双液注浆结合洞内真空泵引水在复杂地质条件下的应用.docx

双液注浆结合洞内真空泵引水在复杂地质条件下的应用

朱旭

摘要：结合朝阳路热力管线工程暗挖隧道施工，重点论述了暗挖隧道施工在复杂地质条件下，采用双液注浆结合洞内真空泵引水的施工技术措施，成功穿越离民房较近地段及兴隆西路～平房西路段。
关键词：暗挖隧道施工;复杂地质条件;双液注浆结合洞内真空泵引水技术措施
一、工程概况
朝阳路热力管线工程位于朝阳区朝阳路上，东西走向，配合道路改造同步施工。起点为青年路，终点至平房西路（民航总医院），中间穿高碑店北路、兴隆西路及暗河。
朝阳路热力管线工程隧道埋深7～10m左右，横断面为马蹄型，DN800隧道断面初期支护净空为4200×3500;DN1200隧道断面初期支护净空为5700×4000（CD法）。
二、复杂水文地质条件
根据地质勘察报告和隧道纵段设计，结合竖井开挖马头门位置所揭露的地层情况，隧道起拱线以上为粉质粘土层，以下为流砂层;有两层水，第一层为上层滞水，水位标高大约为26.00，第二层为潜水，水位标高大约为21.00;受靠近热力隧道北侧同期施工雨水方沟（雨水方沟肥槽边基本是热力隧道边）分段开挖，接头处积水下渗，加上民房上水老户线及雨、污水管道渗漏影响，水量丰富。本工程隧道断面所穿土质松散并呈饱和状态，对施工影响较大的是位于隧道开挖断面内的流砂层④，此层分布不均且起伏变化较大，另外还有局部的透镜体夹层。易坍塌，工程地质条件差，针对此种水文地质条件首次在隧道开挖过程中采取洞内真空泵引水结合双液注浆加固措施，先注浆，然后随开挖随引水，取得很好效果。
三、双液注浆结合洞内真空泵引水
1.离民房距离较近地段
隧道里程0+580～0+650段，为DN800隧道，长70m。此段北侧离民房较近，南侧1.0m 为DN300上水，根据马头门位置所暴露的土层情况，此段隧道拱脚位于流砂层，且局部地层内含透镜体夹层，普通降水不能解决内含滞水，受民房上水老户线及雨、污水管道渗漏影响，此层含水丰富，用洛阳铲探查地下水在地表下3m。隧道开挖遇到该层时，若不采取措施透镜体中的残留水倾泄下来，易引起塌冒，威胁施工安全，因此采取半断面双液注浆结合洞内真空泵引水加固措施。
2.兴隆西路～平房西路段
隧道里程0+665～0+853.5及12#北分支，为 DN1200隧道，长197m，根据马头门位置所暴露的土层情况，此段隧道拱脚位于流砂层，流砂层自稳性差且要承受上部土体及上拱自重的压力，极易导致隧道坍塌、沉降，危及上部管线及建筑物的安全。故通过采取双液注浆结合洞内真空泵引水加固措施对隧道流砂层围岩土体进行地质改良，提高土体的内磨擦角（φ）值，使地层的不透水性增强，达到止水加固的目的。
四、注浆方案设计
1.注浆加固范围
1.1竖井注浆加固范围
竖井注浆加固范围由遇到流砂层的实际标高开始，到竖井落到粉质粘土层上为止。在竖井穿流砂层范围，沿竖井周圈，水平间距1.5m，每隔一榀进行打管注浆，每次注浆深度2.5m。
1.2隧道注浆加固范围
由于地面不具备施工条件，采用隧道内进行双液注浆止水加固措施。离民房距离近，隧道里程0+580～0+650段，采取半断面注浆加固措施;兴隆西路～平房西路段，隧道里程0+665～0+853.5及12#北分支，采取连接板上、下各1.6m范围注浆加固措施。
浆液扩散半径按0.8m计算，平面布孔采用交联等边三角形布置，洞内采用放射型布置（在后续施工中可根据开挖情况做适当调整）。注入顺序：采用从外到内隔孔跳注顺序进行。施工孔距1400mm，排距1200mm，注浆孔直径φ46mm。一次注浆循环步距长14m，搭接长度4m。
