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山体地表注浆在隧道工程中的应用

发布时间:2017/5/16 13:25:23   阅读:

摘要:根据某隧道出口施工情况,由于山体滑坡造成浅埋地段的隧道在掘进过程中的初期支护变形以及地表沉降、开裂,通用分析原因,采用山体地表注浆对隧道周圈的岩体进行固结、从而确保已开挖段变形的初期支护周圈岩体以及后续洞身掘进中岩体的稳定,而且确保安全施工以及后续隧道的运营安全。

关键词:地表;开裂;注浆;安全;可行

1工程概况

某隧道隧址区属于山岭区地形,岩性为黄土呈浅黄~微红色,半干硬至硬塑状态,松软结构,边坡土夹有砾石薄层,地下水主要为空隙水,出水方式为滴水状,局部地方有泉眼,雨季期间,地表受地表水冲刷严重,易造成边坡坍塌,影响边坡稳定性,且洞口局部有小范围坍塌现象。隧道出口起讫桩号为K86+850~K89+307,全长2457m。采用分离式隧道,隧道出口段300米左右覆盖层层厚3~30m,为浅埋隧道。地质条件差,土体为黄土,呈松散结构,土壤颗粒间结合力差。

2施工情况及原因分析

隧道左右洞的出口段在开工进洞后,山体地表的裂缝不断发现,同时洞内的不断产生位移,下沉,变形。经过钻探后发现出口段50米至150米范围都处在一个古滑坡上,因开挖施工使山体失去平衡,而使古滑坡重新复活,产生偏侧向的滑动,使已开挖掘进并完成了初期支护的120多米的左洞和右洞发生了侧向位移并严重下沉,拱形骨架严重变形,喷水混凝土开裂,剥落。具体施工情况如下:

2.1左洞施工情况

开挖至ZK89+187.7时,开挖过程中的岩层变化为黄土—泥岩—泥岩夹砾岩,并出现滑动层,洞内施工过程中有着大量涌水。由于地质围岩及山体严重滑动使洞内拱顶下沉及挤压严重并在ZK89+275—ZK89+240出现仰拱开裂,其中ZK89+230.8位置拱顶下沉456.3毫米、收敛530.49毫米,已施工段侵入二衬最大为43cm。

2.2右洞施工情况

开挖至K89+185.75,开挖过程中的围岩变化为黄土—泥岩—泥岩夹砾岩,并多次出现滑动层,洞内施工过程中有大量水涌出。洞内拱顶下沉及挤压严重,其中K89+239.8拱顶下沉423毫米、收敛486.54毫米,已侵入二衬最大值为35cm。

2.3地表开裂

主要裂缝位置为三部分:(1)在K89+287-K89+250段,ZK89+287-ZK89+250段洞顶地表开裂严重,裂缝宽5~70mm不等,主要大的裂缝有十几条。主要表现为横向发展,且有错台;(2)在ZK89+140路线方向左侧35米附近有三条严重的裂缝,裂缝宽5~30mm不等;(3)在K89+200路线右侧5米处一条裂缝表现为与隧道方向斜交45度,裂缝最大裂缝宽达1~5cm。

3处理方案

地表注浆施工:施工准备→孔位的测定→钻孔、验孔→安装导管和止浆塞→注浆→封孔。

3.1地表注浆孔的布置范围

地表注浆范围为左洞ZK88+915-ZK89+133长218m,右洞K88+878-K89+092长214m,根据设计要求,为了保证注浆质量同时节约造价,山体注浆采用两种材质注浆管,分别为隧道洞身两侧两排导管采用ф89钢管,壁厚8mm,洞顶及两侧外面采用ф100PVC花管,钻孔深度为15-40m之间。注浆宽度为隧道的洞顶及隧道的两侧10m范围内,管道注浆有效段为开挖拱顶以上7m到仰拱底面以下2m。注浆孔按横向2.5m,纵向3m间距布置。

3.2钻孔

本次钻孔使用十台ZQS-100型地质钻机钻机,每台钻机准备4人,在施工前时,由测量人员布设注浆孔位置,测出地面高程并计算好每根注浆孔的钻进深度,注浆孔梅花型布置,隧道横断面方向间距2.5m,隧道路线方向间距3m。在钻进过程中做好记录并做好土体变化情况及异常情况。钻孔的直径根据注浆管大小分为130mm及150mm,钻孔施工顺序先隧道两侧,然后隧道拱顶上方,先大孔后小孔,在同一断面的钻孔采用跳孔施工,避免在施工中距离过近影响钻进,钻孔钻进设计要求的孔底标高且验孔合格后,立即安装注浆管,避免塌孔无法安装。

