隧道工程防水注漿機(jī)理與施工探析

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［摘要］凍融條件下，隧道工程受凍害等因素影響，圍巖、結(jié)構(gòu)縫等部位很容易出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，隧道安全無法保證。防水注漿是治理隧道滲漏問題的工程措施之一，利于提高隧道工程質(zhì)量。以隧道工程為研究對象，結(jié)合大量文獻(xiàn)資料，分析了凍融條件下的隧道工程防水注漿機(jī)理。同時(shí)，以結(jié)合具體的工程實(shí)例，探討了隧道工程防水注漿施工技術(shù)。

［關(guān)鍵詞］防水注漿；隧道；隧道圍巖；隧道結(jié)構(gòu)；隧道襯砌

隧道工程施工過程中普遍存在滲水問題，會(huì)使隧道結(jié)構(gòu)受損、地下水大量流失。特別是凍融條件下，隧道圍巖、結(jié)構(gòu)縫等部位滲水極可能引發(fā)冰凍危害，造成隧道結(jié)構(gòu)變形、膨脹，使隧道無法正常使用，甚至危及行車安全。因此，探討凍融條件下的隧道工程防水注漿施工技術(shù)尤為重要，這是防治隧道內(nèi)部滲水問題的有效措施，也是提高隧道工程施工質(zhì)量必要條件。

1防水注漿機(jī)理

在凍融條件下，隧道巖層結(jié)構(gòu)空隙中的微量水會(huì)結(jié)冰并產(chǎn)生膨脹力，使空隙逐漸變長、變寬。受到這種凍脹力反復(fù)循環(huán)影響，巖體內(nèi)部裂隙逐漸形成一個(gè)裂隙網(wǎng)，從而使圍巖結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重。此外，隧道工程中的混凝土結(jié)構(gòu)也會(huì)受到低溫因素影響，承受較大的膨脹力和滲透力，容易受損而出現(xiàn)內(nèi)部損壞，降低混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。針對凍融對隧道工程結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生的巨大危害，可通過防水注漿施工加以治理。防水注漿機(jī)理：通過注漿方式使水泥充填、或滲透到裂隙中，封堵空隙、滲水通道。水泥本身具備水化熱效應(yīng)，其在空隙中可自由擴(kuò)散，深入空隙的每一個(gè)部位，進(jìn)而達(dá)到封堵效果。值得注意的是，待漿液無法滲透的時(shí)候要著重控制好注漿壓力，利用壓力的變化使?jié){液有效的滲透到圍巖裂隙中，避免因壓力過大而出現(xiàn)劈裂問題。同時(shí)，所有的裂隙都要封堵上，防治剩余集水在凍脹力反復(fù)循環(huán)作用下而引發(fā)新裂縫。

2防水注漿施工技術(shù)

2.1工程概況

古交興能電廠至太原供熱主管線及中繼能源站工程隧道段隧道工程第二標(biāo)段，起點(diǎn)位于太原市萬柏林區(qū)東社鄉(xiāng)大巖村，路線經(jīng)太原市萬柏林區(qū)化客頭鄉(xiāng)賽莊、王封鄉(xiāng)北銀角到達(dá)終點(diǎn)周家山。設(shè)計(jì)歷程為K4+400~K10+400，主要工程內(nèi)容為供熱3號(hào)隧道、道路、涵洞、防排水及附屬工程的預(yù)埋結(jié)構(gòu)等土建工程的施工。考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際氣候條件，針對凍融條件的冰凍危害，本隧道工程采用防水注漿施工技術(shù)。

2.2隧道圍巖防水注漿施工

隧道圍巖防水注漿目的是封堵掌子面出滲水部位，保持隧道開挖過程中的圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。施工工藝流程包括注漿準(zhǔn)備、鉆孔、孔口止?jié){、漿液配制、注漿、鉆孔檢查等。

2.2.1注漿準(zhǔn)備

（1）向掌子面噴射10cm厚硅，周邊嵌入基巖內(nèi)，確保掌子面周圍密封，避免注漿時(shí)掌子面出現(xiàn)泡漿問題。（2）進(jìn)行隧道斷面放線，清楚標(biāo)注掌子面上的注漿位置。（3）準(zhǔn)備注漿所需的設(shè)備工具、材料、水、電等。（4）調(diào)試好注漿機(jī)具，確認(rèn)性能良好。

