中冶(贵州)建设投资发展有限公司 贵州 贵阳 550081
摘要：某高速公路隧道穿越浅埋破碎带，地质为全风化泥质灰岩、强风化页岩，如开挖支护施工不当，极易造成塌方甚至冒顶。因此，设计对该段浅埋段采取地表注浆预加固的措施。本文将结合现场施工经验，对地表注浆预加固技术在隧道浅埋破碎带施工中的应用进行分析，以为类似工程提供参考。
关键词：地表注浆；浅埋破碎带；应用
一、工程概况
某高速公路隧道设计为小净距+分离式、双洞四车道隧道，呈曲线形展布，曲线半径980m，隧道建筑限界净宽10.25m，净高5m。隧道总体轴线方向175°～222°；隧道左线全长2159m，右线全长2120m，最大埋深262.1m。
该隧道区属溶蚀峰林谷地及低中山地貌，地形起伏大。隧道范围内中线高程1052.8m～1327.7m，最大高差约274.9m。山体自然坡度30°～65°，顶部植被较发育，进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态。
隧道所在区域属亚热带湿润气候区，年平均降水量1337.1mm。隧址区地表水较发育，主要为冲沟中短暂性流水，随季节变化明显。地下水主要有第四系覆盖层中的孔隙水和基岩中的裂隙水、岩溶水等，钻孔揭露至地下水埋深为3～55m。
隧址区第四系覆盖层主要为冲积成因(Q4a1)粉质黏土、更新坡积成因(Qpd1)含碎石粉质黏土、角砾，下伏基岩为二叠系上统吴家坪组(P2w)、栖霞组(P1q)页岩、泥质灰岩夹燧石岩、泥质灰岩、砂岩夹灰岩、灰岩、泥灰岩、砂岩、泥质砂岩等，下统茅口组(P1m)白云质灰岩、灰岩夹燧石岩。
本隧道洞身段存在浅埋段，左洞里程ZK7+928～ZK7+976，长48m；右洞里程K7+931～K7+978，长47m。洞顶覆盖层从地表向下依次为粉质黏土、全风化泥质灰岩、强风化页岩，最小埋深6m。由于埋深小、围岩破碎，如不进行预处理，在通过时极有可能出现塌方、冒顶的风险。同时，如从洞内打设大管棚方式，不仅耽误工期，且成孔困难，效果也一般。因此决定采用地表注浆措施，即可与前段隧道同步施工，也能取得较好的加固效果。
二、地表注浆加固方案
(一)注浆位置
(1)注浆长度：地表注浆预加固范围纵向为整个浅埋区段，左洞里程ZK7+928～ZK7+976，长48m；右洞里程K7+931～K7+978，长47m。
(2)注浆宽度：隧道两侧开挖轮廓线以外3.5m。
(3)注浆深度：竖向开挖轮廓线两侧为地表至仰拱底以下2m，开挖轮廓线范围内为开挖轮廓线以上0.5m。
注浆加固范围见图1。
图1 注浆加固范围
(二)注浆方式
地表预加固注浆采用ф50×5mm钢花管，高压注浆泵压入式注浆。注浆管长度根据地表标高及仰拱底标高之差加2m。注浆管前端钻花孔，钻孔直径1cm，间距40cm，梅花形布置，注浆管尾部50cm不设花管。
(三)注浆孔布置
注浆孔间距2×2m，梅花形布置。浆液扩散半径取0.6倍注浆管间距，即1.2m，各注浆孔的浆液扩散半径相互搭接。
图2 注浆孔布置图
(四)注浆材料
注浆材料采用水泥单液浆，水泥浆水灰比0.6:1～3:1(重量比)。
为提升注浆预加固效果，根据工程地质及地下水情况，找到适合本隧道地层的最佳配合比，施工前进行现场注浆试验，并通过钻心取样验证注浆效果，最终确定最佳水灰比为0.8:1。
(五)地表止浆
由于隧道拱顶覆盖层较薄，注浆深度较浅，且表层为全风化泥质灰岩及粉质粘土，如注浆压力控制不当，在注浆过程中易造成地表冒浆现象。为防止地表冒浆造成浆液损耗和影响注浆效果，且保证注浆压力，在地表清表70cm表层土后，设20m厚C25混凝土止浆盘。
(六)注浆压力及顺序
根据地层特性，岩体破碎，裂隙发育，采用渗透注浆法。因此注浆初始压力0.5～1MPa，注浆终压采用2～3MPa。注浆压力可通过现场注浆试验进行调整。灌浆浆液的浓度由稀到浓，注浆压力由低到高，逐级变换。
注浆施工首先进行周边最外侧孔的注浆，以此作为帷幕孔，然后进行内部孔的注浆。帷幕孔浆液掺加水泥重量2～3%的速凝剂，使孔内浆液尽快凝固，以形成帷幕，防止内部孔注浆时浆液流失。可根据工程实际地质情况，通过现场试验适当调整帷幕孔间距和浆液配比，以提高帷幕效果。如出现漏浆严重的情况，可采用水泥水玻璃双液浆注浆。
(七)注浆结束标准
