CN111577346B - 一种盐岩地层隧道注浆工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道防水抗渗技术领域，提供了一种盐岩地层隧道注浆工艺。该种盐岩地层隧道注浆工艺包括：注浆孔布置：在隧道洞周全环布置注浆孔，埋设防腐注浆管；浆液配置：以一定浓度卤水配置普通水泥浆和超细水泥浆两种浆液；灌注浆液：当地下水量呈线股状水及以上时，依次灌注普通水泥浆和超细水泥浆；当地下水量呈渗滴水及以下时，灌注超细水泥浆；采用该工艺，在注浆过程中不溶蚀盐岩，同时能有效封堵围岩裂隙，能形成有效封闭圈，扼制地下水溶解盐岩，防止地下盐水侵入隧道结构。

Description

一种盐岩地层隧道注浆工艺
技术领域
本发明属于隧道防水抗渗技术领域，具体地说，涉及一种盐岩地层隧道注浆工艺。
背景技术
中老铁路友谊隧道穿越不连续石盐岩地层，地质条件特殊，国内外罕见，无类似工程案例。石盐岩具有强溶解性、强腐蚀性和膨胀性，对隧道结构产生以下不良效应：(1)钢筋容易与NaCl溶液中的Cl-发生反应，产生钢筋锈蚀，减弱钢筋性能，且产生的铁锈物质体积较原钢筋体积增大，将进一步扩展砼的裂纹；(2)NaCl溶液渗透到裂纹中可能会重结晶也产生体积膨胀，同样会加剧砼结构的开裂；(3)盐岩地层不断溶解，隧道结构受力发生变化，特别是引起基础下沉变形。上述有害效应将导致钢筋砼结构的严重破坏。
隧道施工将打破原有的自然水系平衡，形成了新的流水通道，地下水将向隧道内汇集，并沿隧道纵向流动，必然带来地层中盐岩的加速溶解，侵入隧道结构中，腐蚀钢筋、破坏结构内部，同时隧道周边盐岩溶蚀空洞，将会改变隧道受力状态，造成结果破坏，因此必须采用注浆对隧道洞周围岩进行防渗堵水。
根据调研，目前国内外没有隧道穿越盐岩地层的案例，类似的环境仅有穿越硫酸盐地层以及过海隧道，但与盐岩地层特性差异较大，且本隧道地下水中以盐岩(NaCl)成分为主的总矿化度能达到94524mg/L，远超类似穿越硫酸盐地层和海底隧道环境中氯离子(Cl-)含量，同时盐岩地层注浆必须防止浆液本身对盐岩的溶蚀，因此注浆工艺不能参照常规隧道注浆工艺。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明的目的在于提供一种盐岩地层隧道注浆工艺；采用该工艺，在注浆过程中不溶蚀盐岩，同时能有效封堵围岩裂隙，能形成有效封闭圈，扼制地下水溶解盐岩，防止地下盐水侵入隧道结构。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：
一种盐岩地层隧道注浆工艺，包括：
(1)注浆孔布置：隧道全环钻设注浆孔，安装防腐注浆管；(2)浆液配置：以卤水配置普通水泥浆和超细水泥浆；普通水泥浆的水灰比0.5-0.8，超细水泥的水灰比0.4-0.6，卤水的浓度为10-21％；(3)灌注浆液：当地下水量呈线股状水及以上时，依次灌注普通水泥浆和超细水泥浆；当地下水量呈渗滴水及以下时，灌注超细水泥浆。
本发明提供的一种盐岩地层隧道注浆工艺的有益效果是：
本发明提供的该种盐岩地层隧道注浆工艺，包括依次采用注浆孔布置、浆液配置和灌注浆液。尤其是在浆液配置阶段，考虑到盐岩层的特殊性质，采用“以卤制卤”的手段，采用浓度为10-21％的卤水并分别配置成水灰比为0.5-0.8的普通水泥浆料和水灰比为0.4-0.6的超细水泥浆料。其中，岩体破碎或含盐量低时，卤水浓度用低指标；岩体处于较破损和较完整之间或含盐量高时，卤水浓度用高指标。
