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TBM掘進隧洞回填固結(jié)灌漿施工的探討
     1.前言
     豆礫石回填灌漿：用漿液充填管片襯砌后豆礫石的孔隙以及豆礫石層與圍巖的空隙，使回填豆礫石層、管片與圍巖共同承擔(dān)內(nèi)外荷載。同時，可使回填豆礫石層形成一封閉的防滲圈，提高隧洞防滲性能。


固結(jié)灌漿：通過灌漿充填洞周以外一定范圍的節(jié)理裂隙、軟弱破碎帶和斷層帶等松散圍巖，從而起到提高圍巖彈模、增強圍巖抗力和自穩(wěn)性能的目的。此外，固結(jié)灌漿還可以形成一定厚度的帷幕圈，減少隧洞壓力內(nèi)水外滲和阻斷外水，減小作用在襯砌上的外水水頭和山巖壓力、改善圍巖防滲性能和隧洞受力條件的作用。
     2. 工程實例
      在引黃南干線國際II、III標(biāo)長達90km的TBM施工洞段進行豆礫石回填灌漿，在Ⅳ、Ⅴ巖洞、土洞、斷層、高外水洞段采用了固結(jié)灌漿。
     3. 設(shè)備
     3.1 鉆孔設(shè)備
    （1）根據(jù)工程的地質(zhì)條件選用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機。
    （2）在地下洞室及其它封閉區(qū)域中使用氣動鉆孔設(shè)備時，應(yīng)帶有消音器和除塵裝置，不得使用內(nèi)燃機驅(qū)動的鉆孔設(shè)備。
    （3）使用的鉆孔沖洗和壓水試驗設(shè)備，水泵的容許工作壓力1.5MPa，并應(yīng)保證在所有壓力下都有足夠的供水量，保證壓力穩(wěn)定、出水均勻、工作可靠。
    （4）準備足夠的流量計、壓力表、壓力軟管、供水管及閥門等備品。
     3.2 灌漿設(shè)備
    （1）灌漿泵性能應(yīng)與灌漿液的類型和濃度相適應(yīng)，其容許工作壓力應(yīng)大于最大灌漿壓力的1.5倍，并應(yīng)有足夠的排漿量和穩(wěn)定的工作性能；灌注純水泥漿液應(yīng)采用多缸柱塞式灌漿泵。
    （2）根據(jù)灌漿需要配置高速和低速漿液攪拌機，攪拌機的轉(zhuǎn)速和拌和能力應(yīng)分別與所攪拌的漿液類型及灌漿泵排漿量相適應(yīng)，并應(yīng)保證均勻、連續(xù)地拌制漿液。所有攪拌設(shè)備，在用于拌制漿液前應(yīng)在現(xiàn)場進行試運行。
    （3）灌漿使用自動灌漿記錄儀。
    （4）灌漿管路應(yīng)保證漿液流動暢通，并能承受1.5倍的最大灌漿壓力。注漿泵和注漿孔口處（包括進漿與回漿管路）均應(yīng)安設(shè)壓力表，所選用的壓力表在使用前進行率定。壓力表在使用前應(yīng)檢查其性能，允許誤差應(yīng)在5%以內(nèi)。使用過程中應(yīng)經(jīng)常檢查核對，建議壓力表每兩班次校正一次。不合格和已損壞的壓力表嚴禁使用。壓力表和管路之間應(yīng)設(shè)有隔漿裝置。
    （5）灌漿塞應(yīng)與采用的灌漿方法、灌漿壓力及地質(zhì)條件相適應(yīng)，膠塞應(yīng)具有良好的膨脹性和耐壓性能，在最大灌漿壓力下能可靠地封閉灌漿孔段，不發(fā)生滲漏或冒漿現(xiàn)象，并易于安裝和卸除。
    （6）采用孔口封閉器或?qū)Ｓ酶邏汗酀{塞。
    （7）集中制漿站的制漿能力應(yīng)滿足灌漿進度高峰期所有機組用漿需要，制漿站應(yīng)配備除塵設(shè)備，當(dāng)漿液需摻加摻合劑或外加劑時，應(yīng)增設(shè)相應(yīng)的設(shè)備。
    （8）注漿用的風(fēng)水電宜設(shè)有專用管線，以保證注漿工作的正常進行。
    （9）注漿管路應(yīng)能保證漿液流動暢通，不發(fā)生沉淀，并能承受2.0倍的最大注漿壓力，使用前應(yīng)作耐壓試驗。管口連接采用快速接頭以保證注漿速度。
    （10）所有灌漿設(shè)備、儀器、儀表均應(yīng)始終保持工作狀態(tài)正常，并應(yīng)配有足夠的備用設(shè)備。電力驅(qū)動的設(shè)備，應(yīng)在接地良好并經(jīng)確認能保證施工安全時，方可使用。并提供所有鉆孔、注漿、張拉等設(shè)備，包括鉆頭、鉆桿、鉆套、拌合機、注漿泵、攪拌器、注漿塞、管道、注漿管、墊圈、接頭、聯(lián)結(jié)件、壓力計、保護裝置、通信設(shè)施及進行工作所需的零配件。注漿設(shè)備應(yīng)為移動式獨立裝置。
    4. 灌漿試驗