2.注浆工法
由于隧道开挖断面所处地层为粉质粘土及粉细砂层，渗透系数小，采用双重管双液注浆工法，渗透和劈裂注浆相结合。其工法从钻孔到注浆完毕，可以连续进行;在注浆的过程中注漿管不回转，不会发生浆液溢流现缘，并且对土层具有很强的渗透性，注入范围可人为控制;在二重管的端头设置的浆液混合器中，A、B（C）双液可以完全混合、均匀的注入到地层中，凝结时间可以自由调节，并且可以实行复合注入施工。
3.浆液选择
注浆主要以加固止水为目的，对注浆材料有如下要求：1）其特性对地下水而言，不易溶解;2）对不同地层，凝结时间可调节3）高强度、止水。
根据工程特点及类似工程经验，由土质与注入形态的关系图，选定对应的浆液。但是，当注入目的是为了防渗的情况下，也可注溶液型浆液。本次注浆先注入改性水玻璃浆液（A、B溶液）止水，然后注入水泥-水玻璃液浆（A、C悬浊液）加固，通过浆液在土层中的渗透和劈裂注入，增加地层的内聚力，填充空洞，起到止水、加固地层的作用。
注浆时，将根据现场实际情况调整配合比，必要时将选用超细水泥材料（满足加固强度，及粉细砂层渗透要求）并适当加入特种材料以增加可灌性和堵水性提高加固效果。
4.注浆参数
5.注浆量计算
按公式Q=πR2Lnαβ计算，加固长度10米计
根据岩土工程勘测资料分析，并结合类似工程注浆数据，为提高注浆止水的效果，提高土体密实度。
综合以上情况，取注入率为25%（含损失率）。
注：可根据实际注入来计量。
单孔浆液注入量：Q=3.14×0.82×10×0.3×25%×1.2=1.8m3
五、注浆施工工艺
1.施工控制原则
1.1注浆材料的选择以有利于浆液扩散及保证加固土体的固结强度，确保上部管线的安全为原则。
1.2胶凝时间的控制，先序孔快，后序孔慢，有利于浆液在有效区域内的扩散。
1.3注浆压力控制原则，先控量，后控压，即先序孔以定量为先决，后序孔以压力控制为先决。
1.4隔孔跳孔施工，互为检查孔原则，即后序孔施工时，通过钻孔情况，判定先序孔注浆效果，为合理调整浆液配比及选择浆液类型提供科学依据。
2.注浆系统及施工设备
2.1根据现场条件及注浆特点选用双液注浆系统，如下图示意，
2.2施工设备
3.施工操作
布孔→钻机就位→钻孔（定位观测）→配浆→注浆→拔管洗管→检验开挖
3.1注浆管成孔
采用跳孔法成孔，成孔向外倾斜8°，成孔深14m。
3.2注浆
注浆按约束～开放型注浆顺序进行施工，即首先将群孔的周圈进行注浆，从而达到约束的目的，以防止浆液扩散过远，其次采取开放型注浆由一侧向另一侧平行推进，以达到排水固结的目的。
4.注浆注意事项
4.1注浆开始前，应进行压水或压稀浆试验试验，检验管路的密封性和地层的吸浆情况，压水试验压力不小于设计终压，时间不小于5min;
4.2注浆过程中，要经常观察工作面及管口情况，发现漏浆或串浆要及时封堵;
4.3双浆液注浆时每隔5min或变更检验配比时，要在孔口测量浆液胶凝时间，并根据情况进行调整;
4.4注浆过程要做好注浆记录，每隔5min详细记录压力、流量、胶凝时间等，为防止串浆发生，注浆时应采取隔孔注浆的顺序进行;
5.注浆效果检测
5.1单根注浆结束标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐减少，当压力达到注浆终压，注浆量达到设计注浆量的80%以上，可结束该孔注浆;注浆压力未能达到设计终压，注浆量已达到设计注浆量，并无漏浆现象，亦可结束该孔注浆;
5.2本循环注浆结束标准：所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象，即可结束本循环注浆;
