些材料都达到了规定的质量要求。所有材料入库之前都按照规范要求进行检查和验收。具体如下：

(1)水泥：选用袋装低碱普通硅酸盐P·O42.5水泥。

(2)磨细水泥：选用HSC含水细砂型注浆材料(固结灌浆第二施工时段使用)，材料主要性能满足表1指标。

表1 HSC(含水细砂型)主要性能指标

(3)水：灌浆用水符合拌制混凝土用水的要求，本工程使用没有污染的自来水。

(4)掺和剂：灌浆砂选用质地坚硬的河砂，要求河砂的质地坚硬，河砂的颗粒直径控制在1.5 mm以内。

4 TBM施工洞段灌浆顺序

25+913.031～25+769.031段进行回填灌浆试验，回填灌浆结束后，制浆站移动至23+457.031～23+445.031(Ⅳ类围岩)段进行第一时段的固结灌浆试验，再根据灌浆试验成果确定第二时段固结灌浆试验。25+913.031～25+769.031段回填灌浆试验在边顶拱衬砌强度达到设计强度的70%时进行，回填灌浆由低端向高端施灌，分两序施工，先一序后二序。固结灌浆分为两个施工时段，每个时段按环间分序的方法施工，左右间隔灌浆，共分两序施工。

4.1 回填灌浆造孔

为了防止钻孔的过程中钻到钢筋，在进行回填灌浆钻孔时，按照设计要求使用Φ50PVC管作为造孔导向管[1]。使用移动式平台架、人工YT28手风钻进行钻孔作业。进行造孔作业时，也顺着预埋管将衬砌打穿，深入到围岩中10 cm。对混凝土空腔尺寸和混凝土厚度进行记录。

4.2 回填灌浆措施

设计采用纯压式灌浆法进行回填灌浆，灌浆材料选用强度等级为P·O42.5的普通硅酸盐水泥，河砂的颗粒直径控制在1.5 mm以上。对衬砌段拱90°范围进行回填灌浆，设计钻孔深度为10 cm，钻孔排距为3 m，孔径为φ38～42 mm，孔位偏差保持在10 cm以内[2]。要求钻孔方向和钻孔深度都要达到设计要求。回填灌浆试验布孔如图1所示。

图1 回填灌浆试验布孔图

4.3 灌浆压力及浆液水灰比

设计灌浆压力为0.3～0.5 MPa，要求灌浆压力控制在0.5 MPa以内。按照0.5∶1的水灰比拌和水泥浆液。对于不良地质段的塌腔位置要使用水泥砂浆进行灌注，掺砂量要保持在水泥重量的200%内。

4.4 固结灌浆试验施工措施

在仰拱上部1 m左右的位置将固结灌浆抬动观测装置埋设好，造孔要深入到基岩中2 m。分别在压水试验时、灌浆之前、灌浆过程中以及灌浆结束后进行抬动观测，当抬动观测值大于设计允许值200 μm时，要立即终止灌浆，并在凝固8 h后扫孔复灌。

本工程固结灌浆施工范围主要包括隧道V级围岩和IV级围岩，第一施工时段使用无盖重全孔循环纯水泥灌浆，在进行混凝土衬砌之前要做好固结灌浆施工，在进行第二施工段固结灌浆施工时可以使用全孔纯压式灌浆方法进行施工，灌浆孔布置如图2所示。

