淺埋隧道破碎帶巖體注漿技術(shù)
關(guān)鍵詞：隧道；注漿；施工
一、隧道工程建設(shè)中的破碎帶現(xiàn)象
構(gòu)造作用形成的破碎帶是巖土工程中常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象。通常，破碎帶巖體是作為一個(gè)強(qiáng)度低、透水性大、易變形的軟弱巖帶存在，其工程力學(xué)性質(zhì)與兩側(cè)巖體有顯著差異，因此，往往成為工程建設(shè)中的控制性因素。隧道工程建設(shè)過(guò)程中通常會(huì)遭遇構(gòu)造作用形成的破碎帶巖體，斷層及其破碎帶是隧道開(kāi)挖支護(hù)施工中難度很大、容易出現(xiàn)事故的地段。結(jié)合蘭臨高速公路隧道實(shí)例，發(fā)現(xiàn)F4斷層破碎帶內(nèi)為斷層泥、角礫巖、碎塊巖及片石等,具有主斷層面較寬、斷層泥較厚、富水、節(jié)理發(fā)育、巖體破碎、局部有拖拉和牽引現(xiàn)象等特征；在分析金川三礦區(qū)巷道構(gòu)造帶圍巖的力學(xué)特性時(shí)，認(rèn)為破碎帶巖體具有明顯的流變特性；另外，多項(xiàng)工程的理論和實(shí)踐研究均表明，隧道的施工過(guò)程中常會(huì)遇到構(gòu)造作用形成的破碎帶，此類(lèi)巖體對(duì)隧道工程的穩(wěn)定性非常不利。
海底隧道的建設(shè)過(guò)程中通常也會(huì)遭遇不良地質(zhì)段，以中國(guó)目前正在和即將開(kāi)工建設(shè)的3個(gè)大型海底隧道工程為例，廈門(mén)翔安隧道4處穿越風(fēng)化槽、青島膠州灣隧道海域穿越14條斷層破碎帶以及大連灣海底隧道穿越多個(gè)地層界面，部分地段還將遇到溶洞、溶槽等巖溶構(gòu)造。其對(duì)工程的影響主要包括：
�、亠L(fēng)險(xiǎn)性大，易于出現(xiàn)突水等災(zāi)難性事故；
�、谑┕みM(jìn)度慢，施工方法復(fù)雜，通常還要帶水施工；
③需要特殊的支護(hù)和超前預(yù)支護(hù)手段；
④需采取特殊的防排水方案和技術(shù)措施。
不良地質(zhì)體的存在己成為水底隧道工程建設(shè)的難點(diǎn)。
針對(duì)隧道建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，多種施工方法得到了廣泛應(yīng)用，并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。針對(duì)隧道工程中破碎帶巖體的注漿技術(shù)即為其中的一種，以下即對(duì)其進(jìn)行研究現(xiàn)狀的分析。
二、破碎帶巖體注漿機(jī)制
注漿是將一定的材料配制成可流動(dòng)的漿液，通過(guò)壓送設(shè)備壓入到土層空隙和巖層裂隙中，使其擴(kuò)散、膠凝、固化，從而改善巖土物理和力學(xué)性質(zhì)的工程處理方法。注漿作用的目的是：通過(guò)注漿，改良巖體的現(xiàn)有的性質(zhì)或從根本上改變巖體的物理化學(xué)性質(zhì)。注漿之所以能達(dá)到目的，主要依靠下述作用：
①化學(xué)膠結(jié)作用。水泥漿或化學(xué)漿，發(fā)生能夠產(chǎn)生膠結(jié)力的化學(xué)反應(yīng)，把巖石或土粒粘結(jié)在一起，使巖體的整體性得到加強(qiáng)。
②惰性填充作用。填充在巖石裂隙及土孔隙中的漿液凝固后，具有不同程度的剛性而改變巖層及土體對(duì)外力的反應(yīng)機(jī)制，使巖體的變形受到約束。
�、垭x子交換作用。漿液在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，某些化學(xué)劑能與巖體中的元素進(jìn)行離子交換，從而形成具有更加理想力學(xué)性能的新材料。注漿機(jī)制是設(shè)計(jì)與施工的基礎(chǔ)與依據(jù)。按照流動(dòng)漿液與巖土體相互作用的方式可分為滲透注漿、劈裂注漿和壓密注漿等。如前所述，破碎帶巖體特性與一般的土體有明顯的區(qū)別，同時(shí)也有別于自然界常見(jiàn)的含節(jié)理裂隙的巖體。在綜合研究破碎帶巖體微觀特征、現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)以及分析眾多已有資料的基礎(chǔ)上，針對(duì)破碎帶巖體注漿特征，認(rèn)為破碎帶的注漿機(jī)制主要表現(xiàn)為賓漢姆流體的壓密和劈裂注漿，其中，主要以劈裂注漿為主，壓密注漿為輔。
三、破碎帶巖體超前預(yù)注漿技術(shù)
