隧道工程現(xiàn)場注漿試驗設(shè)計

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摘要：注漿是一種應(yīng)用廣泛、非常實用的工程施工技術(shù)。當(dāng)前，我國隧道工程建設(shè)缺乏完善的現(xiàn)場注漿試驗設(shè)計、施工、質(zhì)量控制體系，給隧道工程現(xiàn)場注漿質(zhì)量和工程整體施工質(zhì)量控制帶來不利影響。本文針對某隧道工程淺埋段巖溶區(qū)的現(xiàn)場注漿試驗實際與實施展開探討，提出了適合巖溶區(qū)公路隧道地質(zhì)條件的現(xiàn)場注漿試驗設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與實施方案，希望能為類似工程的現(xiàn)場注漿試驗設(shè)計、施工提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道工程；現(xiàn)場注漿；注漿試驗

1引言

目前，注漿技術(shù)在水電水利領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，在理論、試驗、設(shè)計、質(zhì)量檢測等方面的發(fā)展領(lǐng)先于其他行業(yè)。而在公路隧道工程建設(shè)領(lǐng)域，注漿技術(shù)的應(yīng)用還在初級階段，大部分技術(shù)都借鑒于水利水電工程的注漿，本行業(yè)的注漿技術(shù)理論與實踐體系尚未完善。而且水利水電工程與公路隧道工程存在差異，全部參考水利水電工程的注漿技術(shù)規(guī)范會給公路隧道工程的施工帶來問題。在此背景下，本文就巖溶區(qū)隧道工程現(xiàn)場注漿技術(shù)的試驗設(shè)計與實施展開探討。

2隧道工程現(xiàn)場注漿試驗區(qū)地質(zhì)概況

通常情況下，應(yīng)該優(yōu)先選擇地質(zhì)環(huán)境具有代表性的地段區(qū)域作為現(xiàn)場注漿試驗區(qū)。如有必要，還可以根據(jù)實際情況選取多個區(qū)段設(shè)置多個現(xiàn)場注漿試驗區(qū)。地表注漿通常選擇加固區(qū)，因此，可以選取加固區(qū)的一段作為注漿試驗區(qū)，目的盡量降低成本，減少環(huán)境污染，同時還應(yīng)該考慮現(xiàn)成地形、水電、運輸、水文地質(zhì)條件等多個因素。本次注漿試驗選擇某隧道加固區(qū)部分地段作為試驗區(qū)域，進(jìn)行地表注漿試驗。該地區(qū)埋深最淺，地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道洞跨為12.7m，埋深為6~25m，h<2D。從圖1可以看出地質(zhì)條件極為復(fù)雜。

3影響試驗區(qū)現(xiàn)場注漿效果的地質(zhì)問題

1）裂隙發(fā)育程度高有利于擴(kuò)散漿液，但大量的裂隙不利于控制注漿量及漿液配比。存在的溶洞將導(dǎo)致漿液涌入溶洞，注漿壓力下降，浪費漿液，增加施工成本。2）地表注漿試驗區(qū)的巖層包含軟巖夾層，如泥巖，可能會被漿液軟化，導(dǎo)致巖層空隙率、裂隙率提升，損壞巖層結(jié)構(gòu)，增加地表沉陷的危險，同時大大增加了漿液的用量，使施工成本大大增加；此外，泥巖等軟巖夾層的碎屑混入到漿液中，會降低注漿的加固作用。3）地下水也會影響到注漿效果，第一，地下水徑流可能帶走漿液，導(dǎo)致漿液無法在預(yù)定區(qū)域內(nèi)凝結(jié)，無法達(dá)到預(yù)期效果；第二，地下水會使?jié){液濃度下降，改變注漿壓力；第三，注漿地層中存在的承壓水，會增加注漿臨界壓力，增加注漿難度，提高注漿成本；第四，如果存在大量充水溶洞、溶腔，則須中斷注漿，改用混凝土充填等方式填充溶洞。

