广东省长大公路工程有限公司 510620
摘要：本文以那坡县坡荷乡境内坡荷隧道出口洞口地表加固施工为例，介绍了其原因、 加固处理技术、 处理效果评价，以供同类工程施工参考。
关键词：隧道；加固；技术
0、前 言
渗透注浆法即渗透注浆指浆液以渗透渗入方式，渗入土体孔隙的注浆方法。在渗透注浆中浆材必须与土体孔隙大小相适应。一般认为，对渗透系数小于10-5cm/s数量级的地基上，即使选用真溶液也难以达到渗透形式。
渗透注浆是指在压力作用下，浆液填充土的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙和裂隙中的水和气体，而基本上不改变土和岩石的结构和体积，所用压力相对较小。渗透灌浆一般只使用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石，这种渗透注浆是建筑上最常适用的一种注浆类型。具有代表性的渗透灌浆理论有球形扩散理论和柱形扩散理论。
1、工程概况
坡荷隧道位于那坡县坡荷乡境内，起讫里程为K63+216～K65+480（ZK63+235～ZK65+465），全长2264m（左线长2230m），出口在K65+434～K65+480（ZK65+400～ZK65+465）段下穿既有省道S320，隧道中线与既有线夹角约为48°，既有线在曲线上，曲线半径R约为100m。隧道下穿段拱顶高程与既有线路肩高程差约5～7m。隧道出口段通过地层主要为第四系坡、残积碎石土土和页岩，隧道下穿既有线段地质条件较差，原设计为Ⅴ级围岩。
2、原因分析及采取的措施
隧道下穿既有线段围岩软弱且浅埋，自承能力差，同时受省道S320重车行驶影响，造成洞身开挖后围岩的稳定性更差，为此必须采取较为稳妥的施工方法，确保隧道施工安全；隧道在既有线下穿过施工中，必须采取一定的预加固措施，严格控制地表沉降，确保既有省道的运营安全。
设计采用地表注浆加固，使松散的碎石胶结，和超前支护共同使用，保证上部省道S320通行安全与施工安全。
在注浆施工前，通过注浆试验，确定有关数据，为下一步施工提供可靠依据。隧道左、右线进出口的地形、地貌及围岩地质情况相差不大，左线出口暗洞桩号：右线注浆段落为K65+415～K65+465，右线K65+465至S320右边缘注浆范围面积为268m2，右线S320左边缘至K65+415注浆范围面积为290m2；左线注浆段落为ZK65+390～ZK65+443，左线ZK65+443至S320右边缘注浆范围面积为420m2，左线S320左边缘至ZK65+390注浆范围面积为261m2，注浆宽度为隧道开挖宽度两侧各外延3m。隧道浅埋破碎带埋深较浅，围岩为碎石土，或强风化凝灰岩，且节理裂隙发育，破碎，其自稳能力差难以形成平衡拱效应。因此，大管棚施作时成孔困难，如不采取措施，隧道掘进时将会有更大的施工安全隐患，根据设计要求，采用地表注浆预加固技术处理。
3、地表注浆预加固技术处理措施
通过分析，采用1：1的水泥净浆，从其施工作用上看，施工工艺属于静压注浆中的固结注浆，从注浆理论上属于渗透注浆。通过注浆管将浆液均匀地注入地层中，利用浆液结石率高，结石体早期强度大的特性，在相对较高的灌浆压力下，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走碎石土及岩体裂隙中的水分和空气后占据其位置，使浆液在劈裂的孔隙或裂隙中混合并迅速凝结，形成“结石体”，使原来松散围岩胶结成一个整体，改善隧道成拱稳定的条件，从而达到保证工程安全及顺利掘进的目的。
3.1注浆参数
