厦门海底隧道斜井全断面帷幕注浆施工技术

1、厦门海底隧道斜井全断面帷幕注浆施工技术摘 要 简述了厦门海底隧道措施斜井在土石交界段采用超前帷幕预注浆的方法进行堵水、加固，克 服了该段围岩含水量达到50%、土体自然涌出呈流塑状、无法正常施工的困难，安全顺利地通过了软弱含 水的土石交界段，为隧道海底风化深槽帷幕注浆积累了一些施工经验。关键词措施斜井土石交界段超前帷幕注浆工程概况厦门海底隧道工程A2标为了增加开挖工作面，加快施工速度，实现长隧短打，决定增设一个措施斜 井。斜井设计全长418m（不包括洞口棚洞），井口位置为行车右线YK7+820.618右侧9.598m，地面标高为 6.138m。斜井向下与主洞交于YK8+150，前95 m为全风化

2、花岗岩，后323m为花岗闪长岩。全风化花岗岩 地段，掌子面围岩含水量达到50%左右，土体随着开挖不断从掌子面涌出，呈流塑状，无法成洞。在采取 了超前小管棚注浆和拱部增加临时仰拱等措施后，仍然不能有效地控制岩体流变。支护好的地段在采取环 向小导管注浆加固后，仍发生较大变形。ll:l 3 Z / r -.X从相关地质资料来看，隧道主洞在海底穿过F1、F4风化槽（囊）时，将要遇到的围岩极可能与斜井穿 过的土石交界段围岩状况一样，在这种情况下，如果没有一套合理、可靠的施工方案，在浅埋海底冒然施 工，稍有闪失，将会造成海水灌入隧道，给工程带来巨大损失，甚至造成整个海底隧道工程的失败。因此， 在斜井施作全

3、断面帷幕注浆，收集地质资料，积累经验，对于海底隧道施工具有重要意义。斜井帷幕注浆施工注浆准备工作斜井原按上下导坑法施工，上导坑超前较多，为了进行全断面帷幕注浆，需停止上导坑施工，进行两 边边墙和仰拱处理。由于洞内围岩土体呈流塑状，下导坑施工异常困难，拟先在下导坑进行注浆，待注浆 固结后，再开挖，作初期支护，和上导坑封闭成环，并施工注浆止浆墙。注浆设备选用两种型号的注浆泵：TGB-HG80/50双液调速高压注浆泵和ZYB-70/100S双缸双液变比注浆泵。注 浆设备见图1，主要性能及参数见表1。表1注浆泵主要性能及参数表注浆泵型号最大工作压力(MPa)最大排浆量(L/min)电机功率 (kw)质

4、量(kg)备注TGB-HG80/5021160221338ZYB-70/100S107015680TGB-HG80/50ZYB-70/100S图1注浆设备注浆材料和配合比注浆使用材料：水泥采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥和MC42.5超细水泥两种，水玻璃浓度为30Be， 工业纯磷酸氢二钠。浆液配合比：考虑到斜井渗水量比较大，浆液凝结时间初步定为35min，浆液配合比见表2。施工时，流水量较大的地方使用1号和2号配比，一般使用3号和4号配比。表2双液浆不同W/C和不同M/S的凝结时间序号W/C(质量比)M/S(体积比)水玻璃 (Be)凝胶时间(s)沉入度(mm)初凝时间(min- s )终凝时

5、间(h-min- s )备注10.7:10.938.817311-251-01-20双液浆配20.8:130.9:141 : 151 :1.121381-550-59-10比试验掺29502-391-19-21磷酸氢二37583-501-15-07钠，掺量为49905-471-45-19水泥质量的3%。注浆孔布置注浆孔自掌子面沿开挖方向，以斜井中轴为中心呈伞状布置。浆液扩散半径按0.3m控制，见图2。如图2所示，帷幕注浆采用每6m 一次循环注浆，每个循环打注浆孔101个，施工工艺流程如下：（1）施作第一圈帷幕注浆孔：沿斜井周边按45。外插角钻孔，孔深度为6m，间距40cm，用353E型 三臂凿