5.3注浆施工结束后，通过注浆体内钻孔，用压水、注水或抽水等办法测定地基的流量及渗透系数，不合格者需进行补充注浆。检查孔的数目约为总注浆孔数的5～10%，布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。5.4通过钻孔，从注浆体内取出原状样品，送实验室进行必要的试验研究。实践经验证明，通过这类检测可得出下述几项重要的物理力学性能指标，据此能对注浆效果作出比较确切的评价：
①样品的密度;
②结石的性质;
③浆液充填率及剩余孔隙率;
④无侧限抗压强度及抗剪强度;
⑤渗透性及长期渗流稳定性;
为确认注浆效果，采取对注浆过程分析，注浆后钻检查孔及雷达检测3种方法进行检查。
5.5特殊情况处理
在注浆施工时常见的特殊情况有：串浆、冒浆和漏失等，在施工时必须考虑到这些情况的发生，并及时进行处理。
5.5.1串浆：即浆液从其它的钻孔中流出。主要原因是暗穴当中缝隙的连通性比较好，使注浆孔相互间接或直接地连通，形成串浆通路。发现串浆时可以采取间歇法注浆或注入适量的水玻璃，减少水泥浆液的浪费。
5.5.2地表冒浆：地表冒浆时会使注浆压力下降，浪费水泥浆液，因而注浆时应多观察，在发生冒浆处应及时处理。处理地表冒浆时工艺上要求采用低压甚至自流式注浆，必要时可加入砂或水玻璃，待冒浆通路阻塞后再逐步提高注浆压力，按正常规定进行注浆。也可以采用间歇注浆法处理。
5.5.3孔口返浆：孔口返浆是由于注浆段与止浆套管以上的孔隙段间存在裂隙或因套管封密不严，注浆时浆液在压力作用下从孔口返出。产生孔口返浆时可以采用间歇注浆，提高浆液深度等方法进行处理。孔口间返浆时，可在套管间缠麻封堵。
5.5.4大量漏浆：大量漏浆是在空隙较为发育，连通性又好，在砂料填充不密实时发生的一种现象。表现为浆液压力很低甚至浆液自流。在发生大量漏浆时可以增大浆液浓度，为了降低浆液的流动性可以提高浆液的浓度同时掺加粗骨料，限制浆液的扩散范围，待单位吸浆量降低一定的程度后，再逐渐升压;限制进浆量也是一种较好的方法在采用浓浆的同时，将进浆量限制为20 -40L/min，待进浆量明显下降后逐步升压，如此反复注浆;间歇注浆，采取连续注浆一定时间后，暂停注浆，待浆液凝结一段时间之后，再进行注浆;还可以在浆液中加入一定的速凝剂，必要时可以加入水玻璃，进行快速堵漏。
六、真空泵引水措施
针对上述地段，施工过程中尽量做到少扰动围岩，尽快施做初期支护，加强监控量测和反馈，并使断面及早闭合，形成施工的良性循环，同时为提高注浆效果，隧道内采取真空泵引水措施，通过真空泵将隧道透镜体中的残留水及由于注漿封闭在图层中的水倾泄下来，避免由于土层含水量过大无处倾泻，产生沙涌现像，威胁施工安全，
1.洞内引水
在隧道横断面两侧，拱脚和底脚各设置1排。利用高压水冲孔，安装φ48的滤水管，采用透明塑料管，前段0.5米范围打孔，外包钢丝密网，后端接真空抽水。底脚部位引水管敷设倾角斜向下10°～24°之间。随开挖随不断向前延伸引水管，将水位尽量控制在地板结构以下，便于开挖。
七、结束语
朝阳路热力管线工程施工环境复杂，工程水文地质条件差，不可遇见因素多，针对复杂工水文地质条件，首次在隧道开挖过程中采取洞内真空泵引水结合双液注浆加固措施，并通过施工实践取得良好效果，为类似工程增加了施工技术储备，积累了施工经验。
（作者单位：北京市政建设集团有限责任公司）

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