设计注浆采用水泥净浆，设计配比水泥浆水灰比1：1（重量比）。其中水泥选用壮乡牌P042.5水泥，外侧3排管注浆压力≥1.0MPa，内侧管注浆压力0.5～1.0MPa，浆液配合比通过试验确定，注浆浆液的浓度由稀到浓，注浆压力由低到高。
3.2 注浆范围
注浆范围根据地质情况、隧道施工方法等因素综合考虑。本次地表注浆加固的区段为：右线注浆段落为K65+465～K65+415，左线注浆段落为ZK65+443～ZK65+390，竖向范围为开挖轮廓以外50cm以上，具体的加固范围如下图所示。注浆时，先行钻孔，钻孔孔径为66mm，之后在钻孔内放人50mm的注浆管，注浆管1.2m以下设置成花管，通过φ8的注浆孔向围岩注浆。
3.3 注浆孔位的布设
在隧道地表注浆的设计中，由于地层的不均匀性，浆液的扩散半径是不规则的，利用公式很难准确计算扩散半径。注浆扩散半径与渗透系数、孔隙率、注浆压力、浆液的注入能力、浆液的粘度及注浆时间等多方面的因素有关。依据现场岩层情况，注浆扩散半径暂定为0.5米，并通过现场注浆岩层观察，对注浆压力、注浆量和注浆时间等情况及时进行调整，通过施工过程中的取样检测，最终确定本次注浆的扩散半径。
3.4注浆次序及注浆压力
隧道注浆以加固为目的，所以总体注浆顺序为：由出口向进口方向按顺序进行，注浆时先外围后内部，并采取同排隔孔错开的注浆方式。每孔又采取分段注浆的方式，每次注浆结束后及时清孔，以便保证下次顺利压注。
由于坡荷隧道出口端为碎石土，比较松散，所以在进行注浆作业时，在遵循注浆压力或注浆量的指标控制的前提下，要求从隧道两侧的3排注浆管开始注浆，然后进行出口端向进口端的注浆，出口端的注浆点设置要求按设计进行，距离仰坡顶1.5m开始往进口方向注浆。
3.5 注浆的施工方法及施工要点
3.5.1注浆施工方法
（1）清表：清理地表施工现场；
（2）钻孔：按设计钻孔位置开始钻孔，钻孔孔径为φ80 mm；注浆施工方法采用自下而上分段注浆法：将钻孔一直钻到设计孔深，然后自下而上逐段进行注浆。如图所示。
（3）清孔：采用高压风将孔内泥浆杂物吹干净；
（4）下管：在钻孔内放入φ50mm注浆管，注浆管下半段设置成注浆花管，将加工好的注浆管插入孔内；
（5）封孔：为了确保注浆压力及注浆效果，地表下1.2m孔深范围用水泥砂浆密封；
（6）压浆：用压浆机将配好的浆液注入孔内。
3.5.2注浆工艺要点（工艺流程如图所示）
（1）注浆开始前做好准备工作，包括机械器具、仪表、管路、注浆材料、水、电等的检查及必要试验。
（2）注浆过程中，经常观测和记录注浆压力的变化情况，掌握注浆量，特别要注意止浆盘的变形和饱浆情况，如果止浆盘发生变形，应停止注浆，及时处理。发生跑浆时，及时用填塞棉砂、打木楔和糊塑胶泥或速凝砂浆的方法堵漏。
（3）注浆过程中，要及时测量浆液的稠度，防止浆液外漏，在确保浆液质量的前提下，要及时根据注浆效果调整浆液的参数，保证注浆效果，真正起到地表加固的作用。
（4）为使浆液在孔内一定范围内扩散，而不致串浆或冒浆，影响注浆效果，在进浆量很大而压力不上升的情况下，以注浆量控制注浆为结束标准，一般情况下取V0=0.44m3/m（注浆扩散半径按0.375 m），V0=3.14*0.375*0.375*1.0=0.442 m3/m；当进浆量很小时，以注浆压力2 MPa来控制。
（5）启动注浆泵，正常运转后关闭泵口阀门，泵停止运转后，旋转压力调节旋钮，将油压调在要求的油压刻度值上，随着注浆阻力的增大，泵压随之增高，当达到调定值时，会自动停泵。