其中，根据不同盐岩裂缝情况，在地下水量呈线股状水及以上时，首先采用普通水泥浆料进行填补达到初步堵水的效果，再注入超细水泥浆料形成一层致密层以起到加固的作用。
普通水泥浆料粒径较大，渗透能力有限，一般只能渗入大于0.1mm的裂隙和孔隙中，而对于微细裂隙注浆效果较差。超细水泥相对于普通水泥浆液具有更好的物理力学性能，水泥细化后抗压和抗渗强度均得到显著提高，进入裂隙和孔隙的几率较大，单位水泥注入量大大提高，能够增加基岩密度和孔隙、裂隙填充率。
此外，因为NaCl与水泥中的主要成分发生反应时会生成氯铝酸钙，氯铝酸钙(C11A7·CaCl2)是一种具有快凝早强特性的矿物，因此，卤水与水泥结合所得的注浆液能够缩短稠化时间。而采用超细水泥结合卤水时，由于超细水泥颗粒为微粒，颗粒之间的间隙相较普通水泥更小，生成的氯铝酸钙能够快速进入颗粒之间，进一步地缩短稠化时间，而稠化时间是影响注浆工艺操作的关键因素。在本申请中，通过对浆液配比和卤水胶比进行调整，以调整因采用饱和NaCl和超细水泥后对稠化时间产生的影响，进而能够有效控制稠化时间。
另外，在抗压实验中，将含NaCl的水泥浆体进行抗压强度实验，可以看出硬化体内部出现蜂窝状，有多处缺损，总体结构很不致密。而采用超细水泥，由超细水泥的颗粒粒径很小，超细水泥在浆料体系中均匀分散，其水化过程中产生的物质不会受到卤水中NaCl粒子的阻隔影响，能够形成致密的内部结构。此外，在本申请中，通过对浆液配比和卤水胶比的调整，也能够进一步的促进注浆加固层的强度和防渗堵水效果。
综上，超细水泥不仅能够在普通水泥浆料表面起到增补一层堵水层的效果，还能够填补普通水泥浆料未能填补的微小孔隙，从而增加盐岩地层抗渗防腐的能力。
当地下水量呈渗滴水及以下时，直接采用超细水泥浆料，由于裂缝较小，此时采用超细水泥即可快速填补缝隙，根据前述分析，亦能够增加盐岩底层的抗渗抗压和防腐的能力。
附图说明
图1是本发明提供的盐岩地层隧道断面注浆图；
图2是本发明实施例1提供的当地下水量呈线股状水及以上时的堵水效果图；
图3是本发明实施例2提供的当地下水量呈线股状水及以上时的堵水效果图；
图4是本发明实施例3提供的当地下水量呈线股状水及以上时的堵水效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种盐岩地层隧道注浆工艺进行具体说明。
一种盐岩地层隧道注浆工艺，采用径向注浆工艺，在隧道开挖、支护后再进行注浆，封堵岩体原生裂隙和开挖扰动造成的次生裂隙。具体隧道断面注浆图请参阅图1。以下结合文字阐述整个工艺中的部分具体内容。
具体地，包括：(1)注浆孔布置：在隧道开挖支护后，在洞周全环钻设注浆孔，按照环向间距×纵向间距为1m×1m交错布置；注浆孔的开孔直径50mm，终孔直径不小于42mm，孔深5m；防腐注浆管采用钢花管，外径42mm，壁厚3.5mm，管长1m，钢花管的内外设置防腐涂层。
在本实施例中，采用风动凿岩机进行打孔工作。注浆孔施工完成后，应使用高压风，对孔内杂物进行清理。并于注浆段底部设置截水沟，使用1.5kw潜水泵进行集中抽排，避免水流扩散对盐岩侵蚀。
(2)浆液配置：以卤水配置普通水泥浆和超细水泥浆。需要说明的是，超细水泥平均颗粒径为0.004mm，普通水泥颗粒径平均为0.02mm。在本实施例中，采用型号为MFC-800的超细水泥。