因復(fù)雜的構(gòu)造作用形成的破碎帶，其巖體力學(xué)強(qiáng)度低，目前，國(guó)內(nèi)外在處理破碎帶巖體隧道開(kāi)挖時(shí)，普遍采用超前預(yù)加固技術(shù)，主要包括超前錨桿、管棚、超前灌漿和人工凍結(jié)法等，顯然，超前預(yù)注漿作為一種行之有效的工程處理措施，己經(jīng)廣泛應(yīng)用于該類(lèi)巖體的處理過(guò)程中。破碎帶巖體的預(yù)注漿就是在地下工程掘進(jìn)至破碎帶巖體之前，停止掘進(jìn)，利用掘進(jìn)工作面與破碎帶巖體之間的巖帽為保護(hù)層，或構(gòu)筑止?jié){墊（止?jié){墻），從工作面打孔注漿，然后再進(jìn)行掘進(jìn)工作的一種方法。與一般的注漿方法不同，超前預(yù)注漿時(shí)注漿孔的方向?yàn)樗交蚪扑健?/p>
�。╨）止?jié){墻
在第一循環(huán)全斷面預(yù)注漿施工時(shí)，工作面設(shè)置止?jié){墻，止?jié){墻厚度1.5m，根據(jù)實(shí)際情況檢算可進(jìn)行加厚。施工止?jié){墻前，對(duì)基面進(jìn)行清理，用風(fēng)鎬對(duì)周邊圍巖開(kāi)挖溝槽，深度0.8-1.2m。當(dāng)圍巖破碎，虛碴很深或節(jié)理裂隙發(fā)育、導(dǎo)水性強(qiáng)時(shí)，可用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)向巖體深處打注漿孔，埋設(shè)注漿管，用早強(qiáng)水泥加固周邊巖體然后再挖槽，使止?jié){墻嵌入到圍巖內(nèi)。
�。�2）注漿方式及注漿孔的布置
注漿方式是指分段注漿的順序，一般分為前進(jìn)式和后退式兩種。注漿小分段長(zhǎng)度和注漿方式可以根據(jù)巖石的裂隙發(fā)育程度和注漿孔的涌水量來(lái)確定，在破碎帶巖體中，通常采用分段前進(jìn)式，注漿分段長(zhǎng)度一般為2-5m。另外，注漿孔數(shù)量與裂隙的發(fā)育程度、漿液有效擴(kuò)散半徑和隧道的斷面大小等因素有關(guān)。注漿孔數(shù)量及其位置主要以保證形成足夠而有效的注漿壁為前提。為提高注漿效果，應(yīng)力爭(zhēng)使得注漿孔與更多的裂隙切割。
�。�3）鉆孔與注漿
鉆孔前按照設(shè)計(jì)及鉆機(jī)所在位置，計(jì)算出各鉆孔在工作面上的坐標(biāo)，放出注漿孔的準(zhǔn)確位置，以隧道中軸線(xiàn)為中心呈傘狀布置。開(kāi)孔:鉆機(jī)采用低壓力、慢鉆速，采用小120mm鉆頭開(kāi)孔，鉆深2-3m，退出鉆桿。開(kāi)孔直徑不小于110mm、終孔不小于小90mm�？卓诠馨惭b:鉆孔3m后安裝孔口管（一端焊有法蘭盤(pán)的鋼管），全部注漿孔孔口均設(shè)置孔口管，孔口管采用中108mm熱軋無(wú)縫鋼管，壁厚5mm，長(zhǎng)3m，并按要求設(shè)置防突裝置。安設(shè)孔口管前，先在鋼管上纏繞麻絲，用鉆機(jī)強(qiáng)力推入孔中并用膨脹螺栓加固，以免測(cè)量水壓或注漿時(shí)鋼管沖出孔外，影響注漿和危及人身安全。
�。�4）施工技術(shù)措施
l）注漿工作面開(kāi)挖一次到位，并在底部設(shè)置積水坑。2）每個(gè)鉆孔設(shè)孔口管，在鉆孔中發(fā)現(xiàn)有大量泥沙從孔中涌出跡象時(shí)，及時(shí)退鉆，進(jìn)行頂水注漿，防止砂土顆粒的大量流失。3）加強(qiáng)對(duì)止?jié){墻及作業(yè)面附件隧道斷面的沉降變形監(jiān)測(cè)，必要的應(yīng)力檢測(cè)，確保注漿施工安全。4）嚴(yán)格按擬定的鉆孔、注漿施工方案進(jìn)行實(shí)施。鉆孔方向、深度嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。孔口管的埋設(shè)要牢固、密實(shí)。5）根據(jù)超前鉆孔探測(cè)，隨時(shí)測(cè)量水量及水壓，核實(shí)地質(zhì)情況，如與設(shè)計(jì)不符，及時(shí)向監(jiān)理工程師提出，以便迅速變更設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整施工方案。6）如發(fā)生漿液竄孔，則停止注漿，立即在竄漿的孔上安裝球閥，再進(jìn)行注漿，當(dāng)注漿孔達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可以認(rèn)為竄漿孔同時(shí)也達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)。7）施工過(guò)程中作好注漿施工記錄及各種檢查測(cè)量記錄，用于注漿分析。8）注漿壓力由小逐漸調(diào)大，分級(jí)升壓。
