桓集隧道工程TBM施工洞段生產性灌漿試驗方案

高 巖

(沈陽市排水公司，遼寧 沈陽 110015)

1 工程概況

本標段主洞長41.09 m，縱坡i=0.28‰，其中主洞鉆爆段3.40 km，TBM施工洞段37.69 km(洞徑φ8.5 m)，主洞采用兩臺TBM施工，主洞TBM施工洞段斷面為圓形，開挖洞徑為8.5 m，初期支護成洞洞徑8.2～8.5 m，襯砌成洞洞徑為7.3～7.7 m。

2 試驗區工程地質

25+817.031～25+801.031段為Ⅲb類圍巖，洞室圍巖為白堊紀侵入花崗斑巖，肉紅色，巖石微風化-新鮮巖，屬堅硬巖，斑狀結構、塊狀構造、節理較發育-不發育，局部完整性差，洞室呈潮濕狀、地下水不發育，T1-1段實際揭露的地質具有較強的代表性。23+457.031～23+445.031段為Ⅳ類圍巖，洞室圍巖為集安群清河組混合巖，屬于斷層F4U-1影響帶，斷層F4U-1延伸至樁號23+464消失于側壁，該段巖體破碎，圍巖不穩定，現場實際坍塌較小，洞室呈潮濕狀，局部滴水，利于固結灌漿，具有代表性。

3 灌漿材料

本工程使用的灌漿材料主要包括外加劑、水泥、砂等，這些材料都達到了規定的質量要求。所有材料入庫之前都按照規范要求進行檢查和驗收。具體如下：

(1)水泥：選用袋裝低堿普通硅酸鹽P·O42.5水泥。

(2)磨細水泥：選用HSC含水細砂型注漿材料(固結灌漿第二施工時段使用)，材料主要性能滿足表1指標。

表1 HSC(含水細砂型)主要性能指標

(3)水：灌漿用水符合拌制混凝土用水的要求，本工程使用沒有污染的自來水。

(4)摻和劑：灌漿砂選用質地堅硬的河砂，要求河砂的質地堅硬，河砂的顆粒直徑控制在1.5 mm以內。

4 TBM施工洞段灌漿順序

25+913.031～25+769.031段進行回填灌漿試驗，回填灌漿結束后，制漿站移動至23+457.031～23+445.031(Ⅳ類圍巖)段進行第一時段的固結灌漿試驗，再根據灌漿試驗成果確定第二時段固結灌漿試驗。25+913.031～25+769.031段回填灌漿試驗在邊頂拱襯砌強度達到設計強度的70%時進行，回填灌漿由低端向高端施灌，分兩序施工，先一序后二序。固結灌漿分為兩個施工時段，每個時段按環間分序的方法施工，左右間隔灌漿，共分兩序施工。

4.1 回填灌漿造孔

為了防止鉆孔的過程中鉆到鋼筋，在進行回填灌漿鉆孔時，按照設計要求使用Φ50PVC管作為造孔導向管[1]。使用移動式平臺架、人工YT28手風鉆進行鉆孔作業。進行造孔作業時，也順著預埋管將襯砌打穿，深入到圍巖中10 cm。對混凝土空腔尺寸和混凝土厚度進行記錄。

4.2 回填灌漿措施

設計采用純壓式灌漿法進行回填灌漿，灌漿材料選用強度等級為P·O42.5的普通硅酸鹽水泥，河砂的顆粒直徑控制在1.5 mm以上。對襯砌段拱90°范圍進行回填灌漿，設計鉆孔深度為10 cm，鉆孔排距為3 m，孔徑為φ38～42 mm，孔位偏差保持在10 cm以內[2]。要求鉆孔方向和鉆孔深度都要達到設計要求?；靥罟酀{試驗布孔如圖1所示。

圖1 回填灌漿試驗布孔圖

4.3 灌漿壓力及漿液水灰比

設計灌漿壓力為0.3～0.5 MPa，要求灌漿壓力控制在0.5 MPa以內。按照0.5∶1的水灰比拌和水泥漿液。對于不良地質段的塌腔位置要使用水泥砂漿進行灌注，摻砂量要保持在水泥重量的200%內。

4.4 固結灌漿試驗施工措施

在仰拱上部1 m左右的位置將固結灌漿抬動觀測裝置埋設好，造孔要深入到基巖中2 m。分別在壓水試驗時、灌漿之前、灌漿過程中以及灌漿結束后進行抬動觀測，當抬動觀測值大于設計允許值200 μm時，要立即終止灌漿，并在凝固8 h后掃孔復灌。

本工程固結灌漿施工范圍主要包括隧道V級圍巖和IV級圍巖，第一施工時段使用無蓋重全孔循環純水泥灌漿，在進行混凝土襯砌之前要做好固結灌漿施工，在進行第二施工段固結灌漿施工時可以使用全孔純壓式灌漿方法進行施工，灌漿孔布置如圖2所示。

