探析隧道施工帷幕注漿堵水

1、探析隧道施工帷幕注漿堵水【摘 要】 在特長大隧道修建過程中不可避免會(huì)遇到高壓、富水、巖溶等不良地質(zhì)條件，施工過程中常發(fā)生高壓涌 水、突泥現(xiàn)象，給施工和環(huán)境保護(hù)都帶來了巨大的困難和安 全隱患，在高水壓、富水區(qū)修建長大隧道是一種具有挑戰(zhàn)性 的世界難題。本文依托銅鑼山隧道高水壓、富水、巖溶的特 點(diǎn)，結(jié)合周圍環(huán)境條件，研究了帷幕注漿堵水的相關(guān)理論。 從溶液型漿材和懸濁液型漿材兩方面探討了注漿材料的種 類，以銅鑼山隧道施工的帷幕注漿堵水為基礎(chǔ)，概述了國內(nèi) 外常用的注漿設(shè)計(jì)和注漿施工工藝?！娟P(guān)鍵詞】隧道施工；注漿；堵水；工藝1 引言本文涉及銅鑼山隧道施工，若采取排水方案將造成巖溶 地下水水位大幅下降，導(dǎo)致

2、翼部暗河出口水量大幅減小，嚴(yán) 重時(shí)極可能被襲奪疏干；水位大幅下降，相應(yīng)地水力梯度會(huì) 大幅增加，溶蝕加強(qiáng)，長期如此，隧道通過地帶居民飲水水 源的小巖溶泉水點(diǎn)將被襲奪疏干，地下水和隧道的埋深均較 大,地表松散層非常薄，疏干排水極可能會(huì)產(chǎn)生大面積巖 溶塌陷，危及村民的生命、財(cái)產(chǎn)安全；巖溶水水流不斷攜帶甚至巖溶塌陷；因此，堵水施工也是確保隧道安全開挖的前 提。為保證銅鑼山隧道建成后的“綠色工程”，銅鑼山隧道對(duì)于 水的處理采用“以堵為主、限量排放”的原則。2 注漿材料種類的選擇隨著注漿技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的逐年擴(kuò)展，漿材也從早期的粘土、石灰和水泥發(fā)展到現(xiàn)在的水泥水玻璃漿與各種化學(xué)漿液共存的快速發(fā)展時(shí)期。

3、注漿材料通常指漿液中的主劑，為化學(xué)材料和粒狀材料；漿液是同主劑、溶劑、固化劑等經(jīng)混合后所配成的液體可分為溶液型和懸濁型兩大類。2.1溶液型漿材(1 )水玻璃類漿液水玻璃類漿液是由水玻璃溶液和膠凝劑組成，具有可注性好，凝膠時(shí)間短，毒副作用小等優(yōu)點(diǎn)。水玻璃是化學(xué)注漿 中最早得到應(yīng)用的材料2。(2) 丙烯酸鹽類漿液丙烯酸鹽漿液是由一定濃度的單體、引發(fā)劑、緩凝劑、交聯(lián)劑等組成的水溶液，漿液可注性好，膠凝時(shí)間可控制在 數(shù)秒至數(shù)小時(shí)之間。(3) 木質(zhì)素類漿液木制素類漿液由紙漿廢液、促凝劑和膠凝劑等組成。木 質(zhì)素類漿液包括硫木素和錚木素漿液。硫木素漿液低毒、無毒，是可用性高的注漿材料。而鉛木素漿液固化劑為重