（6）针对隧道工程地质与水文地质状况和隧道结构实际状况，确定了注浆孔的布设间距、注浆孔深度，注浆次序及注浆压力等。为了保证注浆加固质量，在注浆实施过程中，依据现场试验对比，合理确定注浆材料的合理配比，同时，选择合理的注浆作业操作方法以及施工操作流程，对可能出现的异常情况做好充分的处理措施，保障注浆加固质量及施工安全。
（7）考虑到待加固体比较松散，注浆过程中，出现注浆压力不能达标，且总注浆量到位但还是不见浆液注满的时候，将根据单位注浆量的1.5倍进行补注浆。若按单位注浆量的1.5倍进行补注浆后仍无法注满，即可换孔注浆，待周围孔注浆固结后再返回来对未注满的注浆孔进行重新补注。
（8）有必要时，在注浆过程中，要对注满浆液的孔洞周围进行钻孔取样，以检测注浆的扩散半径、注浆效果等。
（9）近省道S320两侧的注浆时，局部需要占用半幅省道作为施工场地，施工前要加强跟地方公路管理部门的沟通，施工点前后200m、50m范围内要设置施工警示牌和车辆慢行标志牌，确保施工安全和交通安全。
4 试验结果分析与总结
注浆过程中，浆液可以充填、挤密、加固松散软弱的土体，提高整体强度，增加其抗剪能力。在疏松土层中，注浆压力要满足浆液能使土体达到被充填挤密，但也要控制压力避免上部拱抬或大范围扰动土体，同时还要考虑浆液迁移扩散的方向和范围。
由于出口边仰坡为原省道S320修建过程中挖方碎石土堆积而成，故地层疏松多孔，在注浆过程中，浆液扩散迅速，洞口边坡有泄浆现象发生。孔口压力表基本无读数，周围孔无浆液流出，浆液扩散半径不易确定。
故注浆时必须考虑浆液的初凝时间和其流动性。应保证有一定注浆量，可将通道堵塞，防止浆液任意扩散。项目部将继续试验，对浆液流动性、初凝时间、注浆压力等进行研究，以获得合理数据，指导下阶段地表注浆加固施工。
5 施工注意事项
由于坡荷隧道出口端为碎石土，比较松散，而洞口坡积物和砂岩的自稳能力较差，只能以超前预加固和“ 短开挖、 早支护” 保证地层的稳定。因此掌握开挖和支护的时空效应对稳定地层、保证施工安全、 控制地层变形都有很大帮助，对于掌子面而言要把握开挖进尺、 分部开挖。
①严格以“ 以防为主，宁强勿弱，步步为营，稳中求快” 为指导思想，以“ 管超前、 短进尺、 弱爆破、 强支护、 勤量测” 为施工原则组织施工。
②加强地质超前预报工作，摸清地质情况，进行地表地质复查，掌子面地质描述，发现异常情况出现时，及时研究并采取相应对策措施。
③加强初期支护，每次开挖后及时喷锚、 架立格栅钢架，保证初期支护质量。
④地表预注浆必须严格按设计深度、 范围施工，并严格执行注浆加固地层施工工艺。
⑤洞内开挖爆破必须根据围岩情况，选择合理的爆破参数，根据爆破效果，不断优化爆破设计，以减少对周围围岩的扰动。
⑥备足塌方处理材料，一旦发生塌方，迅速组织抢险，进行塌方处理。
⑦现场安全员必须24ｈ值班，随时观察支护及围岩变形情况，一旦发生险情，迅速撤离施工人员至安全地带。
6 结 语
通过注浆加固，提高了隧道出口洞口段的自稳性和承载能力，改善了岩土体的力学性能，从而减小了围岩对支护结构的压力，从物理力学性能上为支护结构的长期稳定提供了保证，所以地表注浆加固确保了隧道的施工安全、 施工质量和整条隧道的施工工期。
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论文作者:陈跃先
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/28
标签：注浆论文; 浆液论文; 隧道论文; 围岩论文; 地表论文; 压力论文; 钻孔论文; 《基层建设》2016年9期论文;