由于超细水泥细度极高，浆液稳定性较好，水泥进入裂隙和孔隙的几率较大，单位水泥注入量大大提高，能够增加基岩密度和孔隙、裂隙填充率。根据注浆试验段对超细水泥和普通水泥采用同水灰比进行试验，超细水泥用量平均每根用量0.9m3，普通水泥用量平均每根约0.1m3，孔间取芯验证后芯样观察，普通水泥几乎无岩层填充效果，而超细水泥注浆填充效果好。超细水泥相对于普通水泥制备的浆液具有更好的物理力学性能，水泥细化后抗压和抗渗强度均得到显著提高，超细水泥相对于普通水泥，常压析水时抗压强度增加30％以上，压力脱水强度增加40％以上，而且压力脱水后结实强度比常压析水增加400％以上，因此超细水泥结实更加密实，而且具有较高的耐久性。通过可注性试验测定，超细水泥的可注性是普通水泥的12倍，接近于真溶性化学浆液，对钢筋无腐蚀作用，更利于保证结构的设计受力完整性。
其中，当地下水量呈线股状水及以上时，由普通水泥和超细水泥分别拌入浓度为10-21％的卤水，配置得到水灰比为0.5-0.8的普通水泥浆和水灰比为0.4-0.6的超细水泥浆。当地下水量呈渗滴水及以下时，由超细水泥拌入浓度为10-21％的卤水，配置得到水灰比为0.4-0.6的超细水泥浆。
需要说明的是，在本实施例中，在普通水泥浆料和超细水泥浆料的拌制过程中，浆液拌制的时间至少为3min直至注浆结束，以避免成品浆液离析。
(3)灌注浆液：当地下水量呈线股状水及以上时，首先灌注普通水泥浆至渗滴水及以下状态，再对钻孔灌注所述超细水泥浆；在本实施例中，当地下水量呈线股状水及以上时，岩层比较破碎、裂隙较大，首先灌注普通水泥浆料进行封堵至渗滴水及以下状态，再对钻孔灌注所述超细水泥浆；普通水泥浆料能够用于填补缝隙，达到堵水的效果，接着采用超细水泥浆料进行加固，不仅可以在普通浆料上方形成一层致密层，还可以填补普通水泥浆料没有填补到的微小孔隙，可以让岩层更加密实，进一步地提高堵水效果。当地下水量呈渗滴水及以下时，直接灌注超细水泥浆；
需要说明的是，在本实施例中，注浆起始压力0.3-0.5MPa，注浆终压为0.5-1Mpa，待注浆压力达到终压时，稳定3min，结束注浆。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
中老铁路ZLZQ-1标友谊隧道老挝段全长2425m，设出口、3#斜井两个工区。于2017年3月开工，目前出口工区上台阶开挖长度1100m，衬砌完成800m，3#斜井工区大里程方向上台阶开挖至DK0+890，长约300mm，该作业面目前处于停工状态；小里程方向上台阶开挖至DK0+496.4，长约204m。2018年4月3#斜井工区进洞后分别往大小里程方向施工，5月以后，陆续发现围岩含盐成分不断增加，现场检测发现，DK0+550～+890段均为盐岩地层，含量至DK0+550逐步增多，最高含盐成分达到80％，目前大里程方向掌子面已停止施工，2018年7月陆续发现隧道仰拱、填充混凝土开裂、隆起，模注衬砌混凝土出现纵向、环向裂纹，矮边墙出现剪切破坏，隧底和矮边墙最大开裂宽度20mm以上。
目前3#斜井工区小里程掌子面(DK0+356)揭示为灰白色砂泥岩，未见明显盐岩，但地下水极咸；超前钻孔(35m)未见明显盐岩，孔内出水极咸。3#斜井工区大里程掌子面(DK0+850)揭示为浅白色、紫红色盐岩，盐岩含量约80％；超前钻孔(30m)基本为纯盐岩；出口工区掌子面(DK1+530)揭示为紫红色砂泥岩，未见明显盐岩，但地下水极咸；超前钻孔(35m)未见明显盐岩，孔内出水极咸。根据掌子面和超前钻孔揭示情况，综合判定未开挖段均为盐岩段，包括DK0+000～DK0+356(356m)、DK0+850～DK1+530(680m)，合计1136m。
