张泽波
中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司
摘要：随着我国地铁项目的不断增多，隧道的开挖施工，经常会出现衬砌背后和围岩之间留下缝隙。特别是拱圈的顶部，缝隙比较多。这些情况会导致衬砌荷载的增大、围岩松弛的增加、地表下沉的增加等等都有加大的可能性。为了尽可能减少缝隙，一般在地铁隧道衬砌背后采取后注浆施工的方法来保证隧道衬砌的稳定性。
关键词：隧道；衬砌背后注浆；施工工艺
一、隧道衬砌背后注浆施工的概述
（1）隧道衬砌背后注浆施工的形式
隧道衬砌背后注浆施工的形式主要有两种：一种是通过衬砌上所预留的注浆孔进行压浆，此注浆形式属于比较先进一种技术；另一种就是通过在衬砌的外表所设置的注浆孔进行同步注浆。
（2）隧道衬砌背后注浆施工的作用
应用衬砌背后注浆施工具有以下作用：
① 加强与提高隧道衬砌结构安全性和耐久性；
② 及时对缝隙进行填补，抑制天然岩、土体的进一步变形，从而控制沉降的可能性，确保施工安全性。
③ 隧道防水功能得到加强，可以成为第一防水线，为隧道提供稳定、长期的防水作用；
④ 均匀外力作用，上浮量在一定程度上可以得到控制，确保隧道施工的顺利进行。
二、隧道衬砌背后注浆施工参数的选择
（1）背后注浆的速度
隧道衬砌背后注浆的速度应该由单环注浆量和注浆泵其本身的性能来进行确定，但是同时要与开挖面掘进的速度保持一致性。
（2）背后注浆的注浆量
通常情况下，在实际的施工过程中，背后注浆的注浆量应该是大于理论上的注浆量，而实际上的注浆量应该是与隧道的掘进方式、隧道的线路以及地层等因素进行充分的结合，将这几个方面的因素进行综合性的考虑之后再与适当的饱满系数进行相乘，以此来保证背后注浆充填的密实性。一般来说，饱满系数主要包括了隧道的岩、土质系数、隧道采取的掘进方式所产生的超挖系数、注浆过程中注浆压力所产生的压密系数以及施工过程中所消耗的系数等等。在实际的施工过程中，最主要的还是要考虑超挖系数以及岩、土质系数。超挖系数一般只会在曲线的施工过程中才会产生，其具体的数值可以经过计算得出，而岩、土质系数主要是取决于地层的性质，一般情况下取值在1.1～1.5之间，以上几个饱满系数累计的总值在1.3～1.8之间。
（3）背后注浆的压力
在隧道衬砌背后注浆的时候，对于背后注浆的压力选择，一方面是要尽量的避免注浆压力，因为过大而导致浅埋地段地表出现隆起或是破坏衬砌，从而影响了衬砌结构安全以及地表建筑物的正常使用和安全性；另一方面是为了能够将注浆材料对隧道衬砌所出现的空隙进行充分的填充，以此来避免因为出现空隙而造成地表沉陷。通常注浆压力应该是稍微大于地层的水压和土压，以能够使出现的空隙进行充分的填充为主要目的，而不是采用劈裂注浆法，在施工的过程中，一般的注浆压力都会控制在0.2～0.4MPa之间，是从设备性能、地基条件、岩土层压力和浆液特性上进行综合考虑的。
三、隧道衬砌背后注浆施工的工艺
（1）初期支护衬砌涌水径向止水注浆方案
目前对于股状涌水采用衬砌背后浅孔注浆和灌注聚氨醋浆液已不能完全进行封堵，即使将水源封堵上，由于水压比较大，会使水源通过其他渠道从薄弱处渗出，不能从根本上很好地解决股状水问题。根据以往隧道止水经验并结合隧道钻爆区间大涌水成功止水的实践，拟采取衬砌背后深孔注浆进行封堵。经过分析研究决定实行“以堵为主，限量排放”的原则，根据工程地质及水文条件，选用“反填→引排→封堵→注浆→掘进”的施工方案对该段进行堵水处理。该方法结石率高，堵水效果好。利用提前预留阀门和预埋注浆管在对应里程段同时注浆，起到防止渗漏水扩散到其他裂隙及加固岩体预防变形的作用。对地下裂隙进行封闭，采用深孔注浆从源头上封堵止水能够达到理想效果。具体方法是注浆采用全孔一次性注浆方式进行注浆，并采取有效措施防止窜浆，注浆应采用由下向上，由少水处到多水处的顺序施做。注浆完毕后用同标号砼浆封闭注浆孔，堵塞密实。注浆完成后，应保证达到打开拱脚钢管阀门无水流出的效果，未达到效果，应补充注浆。
