软弱地质围岩隧道施工工艺研究

第１２期　梁栓民：软弱地质围岩隧道施工工艺研究　抗压强度的主要因素是水泥浆的浓度，当水泥浆浓　液等注入土层以改善土层性质。在注浆过程中，浆　液首先对加固范围内的空洞、空隙、裂缝进行充填，　度较大时，随水玻璃浓度的增大，抗压强度增高；水　泥浆浓度较小时，随水玻璃浓度的增加，抗压强度降　低。　４．２水泥和水玻璃的反应机理　随着注浆压力的提高，沿土体中的小主应力面产生　压力劈裂，形成浆脉，挤压两边的土体。而在土体中　浆脉结石体的分布是随机的、众多的，随机分布的浆　脉结石体互相穿插、交错，形成树枝状的支架体系。　这样有一定支撑作用的浆脉支架体系与被在一定程　度上挤密的土体共同形成新的复合土体，使新的复　水玻璃能显著加快水泥浆的凝胶作用，短时间　内使浆液变稠，流动性变差，原因是由于水玻璃与水　泥水化析出的氢氧化钙反应，生成具有一定强度的　合土体整体强度得到提高。同时浆液通过劈裂压力　将土体中原有的部分水分挤出，并在浆脉硬化的过　程中吸收一部分水分，以降低土体的含水量，从而达　到加固的目的，如图２所示。　图２劈裂注浆　４注浆材料　根据施工需要，由于隧道所通过的地层为饱和　黄土，含水量大，在此土层中采用劈裂注浆法加固　时，要同时考虑注浆加固土体受压后固结问题，还要　考虑浆液自身的固结问题，纯水泥浆在浆液的固化　过程中析水较多，硬化需要较长的时间，水泥粘土浆　易跑浆漏浆。因此选择了水泥一水玻璃双液浆（ＣＳ　浆液），ＣＳ浆液克服了水泥浆凝结时间长且不易控　制、析水率高、结石率低的缺点，且浆液胶凝时间可　在几秒至几十分钟之间准确控制，结石体抗压强度　高，结石率可达９８％一１００％，可注性比纯水泥浆明　显提高。采用水玻璃的波美度Ｂｅ　３０－４０，模数ｎ　＝２．８～３．２；４２５　普通硅酸盐水泥，水泥、水和水玻　璃按照一定配比混合成水泥水玻璃浆液。　４．１水泥一水玻璃浆液性能　（１）凝胶时间。水玻璃能显著加快水泥浆的凝　胶作用，短时间内使浆液变稠，流动性变差。一般情　况下，水玻璃浓度变小，凝胶时间缩短，两者呈直线　关系；ｚｋ灰比越小，水泥与水玻璃的反应越快，凝胶　时间越短。　（２）抗压强度。决定水泥一水玻璃浆液结石体　凝胶体水化硅酸钙，水玻璃的加人加快了水泥的水　化速度，也加快了水泥的凝结和硬化。随着水玻璃　与氢氧化钙之间反应的进行，生成的胶体质越来越　多，结石体强度也越来越高，所以水泥一水玻璃浆　液结石体的初期强度是水玻璃与氢氧化钙的反应起　主要作用，而后期强度是水泥本身的水化起主要作　用。因水泥水化生成的氢氧化钙的量是固定的，因　而与之反应的水玻璃的量也是固定的，如果水玻璃　加入过量，水玻璃的增加反而会使整个体系稀释，使　固结体强度下降，所以水泥与水玻璃应有一个合适　的配比。　５加强地基承载力　５．１旋喷桩　隧道洞身段局部发育基岩裂隙水，段内有涌水　现象，其中赋存于第三系砂岩、砾岩等基岩中裂隙水　多具浸湿性。线路ＨＤＫ４２＋８７０～ＨＤＫ４２＋９１０段　分布粉砂，大部分位于隧道洞身，部分位于轨底以　下，处于潮湿、稍密状态，承载力较低，稳定性差，为　软弱地层。第四系上更新统风积砂质黄土具Ⅲ一Ⅳ　级自重湿陷性，湿陷厚度为５～１５ｍ，在隧道进出口　及浅埋段对隧道有较大影响。浅埋段采用明挖形　式，对地基仰拱下方处软基采用旋喷桩置换，桩径为　ｆ６０ｅｒａ，桩长５ｍ，桩间距为０．８ｍ，梅花形布置，如图　图３旋喷桩地基加强　１１２　５．２钢筋混凝土护拱　甘肃科技　第２７卷　测出的时间要长５—６倍。注浆压力由小到大依次　隧道中部ＨＤＫ４２＋９４０一ＨＤＫ４２＋９７５段，位于　沟底开阔地段，故采用取两边放坡开挖，护拱保护隧　道主体的方法，增大隧道的承载力。护拱厚８０ｅｒａ，　采用Ｃ３０钢筋混凝土结构，主筋环向每足米采用５　根直径２５ｍｍ的螺纹钢筋，护拱坐于护拱边墙上，主　施加，根据吸浆量和注浆压力大小，随时调整浆液浓　度，并考虑后期开挖的方便，控制结石体３ｄ平均抗　压强度不宜太大。