注浆结束标准以注浆终压和注浆量综合确定。前期注浆孔采用单孔注浆量控制，当单孔注浆量达到设计单孔注浆量时，即可换孔注浆；后期注浆孔采用注浆终压控制，达到设计注浆终压、且注浆孔注入率小于40L/min时，延续20～30min，即可结束注浆。
三、施工工艺
(一)放样定位和钻孔
首先采用全站仪进行注浆范围初略定位，进行地表清理，挖除地表70cm厚土层。再用全站仪精确放出注浆范围的四角位置，浇筑止浆盘。然后采用钢尺测量定位出钻孔位置，并做出明显标志。
钻孔采用潜孔钻机钻孔，钻机按施工放样孔位准确就位，并使其平整稳固。开钻前采用垂球检测钻杆的垂直度，确保钻孔的准确、垂直。
(二)安装注浆管
将注浆钢花管前端加工成尖锥形，插入已成孔内。孔深较大时，将钢管采用较大直径的套管连接焊接牢固后，再插入孔内。
在尾部50cm止浆段底部，环状焊接两根直径8mm钢筋，间距5cm。两根钢筋之间缠绕麻絮，作为止浆塞，止浆塞上部钢管周边孔隙采用速凝砂浆填塞封堵，以防止注浆过程中冒浆现象发生。
注浆钢管尾部焊接带截止阀的注浆嘴，以进行注浆及闭浆使用。
(三)注浆
注浆设备选用ZKDY50-70小型高压注浆机，流量2.5m3/h，工作压力0～6MPa。
浆液拌制要求：⑴水泥浆拌制。浆液拌制时，按设计配合比称重投料，保证用量准确，投料顺序应先注水，在正常搅拌的过程中投入水泥。浆液搅拌均匀注入贮浆筒时，须使用筛网过滤，严禁水泥袋碎片及块状水泥进入贮浆筒。且贮浆筒必须具备连续搅拌的功能，避免浆液静置时间过长出现离析现象。⑵掺速凝剂。注速凝液浆时,需在水泥浆中掺速凝剂，掺量为水泥用量的2%～3%。加料顺序为：水→水泥→速凝剂，搅拌时间应不少于3min，放置时间不超过10min。
单根钢管的注浆量估算：Q=πR[k]Lηξ，式中R[k]为浆液扩散半径，取R[k]=0.6R，R为注浆钢管中心间距；L为钢管长度；η为围岩空隙率，本隧道围岩空隙率参考值5%；ξ为注浆饱满系数，取0.85。
注浆由地形低处向高处的顺序进行，首先进行周边帷幕孔的注浆，注浆采用间隔注浆的方式，即先注单号孔，再注双号孔，后注孔可以对前面注浆孔进行补充。
周边孔注浆结束后进行内部孔注浆，仍然采用由低到高的顺序进行。
(四)结束冲洗
注浆结束后后，对搅拌设备、贮浆筒、注浆泵、注浆管采用清水进行冲洗，以防胶体在设备中凝固造成堵塞。
四、控制要点
(一)注浆施工前对注浆机具、压力表、管道、注浆材料、水、电等进行检查及必要的试验。
(二)注浆过程中必须进行注浆量和注浆压力记录，分析注浆压力与注浆量之间的关系。同时对周边地表、止浆盘进行观察及观测，防止浆液流失或冒浆现象发生。如止浆盘发生变形，应停止注浆，经处理后方可继续注浆。发生跑浆或串浆现象，则应采用水泥水玻璃双液浆或间歇注浆的办法解决。
(三)为使浆液在本孔周边一定范围内扩散，而不致串浆或冒浆影响注浆效果，在进浆量持续很大、无明显衰减现象、且注浆压力不上升的情况下，以注浆量控制注浆结束标准；当进浆量很小时，以注浆压力为控制指标。
五、注浆预加固效果
左右洞地表注浆孔共计1019个，注浆施工从2017年3月15日开始，至5月5日结束，共使用水泥3274.8t。注浆结束后，在隧道中线、两侧边线随机进行钻芯取样，共6个孔，取出芯样均较完整，证明通过注浆预加固处理，地层取得了较好的固结效果。
(一)确保了施工安全：通过注浆预加固，提升了围岩自稳能力，改善了岩体的物理理学性能。在开挖过程中未发生拱顶塌方、掉块现象，保证了隧道施工顺利通过浅埋段。
(二)保证了施工质量：开挖过程中，围岩自稳时间长，初期支护变形较小。
(三)缩短了施工工期：地表注浆施工在前段隧道施工过程中同步进行，不影响隧道的正常掘进。同时通过注浆预加固，提升了围岩自稳能力，确保掘进支护各工序能顺利进行，提高了施工效率。
六、结束语
实践证明，在隧道穿越浅埋破碎带时，采用地表注浆预加固的措施，即可保证施工安全、质量，且能极大的缩短施工工期，可为今后类似工程提供借鉴依据。
参考文献
[1]马海君,郝行舟.浅谈地表注浆加固在不良地质隧道中的应用[J].交通科技,2005年6期.
[2]张虎.地表注浆在隧道工程中的应用[J].公路, 2006年3期.
论文作者:杜华建
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/26
标签：注浆论文; 地表论文; 隧道论文; 浆液论文; 围岩论文; 钻孔论文; 压力论文; 《防护工程》2017年第29期论文;