4試驗區(qū)現(xiàn)場注漿試驗設(shè)計與實施

4.1試驗區(qū)注漿試驗設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

注漿標(biāo)準(zhǔn)對工程質(zhì)量有很大影響，其主要是指注漿后圍巖的堅固性、連續(xù)性、滲透性、完整性。具體來說，包括注漿后的加固范圍、加固強(qiáng)度、彈性波速、防滲透性能、注漿量、耗漿量、終孔壓力、漿液流量值等等。根據(jù)以上指標(biāo)與試驗區(qū)的實際地址條件，得出防滲、強(qiáng)度是本次現(xiàn)場注漿試驗的核心設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：防滲透性能應(yīng)該達(dá)到透水率q不超過5Lu，強(qiáng)度以10％的巖芯抗壓強(qiáng)度提高率作為試驗設(shè)計的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。此外，注漿量以設(shè)計注漿量Q為標(biāo)準(zhǔn)，孔序單位耗灰量遞減率設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值為25％~75％，單孔注漿完畢的控制標(biāo)準(zhǔn)包括兩方面，一是注漿壓力的終值，以達(dá)到或接近設(shè)計的注漿終壓，并保持超過10min為準(zhǔn)；二是注漿流量小于1L/min.m，并保持超過10min，只要滿足其中一個條件就代表注漿完畢。本次注漿的主要目標(biāo)是將圍巖滲透率控制在5Lu以內(nèi)，如表1所示，巖體的透水率q<5Lu時，防滲透等級達(dá)到弱透水，巖體基本處于相對不透水狀態(tài)。

4.2試驗區(qū)注漿材料及漿液配比

目前，注漿材料已經(jīng)從單一的粘土漿液發(fā)展成水泥漿液、水泥-水玻璃漿液、水泥-粘土溶液以及其他化學(xué)漿液綜合使用。注漿漿液主要有主劑、摻合料、外加劑構(gòu)成。主劑原料通常為水泥、水玻璃、粘土以及各種化學(xué)漿液；摻合料原料主要有砂、煤灰、膨潤土、水玻璃；外加劑根據(jù)實際情況可選取氯化鈣、水玻璃、萘系高效減水劑、木質(zhì)素磺酸鹽類、高塑性粘土等?，F(xiàn)場注漿試驗初期有必要進(jìn)行注漿材料的選取和配比試驗。結(jié)合試驗區(qū)地質(zhì)條件，本次試驗將使用水泥漿液作為主劑，根據(jù)注漿目的、地層物理力學(xué)性質(zhì)、環(huán)境水的侵蝕作用以及就近采購等原則，確定選擇鎣峰32.5R普通硅酸鹽水泥做為主劑材料。其物理化學(xué)性能指標(biāo)均規(guī)定。為了克服純水泥漿液的缺點，通常在實際應(yīng)用中會在水泥漿液中摻入一定量的摻合料配制成水泥-水玻璃溶液，綜合考慮普通水泥漿液流動性、穩(wěn)定性及結(jié)石強(qiáng)度等，推薦水泥－水玻璃漿液的配比為：水泥漿液水灰比1∶1，水泥漿液與水玻璃體積比1∶1。以解決純水泥漿液凝結(jié)時間無法控制，耗時太久，結(jié)石率低的問題。

4.3試驗區(qū)現(xiàn)場注漿試驗參數(shù)選擇

對于現(xiàn)場注漿試驗來說，試驗參數(shù)的選擇非常關(guān)鍵，因為參數(shù)選取將對注漿效果、成本帶來直接影響。主要的注漿試驗參數(shù)包括注漿深度、孔距、排距、擴(kuò)散半徑、壓力及注漿量等。