图2 固结灌浆试验造孔布置图

在回填灌浆完成7 d后进行固结灌浆，进行固结灌浆时需要按照“环内加密、环间分序”的原则进行灌浆。灌浆孔在底板中心线孔左右对称布置，统一对各孔位进行编号，灌浆采用从下至上、左右间隔的顺序进行灌浆，第一时间段使用全孔洞内循环灌浆法进行施工，第二时段使用全孔纯压实灌浆法进行施工。当灌浆前出现涌水、灌浆后出现返浆等情况时，需要待凝。为了避免混凝土面或岩石面被抬动，按照一泵灌一孔的原则进行固结灌浆。当出现串浆的情况时，使用群孔并联灌注法进行施工，并联孔数要保持在3个以内，将灌浆压力控制好。在孔口的进浆管路上安装压力表，压力值宜读取压力表指针摆动的中值。指针摆动范围应小于灌浆压力的20%，摆动范围应作记录。第一时段使用强度等级为P·O42.5的混凝土，灌浆压力要保持在1.5～1.8 MPa；第二个时间段使用HSC含水细砂型注浆材料进行施工，固结压力要控制在0.5～0.8 MPa。要尽快使灌浆压力达到设计值，使用分级升压的方式进行注入率大的孔段的灌浆施工，直到其达到设计要求。严格按照设计水灰比进行灌浆施工，灌注过程中将浆液从稀到浓逐级进行转换，持续保持灌浆压力不变[3]。当注入率保持不变或注入率持续减少导致注浆压力不断升高时，不允许对水灰比进行改变。在进行第一时段的灌浆施工时，按照1∶1、0.8∶1、0.6∶1三个比级进行灌注，第二时段灌浆浆液采用0.8∶1～0.6∶1进行灌浆施工。第一灌浆时段当某一比级浆液注入量已达300 L以上或灌注时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30 L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。灌浆技术参数对比如表2所示。

4.5 灌浆结束标准

固结灌浆结束条件为：在该灌浆段最大设计压力下，第一时段当注入率不大于0.4 L/min后，继续灌注30 min，第二时段当注入率不大于1 L/min后，继续灌注10 min，可结束灌浆。

表2 灌浆技术参数对比表

4.6 封孔

完成单元工程灌浆时，要对物探测试孔、观测孔进行封孔处理。进行固结灌浆封孔之前要先将钻孔中的污物和积水排除，使用“压力灌浆封孔法”和“机械压浆封孔法”进行封孔，将孔口抹平，并将露出在回填混凝土表面和衬砌表面的埋管割除[4]。

4.7 特殊情况的处理

(1)在进行灌浆作业过程中，如果耗浆量或者灌浆压力突然间变大，要立即查明原因，并采取相应的处理措施。

(2)灌浆作业时，如果发现回浆浓度变大，要使用相同水灰比的新浆液进行灌浆。如果浆液依然变浓要立即向监理工程师反映，并按照监理工程师的指令进行处理。

(3)进行灌浆作业时，如遇到漏浆、冒浆等情况时，可以采用限量、浓浆、降压、封堵、间歇灌注等方法进行处理。

(4)在进行灌浆作业时，如果出现了窜孔的情况，可以使用两孔并灌的方法进行处理，如果依然有窜孔的情况存在，要先堵死窜孔。在灌孔结束后立即冲洗被堵孔，如果冲洗后依然达不到设计要求，则需要重新进行扫孔，然后进行正常灌浆[5]。

(5)对于正在灌浆的区域或者已经完成灌浆的区域，在灌浆区30 m范围内不允许进行爆破作业。

(6)在进行灌浆时，如果灌浆孔出现灌浆量超耗的情况时，要立即向现场监理工程师反映，并由监理工程师进行确认。

5 灌浆质量检查

5.1 回填灌浆质量检查

在回填灌浆结束7 d后需要对此位置的回填灌浆质量进行检查。在灌浆完成后，对灌浆资料进行提交，确定检查孔孔位。一般来说，要将检查孔设置在灌浆过程中出现异常的位置，检查孔的数量为灌浆孔总数的5%。使用钻孔注浆法检查回填灌浆质量，将水灰比为2∶1的浆液注入到孔内。在规定压力下，初期10 min内浆液的注入量不超过10 L就可以判断为合格。

5.2 固结灌浆质量检查

本工程采用压水试验为主、静弹性模量为辅的方法检查固结灌浆质量，一般来说，在灌浆结束3～7 d后进行固结灌浆压水试验。灌浆完成后要向监理人提交灌浆资料。检查孔的数量要保持在灌浆孔总数的2%以上。如果压水试验显示透水率在5.0 Lu以内就为合格。否则就需要按照监理人的指示要求进行处理。在灌浆试压结束14 d后在压水检查孔中对固结灌浆后的岩体进行波速测试。

6 结 论

桓集隧道工程TBM施工洞段灌浆试验在经过工艺技术试验、室内室外浆材试验以及检查孔的监测后，试验成果达到了预期要求，在采用灌浆法进行处理后，有效改善了地层渗透性，达到了防渗要求。