6、岩台车钻孔。每钻完一孔，立即安装2.8m长的孔口套管，其中打入孔内2m，露出0.8m。（2）施作内圈帷幕注浆孔：按照设计图位置、角度钻孔，钻完孔后，安装2.8m长的孔口套管，其中 打入孔内2m，露出0.8m。止浆墙设置由于工作面围岩较软弱，注浆时有一定的压力，工作面易坍塌，而且会引起漏浆，严重影响注浆效果 和施工安全。因此工作面必须设置止浆墙。在已钻好孔并安装好套管距围岩面10 cm处，挂规格为8X20cmX20cm钢筋网，网片与套管焊接， 然后喷射厚度60cm强度等级C25混凝土，形成止浆墙。注浆施工注浆前用锚固剂把管口与掌子面之间的缝隙堵死，防止注浆时漏浆。孔口管焊接导丝管，以便安装止浆闸

7、阀和混合器，混合器和注浆管相连接，混合器上安装冲洗闸阀以 便注浆中断时及时冲洗管路，防止堵管，见图3。图3注浆嘴连接各孔首先采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆，W/C=0.91.0, M/S=0.9,待压力达到2MPa后采用超细 水泥-水玻璃浆液注浆，如果注浆压力一直达不到2MPa时，仍采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆。缓凝剂 用磷酸氢二钠，掺量为水泥用量的3%，注浆压力采用中压，一般按12.5MPa控制。单孔注浆结束标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计终压，流量小 于5L/min，注进浆量达到设计要求，即可结束该孔注浆。注浆量按正式计算：Q =nXR2XLXnXaXBi

8、式中：Qi第i个孔注浆量，m3；R一为浆液扩散半径，m；L一注浆孔长度，m；n一为地层孔隙率，经试验，取0.20.4；a 一为浆液有效充填率，取0.91.0；B一为浆液损耗系数，取1.15。注浆终压2.5MPa，以注浆量和注浆压力两个参数作为控制注浆结束的标准。每一个循环段注浆合格的标准是：设计所有的注浆孔均达到或超过计算进浆量，无漏注现象；按总注 浆孔的5%10%打检查孔，检查孔固结好、无流砂，水量小于0.15L/mmin。如遇到有的部位在钻孔过程中涌水量很大，并伴有流砂和坍塌现象，就停止钻孔，立即安装套管进行 注浆，浆液凝结时间取1min左右。注完浆后，待浆液凝固再向里钻孔，再注浆，直至达

9、到设计深度。注浆过程中要注意如下事项：在注浆前，要调试好注浆设备，作好工前交底，使工人能够熟练地掌握注浆设备的主要性能和操作 方法，使注浆工作严格按设计要求施工。注浆管口四周要用锚固剂封好，防止漏浆。注浆时，要随时观察各处是否有漏浆现象，如有漏浆， 应立即停止，采取措施，堵漏后再继续施工。在注浆过程中对注浆时间、注浆量、压力变化以及围岩、止浆墙的变化进行详细的记录，并根据注 浆效果及时调整注浆参数，以达到最佳注浆效果。孔口管焊接导丝管，以便安装止浆闸阀和混合器，混合器和注浆管相连接，混合器上安装冲洗闸阀 以便注浆中断时及时冲洗管路，防止堵管。由于注浆压力较大，施工时注浆管的连接要牢固，停浆后，

10、立 即关闭孔口阀门，打开冲洗阀清洗管路，然后先打开注浆泵减压阀，再折卸注浆管，防止高压浆液喷射伤 人。待孔内浆液初凝后，再拆除止浆阀，并用高等级水泥砂浆将注浆孔填满捣实。操作工人要佩带安全防 护用品，如胶皮手套，防护眼罩等。注浆过程中，要随时观察注浆区域地表情况，发现异常，要立即停止注浆作业。注浆完成后，要清理好注浆机，作好机器保养，以便下一循环再用。注浆参数见表3。注浆效果比较见图4、图5、图6。表3斜井土石交界段帷幕注浆参数表序号名 称单位数量1注浆管间距cm第1、第2圈40 cm，第3圈64 cm，第4圈93 cm2注浆段长m6.03浆液扩散半径m0.34注浆速度L / min40605