    4.1 漿液試驗
    （1）對不同水灰比、不同摻合料和不同外加劑的漿液已進行下列項目的試驗：
    1）漿液配制程序及拌制時間；
    2）漿液密度或比重測定；
    3）漿液流動性或流變參數(shù)；
    4）漿液的沉淀穩(wěn)定性；
    5）漿液的凝結(jié)時間，包括初凝或終凝時間；
    6）漿液結(jié)石的容重、強度、彈性模量和滲透性；
    7）其它試驗內(nèi)容。
    （2）用于現(xiàn)場灌漿試驗的漿液水灰比以及摻合料、外加劑等的品種及其摻量應(yīng)通過漿液試驗選擇，并應(yīng)用于施工過程中。
    4.2 現(xiàn)場灌漿試驗
    （1）在灌漿區(qū)做灌漿試驗。
    （2）根據(jù)灌漿要求選定試驗孔布置方式、孔深、灌漿分段、灌漿壓力等試驗參數(shù)。


    （3）在每一灌漿試驗區(qū)內(nèi)，按灌漿試驗大綱擬定的施工程序和方法進行灌漿試驗檢查灌漿的效果，整理分析各序孔和檢查孔的單位吸水率、單位耗灰量等的試驗資料。
     5. 豆礫石層回填灌漿
    （1）回填灌漿鉆孔可在管片原有的灌漿孔上直接鉆孔，孔徑Φ48~75 mm，孔深深入巖石20cm。
    （2）遇有圍巖塌陷、溶洞、超挖較大等情況時，應(yīng)制定特殊灌漿措施。
    （3）回填灌漿應(yīng)按劃分的灌漿區(qū)段環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則進行，分序序數(shù)和分序方法應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況和工程要求確定。
    （4）回填灌漿的壓力有外水洞段為0.2-0.8Mpa，無外水洞段為0.3-0.5Mpa視現(xiàn)場具體情況及洞壁變形觀測結(jié)果進行調(diào)整。
    （5）回填灌漿漿液水灰比一序孔可灌注水灰比0.6（或0.5）:1的水泥漿，二序孔可灌注1:1和0.6（或0.5）:1兩個比級的水泥漿。
    （6）回填灌漿在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，并繼續(xù)灌注5min即可結(jié)束。
    （7）回填灌漿因故中斷時，應(yīng)及早恢復(fù)灌漿，中斷時間大于30min，應(yīng)設(shè)法清洗至原孔深后恢復(fù)灌漿，此時若灌漿孔仍不吸漿，則應(yīng)重新就近鉆孔進行灌漿。
    （8）灌漿結(jié)束后，應(yīng)排除鉆孔內(nèi)積水和污物，采用濃漿將全孔封堵密實和抹平，露出襯砌管片表面的埋管應(yīng)割除。
     6. 固結(jié)灌漿
     6.1鉆孔沖洗
    （1）固結(jié)灌漿灌漿孔均應(yīng)進行沖洗。采用風(fēng)水聯(lián)合沖洗或用導(dǎo)管通入大流量水流，從孔底向孔外沖洗的方法進行沖洗；裂隙沖洗方法應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件，通過現(xiàn)場灌漿試驗確定。
    （2）沖洗壓力：沖洗水壓采用80%的灌漿壓力，壓力超過1MPa時，采用1MPa；沖洗風(fēng)壓采用50%灌漿壓力，壓力超過0.5MPa，采用0.5MPa。
    （3）裂隙沖洗應(yīng)沖至回水澄清后10min結(jié)束，且總的時間要求，單孔不少于30min，串通孔不少于2h。對回水達不到澄清要求的孔段，應(yīng)繼續(xù)進行沖洗，孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過20cm。
    （4）當(dāng)鄰近有正在灌漿的孔或鄰近灌漿孔結(jié)束不足24h時，不得進行裂隙沖洗。
    （5）灌漿孔（段）裂隙沖洗后，該孔（段）應(yīng)立即連續(xù)進行灌漿作業(yè)，因故中斷時間間隔超過24h者，應(yīng)在灌漿前重新進行裂隙沖洗。
     6.2壓水試驗
    （1）壓水試驗應(yīng)在裂隙沖洗后進行，采用"簡易壓水"、"單點法"及"五點法"進行壓水試驗。
    （2）簡易壓水試驗應(yīng)在裂隙沖洗后或結(jié)合裂隙沖洗進行。壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa時，采用1MPa；壓水20min，每5min測讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。
