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1垂直冻结钻孔下部土体空隙充填技术摘要：甘肃引洮供水一期工程7号隧洞TBM脱困工程中采用辅助立井冻结技术，由于TBM被困位置为含水疏松沙层，TBM被卡期间大量泥沙涌出造成冻结钻孔区域出现大面积空洞，为了保证钻孔正常钻进和冻结效果，需对地层下部土体进行空隙充填。本文基于引洮工程1号辅助立井冻结钻孔引起的问题，介绍了冻结钻孔工程下部土体填充的方案以及施工。关键词：钻孔；地层塌陷；注浆；空隙填充1工程概况甘肃引洮供水一期工程7号隧洞是引洮总干渠第二长隧洞，全长17.29公里，进口位于洮河流域，出口位于渭河流域，地质条件复杂多变，隧洞穿越粉细含水疏松砂岩底层，施工难度大，被称为“世界性难题”。施工使用TBM掘进，施工过程中遇到含水疏松沙层，出现涌沙涌水地质灾害，导致TBM在隧道内被卡，决定对卡机TBM采用“冻结法”实施解困。7号隧洞TBM脱困工程立井冻结区域冻结孔30个，设计深度280米；TBM脱困施工区域地面冻结孔24个，设计深度245米；扩大硐室施工区域冻结孔27个，设计深度248米。本工程在实施1号辅助立井冻结孔钻孔的过程中，连续出现漏浆、塌孔、埋钻等问题，给施工造成了困难。2辅助立井漏浆及空洞分析2.1冻结孔漏浆根据钻孔情况地面110米地层情况良好，钻进速度较快；110米~160米地层硬度大，进尺较慢，大部分孔在160米以下层位漏浆严重，地层下部存有空洞。地层塌陷区图1地下空洞范围图根据钻孔初期大部分孔在160米以下层位出现漏浆、埋钻、卡钻等问题判断，地下埋深160米左右存在空洞，见图1。根据TBM被困期间，前方涌土量达8000多方，因此判断空洞体积至少为6100方（按1.3倍松散系数估算）。2.2TBM漏浆TBM被困后中断掘进后，刀盘前方部涌沙严重，导致前7环管片产生不同程度的破损、裂缝及变形。但由于地层水土压力过大，水泥挡墙与C1皮带机连接位置无法有效封堵，且局部位置管片工作孔仍有地下水渗漏或流出，TBM机2头区域涌沙量约7000方。新增1号辅助立井冻结钻孔期间，发现TBM刀盘上方约80米范围内为坍塌空腔，由于无法保证钻孔效果，遂进行水泥-膨润土浆液灌浆填充。在浆液填充过程中，TBM水泥挡墙和C1皮带机连接位置与坍塌空腔形成通道，所灌注浆液基本全部涌入至洞内。1.3地下空洞根据钻孔初期各钻孔漏浆位置和深度初步分析，空洞可能存在两种情况：一是以刀盘为中心即刀盘底部241米深度至160米深度处存在漏斗型空洞，即160米上部土体成拱，承担了上部土体荷载，下部塌落土体流动性较好从刀盘进入TBM，然后在刀盘附近形成空洞，如图2所示。二是塌落的土体大部分并未进入TBM内部，而是在空腔内呈松散状，松散土体间空隙大，能形成水力通道，与TBM内部贯通。图2漏斗型空洞示意图无论空洞是大范围空洞还是松散贯通土层，一旦注浆，其浆液都会漏进TBM盾体并进入隧道，并有可能对TBM设备及管片结构产生破坏，因此方案应包括TBM内部挡墙加固和地下空隙充填方案两个部分。