3.3安装注浆管和止浆塞

在孔位钻至设计标高后,对孔内进行检验,确保注浆管可以一次到位,如发现塌孔或者孔位缩孔无法安装导管,需用钻机重新扫孔并检查合格后才可以安装注浆管。钻孔完成后经检验合格后,立即安装注浆导管。同时在有效注浆段与无效注浆段需安装止浆塞,并无效段注浆管的外部填入约1至2米高砂浆或黏土填塞密实,确保注浆孔注浆只在有效段进行注浆;注浆管安装时在孔口位置用砂浆填塞约1m,使注浆导管与孔壁密实,避免注浆时浆液从导管与孔壁之间冒出。安装好注浆管并检验合格后,注浆管管需进行保护,避免孔口被堵塞或杂物进入。

3.4注浆施工

本次注浆使用双液FBY-60型注浆机五台,每台机器准备四人,操作机械一人,一人记录浆液配合比、注浆压力、注浆量、跑浆、串浆等情况,两人制备水泥浆,双液注浆机功率为大于60L每分钟,工作压力为1.0兆帕至3.0兆帕。具体如下:(1)注浆材料。注浆材料为水泥、水玻璃、缓凝剂。设计配合比:根据设计图纸要求单浆液灰水比为1∶0.5-1∶1;水玻璃和单浆液掺和比例为1∶20,凝结时间不小于25min;(2)压水试验。在隧道最外侧第一个钻孔作为压水试验孔,通过实验的注入量、终止压力来确定设现场注浆施工参数的,同时与设计要求进行比照,不符合设计图纸要求时,找出原因并调整设计参数;(3)浆液配制。根据现场实验后施工配合比确定为:单浆液灰水比为1∶0.8,水玻璃与水泥浆液掺和比为1∶20。采用高速拌合机进行制备水泥浆液,水泥浆液制备过程中:先加水再加缓凝剂最后加入水泥进行高速搅拌。最后通过两管吸入至注浆机混合后注入注浆管内;(4)注浆:①地表注浆顺序。按隧道边线向隧道中心的顺序进行,先隧道洞身两侧、后隧道拱顶地表,先低处,后高处的进行注浆。在同一断面,为避免窜浆或者跑浆,采用间隔3孔灌注,从而确保注浆的质量。跳孔注浆间距为3孔,即:每次从最外侧往中线隔三孔注浆,下一次在从最外侧倒数第二孔往中线隔三孔注浆,如此反复,直到同一断面注浆完毕;②注浆压力控制。由于注浆终压力较大,为保证注浆质量采用逐级加压方式,根据设计要求注浆终压力为1.5兆帕至3.0兆帕之间,注浆终压选择根据钻孔深度选取,孔深小时取小值,在孔深大时取大值。

4施工结果

山体注浆一共钻了65520m,设计注浆量为34847.71m3,实际注浆量为34892.02m3,注入率为101.13%,并在28后取芯,按照设计要求进行了钻了20个不同注浆深度的检查孔,取芯进行试压,抗压强度的平均值为5.55兆帕,达到设计要求的5兆帕。同时在后续施工中的监控量测得知,在开挖及换拱处理通过时的地表总沉降量为3.5cm,洞内周边收敛基本在50mm左右,均在设计要求范围内,同时山体地表不在产生裂缝,此段山体已趋于稳定;经检测验证和监控量测数据表面此次地表注浆在隧道施工中效果良好,有效处置了山体的滑动。

5本次施工的不足

通过本次施工中发现,本次山体注浆在无效段的止浆效果不是很明显,个别孔会出现注浆压力大时浆液从注浆导管与孔壁之间冒出,后来通过实践,我们采用在止浆盘至孔口段之间用砂浆或者黏土进行回填,止浆效果显著,因此我们建议:在钻孔后安装注浆管时立即设置止浆盘并及时在无效段导管与孔壁之间填入砂浆或黏土,然后对孔口进行夯实封闭。

6结语

本次隧道出口地表注浆耗时45天,在注浆结束对山体注浆深度不同的地方采用检查孔进行检测,根据取样观测及试验数据可知,土体颗粒间结合增强,山体裂隙已被浆液注满,滑动面的裂隙已充满浆液,在后续洞身开挖及洞身换拱过程中,土体已稳性,地表不在出现裂缝,初期支护不在变形,出口段的开挖顺利通过,且开挖方式由原来的双侧壁改为单侧壁施工,大大缩短了开挖时间,节约了投资,同时使隧道在后续的开挖及换拱处理均在安全中施工,也使得隧道在通车后始终保持稳定安全。

参考文献

[1]公路隧道施工技术规范[S].

[2]福建省高速公路隧道施工标准化指南.福建省交通运输厅,2004.

作者:陈秋城 单位:福建华通路桥建设有限公司

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