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摘要：本文对高速公路隧道透水施工、治理措施、注浆质量控制进行了简要的分析研究。
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关键词：公路隧道;透水施工；治理措施；
0引言
托苗坳隧道为一座上、下行合建的四车道高速公路连拱隧道。隧道最大埋深约74m。隧道起始桩号左线ZK75+780～ZK76+200，长420m；右线对应YK75+787.515～YK76+207.065。隧道左右侧设线间距440cm。表层覆盖第四系河流冲击物，松散，地表为水田，地下水发育。右侧谷坡处露变质粉砂石。洞身在托苗坳断裂影响范围内，与断裂近平行，受断裂影响呈碎块状，勘探成果显示，该段围岩主要由强～弱风化碎裂岩构成，其自稳能力极差，开挖易产生沉陷、塌落等工程地质问题，雨季地表水下渗亦较严重，会加剧围岩塌落、失稳的可能性，并且构造裂隙与地表相通，造成隧道涌水量特大。据地质勘察表明,隧道中透水、涌水的水源主要有下列4类:①覆盖层中的孔隙水;②基岩裂隙水;③断层带的裂隙水;④褶皱核部的裂隙水。
从施工实际情况看,涌水大的主要表现在进口段。据初步统计,施工至洞深50m长段时,左洞涌水量达到84.7L/s;右洞达到51.0L/s。且左、右两个洞的涌水均不仅仅是局部或某个段落,而是随着隧道的延伸而不断跟进、发展,呈股状、线状的涌水点就超过60多处。而进口段又是反坡施工,这就进一步加大了施工的难度和施工的成本。另一方面,由于遂道中大量的透水将使山上的水源流失,造成植被破坏进而影响生态环境。因此,如何妥善处理、防治隧道的透水问题就成为一个新的、难点课题。
1隧道防、排水设计
本隧道的防、排水设计主要遵循“以堵为主,防排结合,因地制宜,综合治理”的原则,争取隧道建成后洞内达到基本干燥的目的,保证结构和设备的正常使用和行车安全。隧道设计为人字坡,洞门口段200m为上坡,其余为下坡。也就是说工程完工后,隧道中的水除进口200m段排出外,其余220m的水都将从出口处排出。由于设计初期未发现大的储水构造带的特点,在设计方案上对隧道的防排水仅采用一般性措施。其设计防、排水方案如下:
1.1排水系统
该隧道上部沿纵向在初喷混凝土表面每5~10m设置了1道MF7型环状盲沟,下部在铺底找平层底每50m设置了1道Φ100HDPE型横向盲沟,纵向在两侧电缆沟底各设置了1根Φ110HDPE型双壁波纹管,该波纹管通过三通管与环向、横向和预埋在地下的排水管连接,再通过沿纵向每5~10m设置在地下的Φ100HDPE型排水管将水排入中心水沟。
在隧道底部路面下开曹设置了1条Φ50cm的中心水沟,主要排隧道地下水;在路面矮边一侧设置了1条Φ30cm的边沟,主要排路面上的水。
1.2隔水系统
隧道设计隔水系统分以下3步:在初期支护和二次衬砌之间铺设一层共挤防窜流ECB复合式防水板,该防水板将水阻隔在初支的表面,使水从所布设的环状盲沟中排入隧道底部的中心水沟;在二次衬砌混凝土的施工缝和伸缩缝间设置BW-96Ⅱ型膨胀止水条和DW-5D型中埋式止水带,将从防水板中渗漏出来的水挡回去,使之从盲沟排走;在二次衬砌混凝土中加入复合防水剂,使混凝土的抗渗级别达到S6级。目的是使从防水板中渗漏出的水不会在二衬混凝土中找到出路。
2隧道的防、排水施工
2.1施工期间的应急排水措施
由于进洞200m后全为反坡施工,且洞内涌水又很大,一旦停电或抽水管路出现故障,前方掌子面将很快被淹没。因此,必须配备应急发电系统和强大而有富余的抽水设备。
左、右线两个洞分别配置了250kW的发电机,并形成独立的供电线路;每个洞各设置了两趟直径为Φ200mm的排水管路,随着隧道的延伸而向前跟进;在铺底和二衬已成型的地段每800~1000m设置一个由多台大流量的污水泵形成的抽水泵站(每台水泵流量为3500L/min),两台工作,另两台备用;在已开挖但未成型地段每50~100m设置1个临时小型抽水泵站;在大型泵站用壶标法自动抽水,在临时小型泵站用人工抽水,以保证掌子面随时不积水;左、右线各成立一个由22人组成的排水班组,分别进行管路焊接、安装、维修、设置抽水泵站、抽水和巡视工作,并将电工、修理工和巡视工配备了摩托车作为交通工具,确保抽水系统正常运转。如此,隧道从开工至今始终能确保掌子面的干燥,也使施工能得以顺利开展和保障了安全文明施工环境,施工组织和施工管理先进配套。
