劉彩花 昝伯陽 陳 超
(山西中部引黃工程建設管理有限公司 山西太原 030000)
山西省中部引黃工程某標段輸水隧洞斷面型式為馬蹄形,洞高3.4 m,洞寬3.4 m。隧洞使用銑挖機進行開挖,圍巖為低液限黏土層,施工過程中隧洞底板出現(xiàn)涌水,涌水量約50 m3/h,同時有細粉砂伴隨涌水涌出,初步判斷隧洞底部有粉砂層。涌水及粉砂造成開挖段底部形成泥水混合物,銑挖行駛和作業(yè)困難,嚴重影響開挖作業(yè)效率,此外長期的涌水有可能會影響隧洞后期的穩(wěn)定性,增加施工安全風險。
水玻璃為改性水玻璃,即酸性水玻璃。改性水玻璃漿液是采用料源廣、價格低、無污染的普通水玻璃和硫酸為主要原料,摻入少量外加劑配制成的粘度低、可靠性好、凝膠時間可控、穩(wěn)定性好的漿液。水玻璃模數(shù)在2.4~3.2 之間,其濃度為40 波美度。
先配置水泥-水玻璃漿液,采用水玻璃作為添加劑調(diào)節(jié)注漿液的初凝時間,水泥漿的水灰比1:1,水玻璃稀釋比例為1:1,注漿前做配比凝固時間試驗。根據(jù)壓漿試驗,發(fā)現(xiàn)進漿量很小,泵的壓力升高較快,漿液凝膠時間可選用5~6 min,經(jīng)現(xiàn)場試驗調(diào)整,確定漿液配比為:水泥漿的水灰比1:0.6,水玻璃摻量為水泥用量的12%~18%。
試驗時,注漿壓力控制在0.3~3.0 MPa 以內(nèi),從上部往下分孔注漿,先灌注水泥-水玻璃漿液。水泥漿必須經(jīng)過攪拌機攪拌均勻后,才能開始壓注,并在注漿過程中不停頓地緩慢攪拌;注漿壓力一般為0.3~3.0 MPa,漿液在泵送前經(jīng)過篩網(wǎng)過濾,在噴口處與水玻璃混合,注漿施工采用跳孔間隔注漿,保證注漿質(zhì)量。
鑒于隧洞滲水中含有粉細砂,需通過灌漿在隧洞掌子面和底板范圍內(nèi)形成一道止水帷幕。灌漿漿液滲透擴散至圍巖孔隙中并快速凝固,與周圍巖體結(jié)成具有一定強度的結(jié)石體,形成一個堵水帷幕,切斷地下水流通路,同時利用灌漿時的高壓對土體進行填充和擠壓,使得土體更加密實,從而達到固結(jié)圍巖和止水、保持圍巖穩(wěn)定、保障施工安全的目的[1]。
其次,隧洞斷面小,鉆孔操作不方便,鉆孔施工應分序進行,先掌子面后地板。掌子面鉆孔時,先鉆中心線任一孔,鉆孔后要根據(jù)出水情況,確定繼續(xù)鉆孔的位置,中心線孔若出水,說明內(nèi)部透水層在掌子面中心線以上,則往掌子面上部鉆孔,若不出水,則往掌子面下部鉆孔,灌漿試驗發(fā)現(xiàn)掌子面中心、底部均有不同程度出水情況,決定采用全斷面灌漿。此外,底板與隧洞兩側(cè)的孔位角度可根據(jù)現(xiàn)場操作條件進行微調(diào)。
堵水方案是:對隧洞掌子面及距掌子面25 m 范圍內(nèi)底板進行超前、加固復合灌漿[2],鉆孔深度20~25 m,灌注材料為水泥-水玻璃灌漿料或丙烯酸鹽灌漿料。灌漿堵水時先使用水泥-水玻璃灌漿料,若遇到粉砂層,水泥-水玻璃進漿料少或不能有效止水,則灌注丙烯酸鹽灌漿料。丙烯酸鹽灌漿料具有黏度低、流動性好、吸水膨脹等特點,漿液可以注入粉細砂層中擴散凝膠,把松散的砂粒固結(jié)成一個強度適中的塊體,在隧洞周圍形成一個防坍塌、防涌水的固結(jié)圈,從而達到加固和防水的目的。