其中TBM内部挡墙加固方案目的是保证隧道安全，封闭下部漏点，使地面注浆能顺利进行，挡墙加固后强度不低于管片设计强度，且挡墙应阻挡泥沙进一步流入隧道但允许清水流入方便泄压；地下空隙充填方案目的是保证钻孔能继续施工及冻结施工安全进行，主要是对空洞或孔隙进行充填，为下一步施工提供条件。3空隙充填施工3.1TBM洞内挡墙加固方案为保证顺利充填灌浆与施工安全，在水泥挡墙后部增设钢板进行全封闭处理，从而保证地表顺利充填灌浆。1）将洞内涌入的水泥-膨润土浆液全部清除，清理被掩埋设备。2）紧贴水泥挡墙焊接全封闭钢板，钢板厚度为20mm，钢板与管片内弧面及C1皮带机连接位置之间采用652型遇水膨胀橡胶止水带进行止沙止水。3尾盾中盾前盾刀盘观察窗水泥挡墙封堵钢板C1皮带机孔图3封堵钢板位置示意图图4封堵钢板断面图3）采用聚氨酯类发泡注浆材料针对钢板与水泥挡墙之间、钢板与C1皮带机连接位置之间以及水泥挡墙前部至刀盘之间进行填充注浆。4）对水泥挡墙附近含水疏松沙层洞段管片已套拱架进行补强，并根据涌沙涌水情况，再次进行注浆加固，确保达到5米洞段渗水总量小于0.5m3/h的冻结加固条件。5）在地表充填坍塌空腔注浆过程中，通过进行持续的封堵钢板位移与管片变形收敛监测，判断封堵钢板与管片结构是否稳定，从而指导地表分层灌浆厚度。3.2地下空隙充填方案1）从距离TBM刀盘最近的D8孔，进行钻孔施工。2）施工D8孔同时，在D5、D13、S1-4、S2-4孔内下180套管至160米深度，并往每个孔灌250KG黄豆，单孔灌水量不得大于5方。3）充填注浆（1）如果下部为大范围空洞，有两种充填方式：一、从新成孔的D8孔下骨料将空隙充填满，当隧道内挡土墙加固完毕后注水泥浆液，一次注浆量小于50立方米，及时根据情况调整注浆量，延长或缩短注浆间隔。二是考虑注双液4浆，采取少注多次的方法注浆，一次注浆量为50立方，待浆液凝固后再第二次注浆，当底部有10米厚注浆层后，可以逐渐加大一次注浆量到100方。（2）如果下部为松散土体则待TBM内挡土墙加固完毕后从冻结孔内下注浆管，用单液浆进行充填，同样按分次分批原则，即第一次注浆体积不超过50方，当底部有10米厚注浆层后，可以逐渐加大一次注浆量到100方。3.3注浆施工顺序（1）注浆钻机就位；（2）按设计对D8孔进行布孔并成孔；（3）将注浆管置入土层至设计深度的最顶部；（4）按设计配合比用拌浆机拌和混合水泥浆液；（5）当需注浆时，启动注浆泵，通过注浆泵将浆液泵送至注浆管注入孔底，充填扩散到空隙空洞的土体部位；（6）在某一深度注浆达到设计注入量后，将注浆管向下沉入后连续注入，如此循环操作直至完成一个孔的设计注浆量；（7）拔出注浆管，封堵注浆孔，防止浆液流失；（8）及时清洗注浆管，避免残留浆液凝固后堵塞管道。5结语甘肃引洮供水一期工程7号隧洞TBM脱困工程中采用辅助立井冻结技术，TBM被卡期间大量泥沙涌出造成冻结钻孔区域出现大面积空洞，在钻孔过程中连续出现漏浆、塌孔、埋钻等问题，为了确保钻孔施工顺利进行和辅助立井冻结实施效果，对地层下部土体进行了空隙充填，达到了预期效果。通过本工程，可以为今后类似工程问题的解决提供参考。[1]鲍永生．深厚冲积层辅助立井冻结法凿井技术[J]．建井技术．2012（04）[2]刘全林，程桦．辅助立井壁后土层注浆加固机理及注浆参数研究[J]．煤炭学报,2000(05)