4.3.1注漿深度

注漿深度主要和工程性質(zhì)、加固巖土體的界限，地質(zhì)構(gòu)造等因素有關(guān)。此隧道地表注漿的目的是加固圍巖，增加巖土體的承載力，減少隧道開挖帶來的地下水大量流失，因此，注漿深度必應(yīng)該到達(dá)隧道基底以下。根據(jù)此隧道地表注漿試驗區(qū)地質(zhì)條件，綜合考慮隧道埋深以及注漿質(zhì)量等因素，將隧道基線以下6m到基線以上18m作為注漿范圍，因此，注漿深度為24m。單孔注漿分長度為8m的三段。

4.3.2注漿寬度

注漿寬度主要和注漿目的、圍巖的穩(wěn)定性、隧道開挖后地下水的壓力有關(guān)。本次隧道注漿試驗區(qū)地表注漿目的是減少隧道開挖帶來的地下水，降低施工事故的發(fā)生率，減少對環(huán)境的破壞。注漿寬度過小，無法實現(xiàn)注漿目的，過大則會增加施工成本，施工時間。通常來說，隧道開挖影響的范圍是以隧道軸線為基準(zhǔn)的洞徑的三倍。因此隧道地表注漿寬度選擇以隧道洞的軸線為中線，左右各取15m。

4.3.3注漿壓力

注漿壓力是指注漿段上承受的壓力，對于控制注漿質(zhì)量來說非常重要。在注漿時，使用較大壓力可以將漿液壓入到細(xì)小的巖層裂隙、孔隙中，還能擴(kuò)大漿液的擴(kuò)散范圍，降低需要鉆的孔數(shù)，降低施工成本，縮短施工時間；同時較大的注漿壓力可以快速析出其中漿液中水分，使結(jié)石密實飽滿。然而過高的注漿壓力將造成巖體破壞，形成更大的裂隙，導(dǎo)致注漿難度增加，引發(fā)地表抬動，損失大量漿液。根據(jù)試驗區(qū)巖體特征，地表注漿壓力初值P0取值范圍為0.5~1.5×105Pa，注漿方法系數(shù)m1取值范圍為0.5~0.6×105Pa/m，注漿段平均埋深D為12m，注漿次序系數(shù)m2的取值范圍為1~1.5。則根據(jù)最大注漿壓力的經(jīng)驗公式，P=P0m1m2D，計算出最大注漿壓力P的取值范圍為0.65~1.05MPa。

4.3.4漿液擴(kuò)散半徑

在特定施工工藝條件下，巖層土體中的漿液擴(kuò)散距離用漿液擴(kuò)散半徑來表示，是注漿時確定注漿孔位置的關(guān)鍵參數(shù)之一。計算注漿擴(kuò)散半徑的方法有多種，均有各自的適用范圍。此隧道地表注漿擴(kuò)散半徑主要采用柱形擴(kuò)散理論推導(dǎo)的公式計算，得到擴(kuò)散半徑為1.3m。

4.3.5注漿孔設(shè)置方式與數(shù)量

注漿試驗孔的設(shè)置沒有固定規(guī)律可循。一般來說，在透水性好的地段，孔距應(yīng)大一些；反之，則孔距應(yīng)小一些。之后再根據(jù)單位注漿量、透水率的變化，確定孔距、排距。試驗區(qū)Ⅰ序孔距為8.00m、4.00m、Ⅱ序孔距為4.00m、2.00m，Ⅲ序注孔距為2.24m，Ⅳ序注漿孔的位置布置了注前測試孔和注后檢查孔，豎井試驗區(qū)布置了13個注漿孔，5個注前測試孔和5個注后檢查孔。

5結(jié)語

綜上所述，本文針對某隧道工程現(xiàn)場注漿技術(shù)的試驗設(shè)計與實施進(jìn)行了探討、分析了影響試驗區(qū)現(xiàn)場注漿效果的地質(zhì)問題，并針對實驗設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，漿液材料選擇和配比進(jìn)行了探究，確定了各項現(xiàn)場注漿試驗設(shè)計參數(shù)，形成了一套適合于隧道工程的現(xiàn)場注漿實驗設(shè)計與實施方案。

作者：熊佳佳 單位：衡陽公路橋梁建設(shè)有限公司