11、注浆终压MPa2.5 （特殊部位可适当加大终压）6止浆墙喷射强度等级C25混凝土厚度60cm图4未帷幕注浆的工作面X图5帷幕注浆效果图6帷幕注浆效果斜井开挖每循环注浆完成，待浆液达到一定强度后，可以开挖掘进，每次开挖0.5m，作初期支护，每6m留1m 作为下一循环止浆段，进行下一循环帷幕注浆。开挖前先在已注浆固结好的拱顶重新钻眼施作超前管棚，管棚长3m，间距0.3m。利用已注浆固 结岩土体和超前管棚的综合效应，沿斜井掌子面轮廓向前开挖一棉钢拱架的位置，留核心土，施作第1棉 钢拱架，钢拱架用120工字钢制作，钢拱架与管棚焊接连成一体。再掘进0.5m，高度至管棚底，施作第2 福钢拱架，与管棚焊接连

12、成一体。第1、第2棉钢拱架横向每隔0.5m用中25螺纹钢筋焊连，空间挂网喷 射C25混凝土厚30cm。再掘进0.5m，高度至管棚底，施作第3棉钢拱架与管棚焊接连成一体。第2、第3 福钢拱架横向每隔0.5m用中25螺纹钢筋焊连，空间挂网喷射C25混凝土厚30cm。按此法继续循环操作， 直至开挖到第5m并安好钢拱架后，即进行第二循环帷幕注浆的施作：布孔、钻眼、安注浆套管、做喷射 混凝土止浆墙和注浆。在每架设完一棉钢拱架之后，在拱脚部位打入中42钢管，长45m注浆锁脚，每侧4根。在开挖过程中如发现有局部地段注浆效果不好，则应停止开挖，补打中42小导管重新注浆，即 采用长短管结合的注浆方法注浆。注浆后

13、斜井开挖顺序见图7。图7斜井土石交界段注浆后开挖顺序注浆前后施工效果对比斜井土石交界段帷幕注浆施工自K0+82.5开始，至K0+138.9结束，共注浆14个循环，循环注浆量最 小72.09m3，最大241.02m3，总注浆量1800 m3,循环进尺最小2.6m，最大5.2m。斜井注浆施工前，掌子面为全强风化花岗岩，开挖后遇水即成流沙状，无法自稳，见图4。注浆后开挖掌子面效果如图812，可以看到双液浆沿岩石裂隙扩散，将围岩固结，达到堵水目的。图8下台阶注浆后开挖图图9上台阶预留核心土环形开挖图10 环形开挖图11帷幕注浆后用风镐开挖情景图12帷幕注浆后扒碴机扒碴情景几点体会注浆压力、注浆量的控制

14、注浆过程中，以注浆量和注浆压力相结合的方法控制。在工作面渗水比较小的情况下，采用单管注浆量控制法效果较好，注浆压力作为参考，即按照注浆管 布置图，拱顶、拱脚、两侧底脚以及它们之间加插12个眼，安装6米钢花管作为1号管，每管注浆按 15袋左右水泥量拌制双液浆标准控制；外圈其他眼作为2号管，安装23m的孔口管，每孔注浆量按8 12袋水泥量控制；其他孔按68袋水泥量控制；注浆后期在工作面没有较大变形的情况下可适当加大用 量。每循环注浆水泥用量3545t水泥左右。注浆按14号管顺序施工，每号管按自下向上，左右对称 同时注浆。在土石分界段或个别部位有较大涌水时，注浆采用注浆压力控制。在出水部位周围按照终

15、压34MPa 控制，其他孔仍按照注浆量控制施工。但要注意由于注浆压力大，如果孔口管伸入孔内过短(小于2m时)， 在注浆过程中，浆液送不到孔内渗透，而是在孔口靠止浆墙阻挡折反渗入岩层中。这样，容易发生止浆墙 在注浆压力推动下，整体水平向外移动。尽管注浆量较大，注浆效果却不理想，主要是注浆量相当一部分 集中在止浆墙背后，没有注到围岩中去，这种情况需要在止浆墙外侧加支撑，用外力阻挡止浆墙位移。注浆布孔角度控制注浆结束后，在双液浆初凝后即可开挖，每次开挖一棉钢拱架长度，每循环注浆6 m，累计开挖长度 不超过5m。尽管开挖后，可以看到注浆效果相当不错，但由于注浆布孔角度对斜井轮廓线外侧固结厚度考 虑得少，因注浆扩散半径有限，在开挖轮廓线外侧仅有3050cm的固结层，施工时靠近周边轮廓边沿只 能用人工加风镐开挖，不能用机器开挖，防止伤及保护层，造成周边围岩破坏使水再渗入，这是今后施行 帷幕注浆布孔需要再改进的问题。同时开挖时做好现场排