3.1.1 掌子面布孔
沿隧洞掌子面中心設置三排注漿孔,孔徑為50mm,注漿孔間距為1.2 m,排距為1.2 m,成孔深度20~25 m,梅花形布孔,孔號分別為1#~9#;在隧洞掌子面與底板交匯處分三列分別以與底板夾角30°和60°布孔,孔號分別為10#~15#;在隧洞掌子面邊墻兩側(cè)與底板相交處布孔,孔號分別為16#、17#。隧洞掌子面布孔示意圖詳見圖1。
3.1.2 底板布孔
掌子面灌漿施工前,為確保施工操作時底板穩(wěn)定,可根據(jù)底板出水情況,提前對底板進行灌漿處理,處理范圍為距掌子面25 m 范圍內(nèi)底板,間距1.2 m,深度20 m,中間注漿孔垂直于底板,兩側(cè)的注漿孔與中間孔夾角20°。隧洞底板布孔平面示意圖詳見圖2。
圖2 隧洞底板布孔平面示意圖
3.2.1 鉆孔
根據(jù)設計圖紙孔位、鉆孔參數(shù),在工作面上放出鉆孔位置[3]。調(diào)整鉆桿的仰角和水平角,移動鉆機,將鉆頭對準所標孔位,檢查并調(diào)整好鉆桿的姿態(tài),按照孔位和設計間距進行鉆孔,掌子面沿隧洞軸線鉆孔剖面示意圖詳見圖3。鉆孔過程中記錄每個孔的出水和地質(zhì)情況,并插入管徑40 mm 鋼管作為注漿管。
圖3 掌子面沿隧洞軸線鉆孔剖面示意圖
3.2.2 配置漿液
水泥-水玻璃灌漿材料,采用水玻璃作為添加劑調(diào)節(jié)注漿液的初凝時間,水玻璃摻量為水泥用量的12%~18%,漿液粘度應為80 s~90 s,水泥漿的水灰比1:0.6,注漿的流量為8 L/min。
丙烯酸鹽灌漿材料為雙組份材料,使用時一般按A 組份:B 組份=1:1(質(zhì)量比)比例混合。A 組份含主劑、促進劑、交聯(lián)劑等組分;B 組份包括引發(fā)劑、膨脹劑、溶劑等組分;兩種組分按比例混合后形成漿液。
3.2.3 注漿
自上而下分孔注漿,先灌注水泥-水玻璃漿液。其中,水泥漿必須經(jīng)攪拌機攪拌均勻后,才能開始壓注,并在注漿過程中不停頓地緩慢攪拌;注漿壓力一般為0.3~2.0 MPa,漿液在泵送前經(jīng)過篩網(wǎng)過濾,在噴口處與水玻璃混合,注漿施工采用跳孔間隔注漿,保證注漿質(zhì)量,注漿段在規(guī)定的最大壓力下,注入率不大于0.4 L/min 后繼續(xù)灌注10 min 即可結(jié)束灌漿,或注入率不大于1 L/min 后繼續(xù)灌注15 min 即可結(jié)束灌漿。
當水泥-水玻璃進漿料小或不能有效止水時,采用丙烯酸鹽材料灌漿,灌漿壓力0.3~2.0 MPa,當相鄰灌漿管冒漿或壓力恒定5 min 視為灌漿結(jié)束。
壓漿完成后,待漿液凝固后及時清除孔內(nèi)浮漿和污水,采用水泥砂漿將注漿孔填塞密實。
為確保兩種灌漿材料的合理使用,在實際操作過程中,要特別注意鉆孔時對孔內(nèi)圍巖的觀察和判斷,灌漿過程中,根據(jù)進漿量和止水效果,適時更換灌漿材料[4]。通過現(xiàn)場科學的施工安排和嚴格的質(zhì)量控制,本工程灌漿施工洞段,能夠較為有效的形成隔離透水層帷幕,滲水量顯著下降,掌子面施工條件有了明顯改善。小斷面隧洞灌漿施工由于操作空間有限,鉆孔施工具有一定難度,本文通過對現(xiàn)場經(jīng)驗的介紹,旨在提供一種小斷面隧洞布孔方式的參考,為其他工程提供借鑒。