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TBM掘進(jìn)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(qiáng)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(dá)90km的TBM施工洞段進(jìn)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(jī)。
    （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(jī)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(zhǔn)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(jī)，攪拌機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yán)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(jìn)度高峰期所有機(jī)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(jìn)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(rèn)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(jī)、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(hù)裝置、通信設(shè)施及進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)不到澄清要求的孔段，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行，采用"簡易壓水"、"單點法"及"五點法"進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)，作為一個分段長度進(jìn)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(dá)300L（升）以上，灌注時間已達(dá)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(zhǔn)
     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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)，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(jìn)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(dá)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。