圖2 固結灌漿試驗造孔布置圖

在回填灌漿完成7 d后進行固結灌漿，進行固結灌漿時需要按照“環內加密、環間分序”的原則進行灌漿。灌漿孔在底板中心線孔左右對稱布置，統一對各孔位進行編號，灌漿采用從下至上、左右間隔的順序進行灌漿，第一時間段使用全孔洞內循環灌漿法進行施工，第二時段使用全孔純壓實灌漿法進行施工。當灌漿前出現涌水、灌漿后出現返漿等情況時，需要待凝。為了避免混凝土面或巖石面被抬動，按照一泵灌一孔的原則進行固結灌漿。當出現串漿的情況時，使用群孔并聯灌注法進行施工，并聯孔數要保持在3個以內，將灌漿壓力控制好。在孔口的進漿管路上安裝壓力表，壓力值宜讀取壓力表指針擺動的中值。指針擺動范圍應小于灌漿壓力的20%，擺動范圍應作記錄。第一時段使用強度等級為P·O42.5的混凝土，灌漿壓力要保持在1.5～1.8 MPa；第二個時間段使用HSC含水細砂型注漿材料進行施工，固結壓力要控制在0.5～0.8 MPa。要盡快使灌漿壓力達到設計值，使用分級升壓的方式進行注入率大的孔段的灌漿施工，直到其達到設計要求。嚴格按照設計水灰比進行灌漿施工，灌注過程中將漿液從稀到濃逐級進行轉換，持續保持灌漿壓力不變[3]。當注入率保持不變或注入率持續減少導致注漿壓力不斷升高時，不允許對水灰比進行改變。在進行第一時段的灌漿施工時，按照1∶1、0.8∶1、0.6∶1三個比級進行灌注，第二時段灌漿漿液采用0.8∶1～0.6∶1進行灌漿施工。第一灌漿時段當某一比級漿液注入量已達300 L以上或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應換濃一級水灰比漿液灌注；當注入率大于30 L/min時，根據施工具體情況，可越級變濃。灌漿技術參數對比如表2所示。

4.5 灌漿結束標準

固結灌漿結束條件為：在該灌漿段最大設計壓力下，第一時段當注入率不大于0.4 L/min后，繼續灌注30 min，第二時段當注入率不大于1 L/min后，繼續灌注10 min，可結束灌漿。

表2 灌漿技術參數對比表

4.6 封孔

完成單元工程灌漿時，要對物探測試孔、觀測孔進行封孔處理。進行固結灌漿封孔之前要先將鉆孔中的污物和積水排除，使用“壓力灌漿封孔法”和“機械壓漿封孔法”進行封孔，將孔口抹平，并將露出在回填混凝土表面和襯砌表面的埋管割除[4]。

4.7 特殊情況的處理

(1)在進行灌漿作業過程中，如果耗漿量或者灌漿壓力突然間變大，要立即查明原因，并采取相應的處理措施。

(2)灌漿作業時，如果發現回漿濃度變大，要使用相同水灰比的新漿液進行灌漿。如果漿液依然變濃要立即向監理工程師反映，并按照監理工程師的指令進行處理。

(3)進行灌漿作業時，如遇到漏漿、冒漿等情況時，可以采用限量、濃漿、降壓、封堵、間歇灌注等方法進行處理。

(4)在進行灌漿作業時，如果出現了竄孔的情況，可以使用兩孔并灌的方法進行處理，如果依然有竄孔的情況存在，要先堵死竄孔。在灌孔結束后立即沖洗被堵孔，如果沖洗后依然達不到設計要求，則需要重新進行掃孔，然后進行正常灌漿[5]。

(5)對于正在灌漿的區域或者已經完成灌漿的區域，在灌漿區30 m范圍內不允許進行爆破作業。

(6)在進行灌漿時，如果灌漿孔出現灌漿量超耗的情況時，要立即向現場監理工程師反映，并由監理工程師進行確認。

5 灌漿質量檢查

5.1 回填灌漿質量檢查

在回填灌漿結束7 d后需要對此位置的回填灌漿質量進行檢查。在灌漿完成后，對灌漿資料進行提交，確定檢查孔孔位。一般來說，要將檢查孔設置在灌漿過程中出現異常的位置，檢查孔的數量為灌漿孔總數的5%。使用鉆孔注漿法檢查回填灌漿質量，將水灰比為2∶1的漿液注入到孔內。在規定壓力下，初期10 min內漿液的注入量不超過10 L就可以判斷為合格。

5.2 固結灌漿質量檢查

本工程采用壓水試驗為主、靜彈性模量為輔的方法檢查固結灌漿質量，一般來說，在灌漿結束3～7 d后進行固結灌漿壓水試驗。灌漿完成后要向監理人提交灌漿資料。檢查孔的數量要保持在灌漿孔總數的2%以上。如果壓水試驗顯示透水率在5.0 Lu以內就為合格。否則就需要按照監理人的指示要求進行處理。在灌漿試壓結束14 d后在壓水檢查孔中對固結灌漿后的巖體進行波速測試。

6 結 論

桓集隧道工程TBM施工洞段灌漿試驗在經過工藝技術試驗、室內室外漿材試驗以及檢查孔的監測后，試驗成果達到了預期要求，在采用灌漿法進行處理后，有效改善了地層滲透性，達到了防滲要求。