（2）衬砌背后深孔径向注浆施工
①施工工艺的基本原理
隧道内在衬砌背后注浆孔位置，布置3～5m深的注浆孔，根据测得的水文地质资料设计注浆参数，通过注浆孔向岩体压注水泥—水玻璃浆液。注浆时应按股状水区段先进行两端截流后再向中间进行封堵，依各股状水区段依次进行注浆封堵。浆液挤出周围一定范围内裂隙中的水，同时起到加固衬砌背后和漏水围岩的作用，使衬砌围岩形成一个固结封闭的岩体，阻止地下水渗出，达到堵水的作用与要求。
②注浆施工工艺
孔口管采用φ42×5mm的热轧无缝钢管，注浆材料选用普通425号硅酸盐水泥，密度为1.32～1.45g/cm?、模数2.4～3.4的水玻璃和速凝剂。浆液配合比的选择要考虑岩石裂隙情况及浆液的扩散半径，：=1：1.25，：=0.6：1。浆液胶凝时间的确定应进行压注试验，当进浆量很大，泵压长时间不升高时，胶凝时间选1～2min；当进浆量中等，泵压稳定上升时，胶凝时间选3～4min；当进浆量较小，泵压升高很快时，胶凝时间选5～6min。
在开挖掘进初期之间全环范围分区段注浆，注浆孔利用现有初期支护衬砌预留孔设置，长度3m。注浆孔布置如图1所示。由于隧道周围围岩裂隙发育情况、裂隙大小及裂隙贯通长度无法核定，且地下裂隙水补给量和流速无法测定，按公式计算注浆量只能作为参考，注浆量应以实际注浆量为准。注浆时严格控制注浆压力，综合考虑围岩状况、衬砌的强度、浆液特性和岩土层压力等确定注浆压力，并在施工中仔细观察注浆环和周围2环范围内衬砌情况，若衬砌破损或开裂则立即停止注浆并采取相应措施。
图1 注浆孔布置图
③注浆施工检验
所有注浆孔注满后，钻取岩芯对注浆效果进行检查，对浆液扩散较为薄弱的部位，进行加孔补注浆，直至达到要求。注浆过程中对隧道进行实时监测，出现异常情况，立即停工，分析原因，并按预案采取相应的应急措施。注浆结束后，其岩、土体的力学性能必须达到图纸和规范的要求，工程设计值要由工程地质状况、注浆压力材料性质等来确定。
四、隧道衬砌背后注浆施工时应注意的问题
为了保证隧道衬砌背后注浆施上能够顺利的完成，在背后注浆施工的时候应该注意以下几个方面的问题：
（1）在注浆之前必须进行详细清楚的浆液配比的试验，从而确定合适的浆液配比，保证其所选的浆液配比强度和耐久性等各个物理力学指标都能够符合设计施工的要求；
（2）对于注浆孔的密封工作要做好，保证其不会发生任何的渗漏现象；
（3）对于注浆设备的保养和维修工作要严格做好，从而保证注浆作业与注浆材料的供应不会间断。
五、结束语
综上所述，随着城市轨道交通施工技术的发展，注浆领域出现了很多的新材料、新工艺，注浆工艺朝着“高压”发展，大部分专家学者认为在良好的岩体环境下施工是可以的，但是若注浆压力过大，也会造成地表隆起等病害，所以对隧道衬砌背后注浆的施工与应用有待进一步的研究。
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论文作者:张泽波
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/3/31
标签：注浆论文; 隧道论文; 浆液论文; 裂隙论文; 系数论文; 围岩论文; 压力论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;