本实施例提供一种盐岩地层隧道注浆工艺，用于针对DK0+000～DK0+356段和DK0+850～DK1+530段开挖后进行注浆堵水，具体如下：(1)注浆孔布置：隧道全环钻设注浆孔，安装防腐注浆管；(2)浆液配置：以卤水配置普通水泥浆和超细水泥浆，其中普通水泥浆的水灰比为0.5，超细水泥的水灰比为0.4，卤水的浓度为10-21％；(3)灌注浆液：当地下水量呈线股状水及以上时，依次灌注普通水泥浆和超细水泥浆；当地下水量呈渗滴水及以下时，灌注超细水泥浆。
图1为当地下水量呈线股状水及以上时的堵水效果图，由图1可以看出，岩层缝隙被完全填补。
实施例2
本实施例中隧道情况同实施例1。
本实施例提供一种盐岩地层隧道注浆工艺，用于针对DK0+000～DK0+356段和DK0+850～DK1+530段开挖后进行注浆堵水，具体如下：(1)注浆孔布置：隧道全环钻设注浆孔，安装防腐注浆管；(2)浆液配置：以卤水配置普通水泥浆和超细水泥浆，其中普通水泥浆的水灰比为0.8，超细水泥的水灰比为0.6，卤水的浓度为10-21％；(3)灌注浆液：当地下水量呈线股状水及以上时，依次灌注普通水泥浆和超细水泥浆；当地下水量呈渗滴水及以下时，灌注超细水泥浆。
图2为当地下水量呈线股状水及以上时的堵水效果图，由图2可以看出，岩层缝隙被完全填补。
实施例3
本实施例中隧道情况同实施例1。
本实施例提供一种盐岩地层隧道注浆工艺，用于针对DK0+000～DK0+356段和DK0+850～DK1+530段开挖后进行注浆堵水，具体如下：(1)注浆孔布置：隧道全环钻设注浆孔，安装防腐注浆管；(2)浆液配置：以卤水配置普通水泥浆和超细水泥浆，其中普通水泥浆的水灰比为0.6，超细水泥的水灰比为0.5，卤水的浓度为10-21％；(3)灌注浆液：当地下水量呈线股状水及以上时，依次灌注普通水泥浆和超细水泥浆；当地下水量呈渗滴水及以下时，灌注超细水泥浆。
图3为当地下水量呈线股状水及以上时的堵水效果图，由图3可以看出，岩层缝隙被完全填补。
综上所述，采用该工艺，在注浆过程中不溶蚀盐岩，同时能有效封堵围岩裂隙，能形成有效封闭圈，扼制地下水溶解盐岩，防止地下盐水侵入隧道结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种盐岩地层隧道注浆工艺，其特征在于：包括：
(1)注浆孔布置：隧道全环钻设注浆孔，安装防腐注浆管，按照环向间距×纵向间距为1m×1m交错布置；所述注浆孔的开孔直径50mm，终孔直径不小于42mm，孔深5m；所述防腐注浆管采用钢花管，外径42mm，壁厚3.5mm，管长1m，所述钢花管的内外设置防腐涂层；
(2)浆液配置：以卤水和普通水泥配置普通水泥浆，以卤水和超细水泥配置超细水泥浆；所述普通水泥颗粒径平均为0.02mm，所述超细水泥平均颗粒径为0.004mm，所述普通水泥浆的水灰比为0.5-0.8，所述超细水泥浆的水灰比为0.4-0.6，所述卤水的浓度为10-21％；
(3)灌注浆液：当地下水量呈线股状水及以上时，首先灌注所述普通水泥浆至渗滴水及以下状态，再对钻孔灌注所述超细水泥浆；当地下水量呈渗滴水及以下时，直接灌注所述超细水泥浆；注浆起始压力0.3-0.5MPa，注浆终压为0.5-1Mpa，待注浆压力达到终压时，稳定3min，结束注浆。
2.根据权利要求1所述的盐岩地层隧道注浆工艺，其特征在于：步骤(3)中，当地下水量呈线股状水及以上时，按照步骤(2)的要求分别配置所述普通水泥浆和所述超细水泥浆；当地下水量呈渗滴水及以下时，按照步骤(2)的要求配置所述超细水泥浆。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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