4、鉛酸 納，其毒性大，無法大規(guī)模使用。(4) 聚氨酯類漿液聚氨酯類漿液分水溶性和非水溶性。水溶性漿液具有親水性，漿液可均勻地分散或融解于水中，膠凝后形成包含大 量水的彈性體；非水溶性漿液難以被地下水沖稀，遇水膨脹， 粘度低，擴(kuò)散半徑和凝固體積比大，無環(huán)境污染，可注性能 好。(5 )環(huán)氧樹脂類漿液環(huán)氧樹脂類漿液的優(yōu)點(diǎn)是粘結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度高、收縮小、 化學(xué)穩(wěn)定性好，它的粘結(jié)力和內(nèi)聚力都較混凝土大，所以可 用于結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。但存在漿液粘稠，可注性低，憎水性強(qiáng)，與 潮濕裂縫粘結(jié)力差等不足。2.2懸濁液型漿材懸濁液型漿材是指固體顆粒懸浮在水中的注漿材料。主 要包括純水泥漿、水泥粘土漿、水泥水玻璃漿等。(1 )水泥

5、漿液普通硅酸鹽水泥是目前注漿工程中最常用的注漿材料。 水泥細(xì)度是決定水泥性能的重要因素之一。水泥漿液材料造 價(jià)低，無毒性，來源廣，施工工藝簡單方便，結(jié)石率能達(dá)到 99% ,結(jié)石抗壓強(qiáng)度可達(dá)22mpa3o水泥漿液的缺點(diǎn)是易 沉淀析水，穩(wěn)定性差，不適宜動(dòng)水條件下注漿。由于本文涉 及的銅鑼山隧道施工并無特殊要求，因此水泥漿液是施工所 用的主要材料。(2 )水泥粘土類漿液水泥粘土漿液是由水泥與粘土和水按比例混合而成。因粘土具有親水性好，分散性高的優(yōu)點(diǎn)，所以漿液沉淀析水性 小，水泥粘土漿液的穩(wěn)定性很高。水泥粘土類漿液的結(jié)石率 可高達(dá)100% ,結(jié)石抗壓強(qiáng)度達(dá)13.6mpao(3)水泥水玻璃類漿液水泥水玻

6、璃漿液也叫cs漿液，是用水泥和水玻璃作主劑，按配比混合成雙液方式注入，也可加入速凝劑或緩凝劑 來調(diào)整膠凝時(shí)間。其膠凝時(shí)間可調(diào)整在數(shù)秒內(nèi)，可達(dá)到控域 注漿的目的，彌補(bǔ)了單一水泥漿的凝結(jié)時(shí)間長的缺點(diǎn)，目前 應(yīng)用極其廣泛。(4)超細(xì)水泥漿液超細(xì)水泥最大粒徑10pm ,平均粒徑僅4pm )o因此它能 夠滲入到滲透系數(shù)為10-3-10-4cm/s的細(xì)砂層和巖石的細(xì) 裂隙中。且抗壓強(qiáng)度高，結(jié)石耐久性強(qiáng)，漿液可注性好，穩(wěn) 定性高。對(duì)于富含水飽和地層而言，采用超細(xì)水泥較其它材 料優(yōu)勢明顯。3 注漿設(shè)計(jì) 目前，注漿設(shè)計(jì)方法均采用注漿參數(shù)為定值的''安全系數(shù)法”,且大多是依賴工程經(jīng)驗(yàn)，保守、準(zhǔn)確性

7、低，需進(jìn)一步發(fā) 展。因注漿介質(zhì)的不均一性、復(fù)雜性及注漿影響因素的不確 定性，使很多關(guān)于注漿的研究成果仍處于定性階段或無法精 確定量，很難在實(shí)踐注漿設(shè)計(jì)中得到運(yùn)用。所以在注漿設(shè)計(jì) 中往往采用現(xiàn)場注漿試驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式確定參數(shù)4。通常規(guī)定，地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域注漿或較大規(guī)模的注漿 工程，必須先進(jìn)行注漿試驗(yàn)確定參數(shù)后，再正式注漿。隨著 注漿應(yīng)用領(lǐng)域及注漿規(guī)模的逐年擴(kuò)大，以往的單一注漿方式 已不能滿足工程的需要。因此，如今在注漿設(shè)計(jì)中大多采用 綜合注漿法，也就是在一個(gè)注漿區(qū)采用幾種注漿方式和幾種 不同性質(zhì)的漿材聯(lián)合，以滿足不同的地質(zhì)單元與邊界注漿目 的的需要。另外確定注漿需達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也十分重要，標(biāo)準(zhǔn)高