现场采用４２５　普通硅酸盐水泥，　水灰比１：０．７５、水玻璃用量为水泥用量的３％～　５％，水玻璃模数ｎ＝３．１，波美度Ｂｅ　＝４０的双液　浆，控制注浆压力不大于２．５ＭＰａ。通过１８个孔的　筋伸人边墙与其连接成整体，护拱边墙采用Ｃ３０钢　筋混凝土，如图４所示。　现场注浆试验，以及从开挖掌子面观察浆脉分布效　果看，在注浆孔周围及周边的裂隙中，浆脉分布明　显，有明显的挤密土体。同时通过室内试验发现注　浆加固后，黄土复合土体的抗剪强度参数得到明显　的提高，其中，粘聚力提高了４６．５％，内摩擦角提高　了６．９％，无侧限抗压强度提高了４３．３％。同时通　过地面沉降及拱顶沉降的观察，使用水泥水玻璃双　液注浆材料，在合适的注浆压力下，掌子面没有发生　涌土的现象，地面沉降和隧道拱顶变形也满足规范　要求。　图４钢筋混凝土护拱　６　现场试验　。　７　结论　１）采用“大管棚、小导管超前预注浆　掌子面封　闭注浆”劈裂注浆工法，结合旋喷桩及护拱能有效　的稳定掌子面前方的土体，以达到控制开挖松弛、崩　塌、沉降，从而提高掌子面自稳性的目的。　注浆是隐蔽性工程，为保证注浆效果，确定合适　的配比，应对注浆效果进行试验检查。为确定合适　的配比、注浆影响范围及注浆压力、注浆量等工艺参　数，通过对浆液凝结时间、净浆立方体抗压强度、浆　材与水玻璃反应特性的比较以确定浆材的基本性　２）采用劈裂注浆法加固饱和黄土地层，要求浆　液粘稠，能快速凝固，固结体早期强度高。通过大量　质。开挖注浆加固土体查看浆脉分布情况，并将注　浆前后的挤密土体与原状土体做室内物理试验，以　此验证设计所采用的注浆孔孔距、注浆压力、单孔注　浆量等是否满足施工要求，并从中选出确定最合适　的配合比和注浆施工工艺参数。现场试验选择在塌　陷的掌子面涌土段进行，在注浆前，首先铺设一层加　的室内及现场试验，证明采用４２５号普通硅酸盐水　泥，当其水灰比为１：０・７５、水玻璃浓度Ｂｅ３０。左右、　水玻璃加量为水泥用量的３％～５％时，通过安排合　理注浆施工工序，控制附加下沉在允许范围之内，劈　裂注浆的方法能够适应于饱和黄土加固的需要。　３）大断面软弱地质围堰隧道施工应遵循“先预　筋防水土工膜，然后采用台阶式分级码砌砂袋稳固　的注浆工艺。注浆顺序由外向内进行，先注外圈，形　报、预加固、严治水、短开挖、少扰动、强支护、早成　参考文献：　坡面。注浆时采用封闭体系、控制单孔最大注浆量　环、快封闭、勤量测”的原则，保证隧道施工安全。　成一个封闭环，然后再加固封闭圈内的土体，注浆过　程中，按分段间歇式隔孔循环的方法，每６ｍ为一个　循环，由外向里进行注浆，考虑到施工时浆液由于流　动而不断被扰动、拌和，浆液实际胶凝时间比实验室　（上接第１３页）　［１］吴中立．矿井通风与安全［Ｍ］．北京：中国矿业大学出　版社，１９８９．　［１］地基处理手册［Ｍ］．（第２版）．北京：中国建筑工业出　版社，２０００．　［２］锚固与注浆技术手册［Ｍ］．北京：中国电力出版社，　１９９９．　”●…・●…・●…・●…・＠ｏｏｏ　ｏＯｏｏ￣ｏ＠・＿．－●…・●…・●“ｏ　ｏＱ￣ｏｏ￣Ｏ…－●…・●…・●．．．・●…・●…・●・…●．．＿・●…・●…・●＿．“●…・●…－●…・●…－●…・●＿＿．＿●…・●…・●・・・・●．．．・●…・●．．＿．●…・●・…●…・●…・●・・．．●”￣ｌＯ￣ｏ￣ｏｑｌ￣ｏ・・●．．”●…’●…・●・・　［３］邹思轶．嵌入式Ｌｉｎｕｘ设计与应用［Ｍ］．北京：清华大　学出版社，２００２．　［２］杨皓，王秀．基于ＡＲＭ的ｕＣｌｌｎｕｘ网络控制系统的设　［４］周立功．ＡＲＭ微控制器基础与实践［Ｍ］．北京：北京航　空航天大学出版社，２００５．　计与实现［Ｊ］．计算机应用研究，２００５．