2.2.2鉆孔

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鉆孔，同一個(gè)掌子面的鉆孔、注漿工作要分開完成。（2）將鉆具對準(zhǔn)孔位，調(diào)準(zhǔn)外插角，確認(rèn)鉆孔位置準(zhǔn)確。（3）記錄鉆孔過程中的信息，包括地層變化等。

2.2.3孔口止?jié){

鉆孔后，下放注漿管。注漿管放入后，管外露10cm左右，方便連接輸漿。注漿管安裝好后，立即用速凝砂漿將管內(nèi)的孔內(nèi)的空隙封堵起來，確保漿液不外露。

2.2.4漿液配制

選用旋流式攪拌機(jī)，此類機(jī)型攪拌均勻、快速。按照設(shè)計(jì)選用所需要的材料，按比例依次放入攪拌機(jī)內(nèi)。放水時(shí)，將外摻劑一同放入，攪拌溶解后再放入水泥，攪拌4min。水泥漿液要隨用隨配，最好不要提前配制，以免出現(xiàn)凍凝、沉淀、離析等現(xiàn)象。

2.2.5注漿

（1）管路連接好后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，確認(rèn)管路沒有任何部位泄露，注漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常。同時(shí)，通過壓水試驗(yàn)獲得地層吸水參數(shù)。（2）采用低壓高流速注漿方式，過程中根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿流速，水灰比也可以根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整。（3）壓力表、孔口、掌子面等情況要實(shí)施觀察，若發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)予以處理。（4）注漿中，對注漿壓力、進(jìn)漿量等參數(shù)進(jìn)行控制。完成注漿后，及時(shí)清洗注漿設(shè)備、管路，不要?dú)埩羲酀{液，以免造成管路堵塞。（5）根據(jù)前面記錄的壓力、流量、機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等情況分析注漿效果。

2.2.6注漿效果檢查

掌子面注漿工作完成2h后，鉆孔檢查注漿情況。測量孔出水量，將測量結(jié)果與設(shè)計(jì)滲水量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析。若不達(dá)標(biāo)，重新鉆孔補(bǔ)漿，直至孔出水量符合要求。

2.3隧道襯砌結(jié)構(gòu)縫防水注漿

隧道襯砌結(jié)構(gòu)一般有結(jié)構(gòu)縫，也是容易滲水的部位。該部位防水注漿采用化學(xué)注漿法，但襯砌背后回填注漿采用水泥注漿法。

2.3.1確認(rèn)結(jié)構(gòu)縫位置

清理干凈襯砌表面的雜物、污物等，準(zhǔn)確找到裂縫位置，并做標(biāo)記。

2.3.2標(biāo)注孔位

縱向裂縫的鉆孔間距通常設(shè)置為30cm，環(huán)向裂縫的鉆孔間距則沒有一個(gè)明確的數(shù)值。當(dāng)裂縫寬度大于3mm時(shí)，鉆孔間距設(shè)定為50cm；當(dāng)裂縫寬度小于1mm時(shí)，鉆孔間距設(shè)定為30cm；當(dāng)裂縫寬度在1~3mm間時(shí)，鉆孔間距設(shè)定為40cm。

2.3.3鉆孔

根據(jù)注漿嘴直徑大小采用與之想配套的鉆頭。鉆孔時(shí)，對鉆孔傾角進(jìn)行嚴(yán)格控制。鉆具采用沖擊電錘，鉆進(jìn)時(shí)用力均勻，傾角適當(dāng)，保證孔徑順直，防止出現(xiàn)坍孔情況。

2.3.4裂縫沖洗

通過壓水方式?jīng)_洗裂縫。具體操作如下。（1）利用高壓風(fēng)鉆好的孔徑進(jìn)行逐一清洗。將風(fēng)管深入孔內(nèi)，直至孔底，由里向外的吹孔，將孔內(nèi)的碎屑、粉塵等吹出來。（2）通過注漿嘴向孔內(nèi)壓水，洗去孔內(nèi)的灰塵、碎片等，且達(dá)到濕潤裂縫目的，便于漿液與水反應(yīng)，增強(qiáng)漿液在水內(nèi)的滲透性。（3）當(dāng)壓水壓力值達(dá)到限制值后會(huì)緩慢回落，并維持在穩(wěn)定水平上。注入的水達(dá)到設(shè)計(jì)要求后則可以停止壓水，進(jìn)行下陰孔壓水。（4）壓水時(shí)，如果壓力長時(shí)間的位于高壓上或回落緩慢，表示鉆孔與裂縫面沒有貫通，要重新鉆孔，確?？着c裂縫面貫通。（5）在進(jìn)水通暢情況下，如果壓力未能持續(xù)升高，襯砌內(nèi)有可能存在較大的空隙，此時(shí)連續(xù)壓水2min后就可以停下操作。除了襯砌內(nèi)有空隙外，還可能存在孔周圍水大量滲出情況，將周圍滲漏部位封堵上即可。（6）裂縫壓水沖洗后，再用高壓風(fēng)吹走裂縫內(nèi)的積水。