8、低 的選擇影響到注漿工程的進(jìn)度、質(zhì)量、造價(jià)以及建（構(gòu)）筑 物的安全。原始階段的注漿目的相對(duì)單一，現(xiàn)代注漿需同時(shí) 滿足多個(gè)目標(biāo)，所以注漿標(biāo)準(zhǔn)也就變得復(fù)雜化和多樣化，這 無疑會(huì)給注漿設(shè)計(jì)參數(shù)的選取增加更大的難度。另外，還必 須要考慮到注漿對(duì)周邊環(huán)境的影響，也就是環(huán)?？刂埔螅?這個(gè)問題也越來越受到關(guān)注，甚至成為注漿方案選擇或放棄 的重要原則，其對(duì)注漿方式，注漿材料要求都提出嚴(yán)格的限 制。 總之，注漿設(shè)計(jì)過程是一個(gè)多模糊性，多影響因 素的復(fù)雜動(dòng)態(tài)隨機(jī)過程，且因設(shè)計(jì)多采用半經(jīng)驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)公 式，所以導(dǎo)致實(shí)際值與計(jì)算值差別很大。4注漿施工工藝4.1單液注漿和雙液注漿單液注漿，是通過壓力傳遞，使?jié){液沿地層應(yīng)力

9、場中弱 應(yīng)力分布區(qū)或最小主應(yīng)力面劈裂、延伸，形成不規(guī)則狀或脈 狀的凝結(jié)體，具有擠實(shí)和壓密作用，進(jìn)而使土體的孔隙減小， 壓縮模量增大5。單液注漿的優(yōu)點(diǎn)是施工操作簡單，速度快, 造價(jià)低；雙液噴射注漿是將帶有噴頭的注漿管下入到地層， 利用壓縮空氣流保護(hù)的高壓水射束，對(duì)土體進(jìn)行沖切切割， 同時(shí)注入漿液，使其成為理想形狀的凝結(jié)體。采用雙液噴射 注漿時(shí)，注漿的范圍及形狀可控，施工進(jìn)度快，成本低。4.2“孔口封閉”式、“孔內(nèi)卡塞”式、綜合注漿“孔口封閉”注漿是在孔口處安裝孔口管，由上至下分段鉆 進(jìn)，安設(shè)孔口封閉器注漿，如此循環(huán)鉆注直至結(jié)束；“孔內(nèi)卡 塞”注漿即下入套管一次性鉆孔到底，套管跟至最底段，下入 止

10、漿塞至套管底部進(jìn)行注漿，由下至上分段注漿，最后一段 安設(shè)孔口管進(jìn)行灌注。綜合注漿是根據(jù)現(xiàn)場施工實(shí)際情況采 用以上兩種方式相結(jié)合的注漿方式。5結(jié)語銅鑼山隧道工程采用高水壓、富水區(qū)帷幕注漿綜合技術(shù) 進(jìn)行施工，解決了大型高壓、富水、深埋、充填型溶洞注漿 加固的技術(shù)難題，并取得了新的科研成果。推動(dòng)了隧道及地 下工程施工技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。為 確保銅鑼山隧道順利實(shí)現(xiàn)貫通，除對(duì)高壓富水的防治外，還 應(yīng)做好隧道前方地層預(yù)報(bào)工作，準(zhǔn)確及時(shí)的地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)調(diào)整 開挖方案有重要的指導(dǎo)意義，可有效避免隧道涌砂突泥出 現(xiàn)，避免災(zāi)害性事故發(fā)生。參考文獻(xiàn)1吳建元大瑤山隧道帷幕注漿及地表深孔注漿施工技術(shù)j鐵道建筑技術(shù),2005 ,( 51 )2鄒振華全斷面帷幕注漿堵水