以围岩、加固圈等为渗流路径,地下水集中于二衬背后,对结构形成长期水压力,从而引发渗漏水等病害。隧道加固圈是通过对岩土体注浆,有效改善围岩的物理力学性质和渗流特性,减小其渗透系数并增强了阻水性能。当注浆圈厚度一定时,隧道排(涌)水量随注浆圈渗透系数降低而减小,但注浆圈与围岩的渗透系数比小于1/50时,隧道排(涌)水量不再明显减小[135-136]。依据前述研究成果及国内隧道注浆工艺,确定本工程注浆圈渗透系数控制值为0.006～0.05 m/d,试验拟采用普通硅酸盐水泥和炭渣(粒径≤2 mm)进行配比。
加固圈渗透系数试验采用自制恒水头渗透仪。它主要由渗透容器、循环水箱、测压管、测压板、透水石等组成(见图4.7)。试样配制过程及渗透系数测试主要步骤如下:
①将水泥、过筛的炭渣和水按不同配比搅拌均匀,组装并调试恒水头渗透仪,检查其密封性。
②容器底部铺2 cm砾石作为缓冲层,以防止原料颗粒堵塞进水孔,同时使水流全断面均匀渗透。将配制的相似材料装入容器中,分层铺设测压管并连接透水石,出管孔涂抹玻璃胶密封。
③开启循环水箱供水,养护试样至饱和后进行恒水头渗透试验,并记录水头、渗水量、测压管水位差、时间及温度等参数。
图4.7 恒水头渗透仪(www.xing528.com)
④对相同配比的试样重复测试渗水量和水温,当不同水力坡降下测定的数据接近时,结束试验。
恒水头计算渗透系数采用式(4.6)计算,温度修正可查阅《土工试验规程》(SL 237—1999)[132],即
式中,kT为水温T摄氏度时的渗透系数;A为试样断面面积;Q为时间t内的渗水量;L为两测压管间的距离;t为测读水头的起始和终止时间;H为平均水位差。
水泥和炭渣配制的注浆圈相似材料渗透系数试验结果如图4.8所示,其值随着炭渣含量增加近于线性增长。当水泥和炭渣质量比为1∶4～1∶12时,试验渗透系数为0.005 5～0.031 4 m/d,且在1.35 m和2.50 m水头下的测试值较为接近。当水泥和炭渣比超过1∶12时,随炭渣含量增加渗透系数增速加快,2.50 m水头下的试验值较1.35 m水头时更大,最大相差21.19%(水泥∶炭渣(质量比)=1∶18)。试验结果表明,当相似材料中的炭渣含量超过一定比例时,结构整体性开始下降,较大的水压使炭渣内原本闭合的孔道逐渐疏通,从而导致其渗透系数增大。
图4.8 注浆圈相似材料渗透系数影响曲线
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