2.2注浆堵水
为了减少施工中的排水量,降低隧道设计中心水沟的过水负荷,减少地层中水量的流失及生态环保的要求和确保施工的正常进行,隧道在股水和涌水较大地点必须采取“注浆堵水、堵、排结合”的防排水措施。
2.2.1注浆范围
隧道周边有大的股水和涌水处均采取注浆堵水。布孔注浆范围在透水、涌水周边应加宽1~1.5m。若注浆过程中由于裂隙原因造成透水范围扩大,注浆范围也要相应扩大;而且注浆前必须先在透水中心打泄水孔,然后再从周边往中心逐步注浆,最后再封孔见图1。注浆方法采用渗透法双液注浆。钻孔及注浆原则为先外后内、先疏后密、外密内疏、反复钻注、开孔诱导。布孔参数确定。注浆扩散半径根据注浆试
图1注浆范围及布孔
验结果取R=65cm。钻孔的间、排距按1.0mХ1.0m,呈梅花形布置。孔径Φ52mm,孔深3m,采用风钻垂直于岩面打设布孔。每孔注浆量:
Q=ЛR2LnK
式中: Л为圆周率3.14;R为注浆扩散半径R=0.65m;L为钻孔深3m;n为岩石孔隙率取0.15;K为充满系数0.8。
注浆管制作安装。注浆管用Φ48mm的钢管制作,每根长3m。前端制作成尖型,后端车丝扣或马牙扣;花管前2.3m长段钻花孔,孔径Φ8mm。注浆管制作好以后在每个注浆孔内插入注浆管,并外露出20cm作接头。在孔口30cm深管周围用锚固济封堵。对有水流出的孔可在尾端安装带闸门的注浆管。双液浆的配制。水泥浆的配制。按水(水泥=1：1的比例配制纯水泥浆,采用机械搅拌,过滤后盛入吸浆桶内备用。水玻璃一般为30~50的波美度,采用35波美度的水玻璃浆(用波美计测定),模数为2.4。直接盛入吸浆桶内备用。试制双液浆并测试凝固期和强度。在地面按上述比例配制,两种浆液配合比为:水泥浆(水玻璃浆=1：0.35~1：0.6,混合后观察其凝固时间和强度。凝固时间和强度受水玻璃浆浓度和水玻璃浆量的影响,试制中调整这两个参数使初凝时间控制在2~3min。测试出适合的凝固期和强度后,再修正水玻璃浆量,进行正式注浆。隧道采用1：0.5的比例,注浆浓度转换按浓、中稀、极稠的方法终孔。
2.2.2注浆准备
按上述测试并调整后的比例分别配制水泥浆和水玻璃浆分盛在两桶内备用;①检查双液注浆泵是否完好,龙头吸浆是否畅通,压力表是否灵敏等;②人员配备:开泵1人,注浆操作1人,运装水泥2人,搅动水泥浆1人,配制水玻璃浆1人,观察记录1人。
2.2.3注浆实施及要求(见图2)
图2注浆工艺图
准备工作就绪后,可先吸清水试泵,然后再进行正式注浆。水玻璃浆量由龙头前的闸门来控制吸浆量。开始可少量吸入水玻璃浆,然后再逐渐增加,最后达到设计量。每注完一个孔后,将两龙头放入清水中立即吸清水冲洗,避免管内凝固堵塞。注浆终孔的确定:初始注浆压力控制在0.2~0.3MPa,注浆终压为1~1.5MPa。当浆液从附近缝隙中溢出时终止,确保浆液不流失。若水未能堵住,可适当加密注浆孔再次注浆。若浆液被水冲走不能固结止水时,一是在注浆过程中将漏水的孔暂时堵塞;二是加大水玻璃浆量和注浆浓度。
2.2.4注浆质量控制
①注浆应进行钻孔取样检查。检测结石体抗压强度,浆脉渗透状况和固结质量,注浆结束后不再出现透水、漏水。
②检查孔注水试验,即注浆前后注水量比较。③测定注浆渗透状态和固结状态。④在实施注浆过程中的异常情况进行分析和制定处理措施。总之,注浆填充、堵水是一项多学科的综合技术。在实际施工中,因条件不一致,只有用理论结合现场条件,灵活发挥,才能达到理想效果。注浆压力过大时,有可能引起裂隙的扩展和注浆垫层的破坏,导致注浆过程的失败。因此,确定应力耦合条件下浆液的渗流过程及注浆极限压力是很有必要的。
3 效果分析
通过对隧道的防水、排水和堵水的实施,从总体上看是比较成功的。①注浆堵水使大的涌水得到有效的控制,从而减少了脉水资源的流
失;
②确保了施工的正常进行,解决了施工中因透水而造成工程一时受阻的困难;合理的防、排水措施既加快了施工的进度,又确保了机械设备和人员的安全,也营造了一个良好的施工环境,确保了安全文明施工;
③从已经施作的二次衬砌来看,拱圈以上部分没有出现渗漏水,使施工质量得到有效保证,具有广泛的社会效益和经济效益。 |
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发表于 2018-7-16 20:52:42