2.3.5注漿

注漿前，安裝注漿嘴，將注漿嘴插入鉆孔內(nèi)，孔外露出4cm，確保其緊靠孔壁。然后準(zhǔn)備漿料，可將漿料放入加溫設(shè)施加熱，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后即刻停止加熱。準(zhǔn)備好以上工作后，正式開始注漿操作。注漿流程如下。（1）縱向縫注漿時(shí)，2臺(tái)注漿泵同時(shí)前后兩側(cè)進(jìn)行；環(huán)向縫從隧道左右兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，采用從下到上順序。（2）根據(jù)裂縫寬度、混凝土厚度等數(shù)據(jù)確定注漿壓力，一般設(shè)定為40MPa。（3）注漿過程中，對裂縫寬度和周圍混凝土變化等進(jìn)行緊密觀察，若發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。（4）監(jiān)測注漿溫度，當(dāng)溫度小于10℃時(shí)，對漿液進(jìn)行加熱。（5）注漿后先停機(jī)再關(guān)閉閥門。（6）裂縫注漿結(jié)束后，按照標(biāo)準(zhǔn)要求補(bǔ)漿。

2.3.6注漿效果檢查和清理工作

待漿液凝固后，除去注漿嘴，并將注漿嘴封堵住。注漿效果檢查如下。（1）分析注漿壓力、注漿時(shí)間、漿液流量等情況，結(jié)合分析結(jié)果分析判斷注漿效果。（2）每一個(gè)縱向縫、橫向縫都設(shè)置一個(gè)檢查孔，每一個(gè)檢查孔都進(jìn)行壓水試驗(yàn)，測量水壓值設(shè)定為2MPa。結(jié)合壓水試驗(yàn)過程和結(jié)果分析注漿效果。（3）每一個(gè)裂縫都鉆取芯樣，借助芯樣觀察裂縫內(nèi)水泥漿液的填充情況。（4）對滲透水量進(jìn)行測量，并結(jié)合量測結(jié)果分析其注漿效果。（5）經(jīng)過注漿效果檢查，確認(rèn)符合標(biāo)準(zhǔn)，開始后續(xù)的清理工作。清理時(shí)，使用專用的清洗劑，將所有接觸到漿液的設(shè)備、工具都清洗干凈。清洗后產(chǎn)生的廢液集中回收處理，以免污染環(huán)境。

2.3.7施工注意事項(xiàng)

（1）注漿前，對隧道洞內(nèi)的溫度、二襯背后的溫度進(jìn)行測量，要求這方面的溫度都大于2℃時(shí)才能注漿。（2）確認(rèn)洞內(nèi)的全部冰都已融化。（3）根據(jù)每次用量配制漿液，隨用隨配。漿液使用前禁止與水接觸。（4）漿液配制好后，要選擇干燥的容器加以存放，擺放在干燥環(huán)境環(huán)境，不要存放在潮濕環(huán)境下。同時(shí)，存放過程不能打開，避免降低材料使用壽命。

3結(jié)束語

綜上所述，凍融條件下的隧道工程施工尤為注重防水注漿施工，通過這一方面的工程治理隧道內(nèi)部滲水問題，其目的降低冰凍危害，確保隧道結(jié)構(gòu)安全。隧道工程防水注漿施工主要包括圍巖掌子面和結(jié)構(gòu)施工縫等內(nèi)容，其中的掌子面防水注漿十分關(guān)鍵，必須給予足夠重視，認(rèn)真落實(shí)具體的施工工藝，從而切實(shí)達(dá)到滲水防治的目的。

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作者：關(guān)翔予 單位：中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司