    （3）固結(jié)灌漿的檢查孔的數(shù)量應(yīng)不少于灌漿總孔數(shù)的5%。
     6.3漿液配比
     灌注純水泥漿液時，其水灰比一般為1∶1、0.8∶1、0.6（或0.5）∶1三個比級。
     6.4 灌漿壓力
     初步確定有外水洞段一序孔為0.5-1.2MPa，二序孔為1.0-2.0Mpa；無外水洞段一序孔為0.5-1.0MPa，二序孔為1.0-1.5Mpa。視現(xiàn)場具體情況及洞壁變形觀測結(jié)果進行調(diào)整。
     采用循環(huán)式灌漿，壓力表應(yīng)安裝在孔口回漿管路上；采用純壓式灌漿，壓力表應(yīng)安裝在孔口進漿管路上。壓力指針應(yīng)小于灌漿壓力的20%，擺動幅度做記錄。
     6.5 注漿順序
    (1) 注漿均按環(huán)間分序環(huán)內(nèi)加密的原則進行。
    (2)一般情況下，每一個灌漿孔采用全孔一次灌漿；若鉆孔遇突然涌水時應(yīng)停止鉆進，作為一個分段長度進行灌漿。
    (3) 灌漿方式宜采用循環(huán)式，也可采用純壓式。循環(huán)式灌漿的射漿管距孔底不得大于0.5m。
    6.6 漿液變換
     (1) 灌漿時，當(dāng)灌漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少；或者吸漿量不變，壓力均勻升高時，灌漿工作應(yīng)持續(xù)下去，不得改變水灰比。
     (2) 當(dāng)某一比級漿液的灌入量已達300L（升）以上，灌注時間已達0.5h。此時灌漿壓力及吸漿量均無改變或改變不明顯，可加濃一級灌注。
     (3) 當(dāng)注入量大于30L/min時，可視具體情況越級變濃。
     (4) 當(dāng)采用最大濃度漿液施灌，注入率很大而不見減少時，可采用間歇灌漿法。
     (5) 灌漿過程中，由于改變漿液水灰比而使灌漿壓力突增或吸漿量突減，應(yīng)立即查明原因，隨時調(diào)整。
     6.7 閉漿標(biāo)準
     排氣孔出漿后，封閉排氣管。在設(shè)計壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4L/min，繼續(xù)灌注60min；或不大于1.0L/min，繼續(xù)灌注90min；可結(jié)束灌漿工作。
     6.8 封孔
    （1）灌漿作業(yè)孔和檢查孔結(jié)束后，應(yīng)排除孔內(nèi)稀漿和污物，采用壓力灌漿法進行封孔，并將孔口抹平。倒孔和有涌水的孔必須采用壓力灌漿法封孔。
    （2）采用機械壓漿法封孔，利用原灌漿管灌入水灰比為0.5∶1的濃漿，采用1.0MPa的灌漿壓力，當(dāng)注入率不大于1.0L/min，延續(xù)30min停止。
    7注意事項及特殊情況處理
    （1）灌漿工作必須連續(xù)進行。若因故中斷，必須馬上處理，盡早恢復(fù)灌漿。如果中斷超過30min，則應(yīng)進行鉆孔稀漿（濃度高于水灰比2:1）沖洗；如沖洗無效，則應(yīng)掃孔。如恢復(fù)灌漿后吸漿量急劇減少，且在極短時間內(nèi)停止吸漿，則該段灌漿應(yīng)視為不合格。
    （2）灌漿過程中如發(fā)現(xiàn)冒漿時，應(yīng)視具體情況采用嵌縫、表面封堵、加濃漿液、間歇灌漿和降低壓力等方法處理。
    （3）當(dāng)灌漿過程中發(fā)生串漿時，應(yīng)采取下列措施處理：
    1）如被串孔正在鉆進，應(yīng)立即停鉆；
    2）如串漿量不大，可于灌漿的同時在被串孔內(nèi)通入稀漿（濃度高于水灰比2:1），使水泥漿不致充填鉆孔；
    3）當(dāng)串漿量大時，如條件可能，可與被串孔同時施灌，否則串漿孔可用塞子塞住,待灌漿孔灌漿結(jié)束后，竄漿孔再行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進和灌漿。
   （4）灌漿過程中，應(yīng)當(dāng)每隔一定時間測定漿液比重，灌漿結(jié)束時亦應(yīng)測定漿液比重，并作出記錄。
   （5）全孔結(jié)束并經(jīng)檢驗合格后，及時做好封孔工作。
    8.結(jié)語
    TBM施工中豆礫石回填灌漿和固結(jié)灌漿，在國際II、III標(biāo)長達90km的隧洞中得到成功應(yīng)用，作者提出的施工方法和論點供地下工程技術(shù)人員參考和借鑒。