地表超前預注漿技術在隧道淺埋破碎地層中的應用

張紅榮

（陽泉市道路橋梁有限公司，山西 陽泉 045000）

隧道施工在我國已經進行多年，已經形成了一套比較嚴密的施工技術規(guī)范，但是在一些地質情況復雜的區(qū)域，施工方法還有待于進一步的研究，例如淺埋段破碎巖層，有的在洞內超前注漿加固，有的在洞內施做超前管棚或超前小導管，但這些方法不但對工期有較大影響，而且工程費用較高，故本文將介紹一個既不影響工期，又比較經濟的施工方法。即采用地表注漿加固，這種方法可以在隧道未施工到該區(qū)域時提前施工，不影響工期，同時，地表注漿施工較為容易，注漿區(qū)域易于控制，能較好地節(jié)省施工費用。

1 淺埋段圍巖注漿加固的意義及作用

淺埋段隧道的圍巖一般較差，圍巖呈碎塊狀，且較松散。隧道開挖后，圍巖自穩(wěn)時間短，初支支護未施工或者正在施工時，容易發(fā)生坍塌，會造成人員傷亡及機械損壞。因此，在隧道開挖前，必須對隧道前方的圍巖進行有效的加固處治，使松散破碎的巖層形成一個整體，以保證隧道開挖到此時，能安全、快速地穿過。注漿加固對淺埋段的隧道施工有重要的意義。

2 圍巖加固后巖土體強度增長的原理

巖土介質在被注漿后，不管是水泥漿液還是化學漿液，都要依靠漿液的滲透凝膠把土顆粒黏結在一起，以此來充填巖土的孔隙，使巖土體密實度增加；同時，漿液在化學反應過程中，某些化學劑與巖土中的元素進行離子交換形成了新的物質，這都增加了固結后巖土體的黏聚力。強度增長的原理可用公式（1）、公式（2）表示：

注漿前的無黏性土的抗剪強度（τf）為：τf=tanφ，（1）

注漿后的抗剪強度（τfl）為：τfl=σtanφ+c.（2）式中：σ為土體內剪切面上的法向有效應力；φ為土的內摩擦角；c為土的黏聚力。

應注意式中，注漿后的內摩擦角φ采用的是原土的內摩擦角φ，當注漿壓力過大時，土體膨脹，需考慮內摩擦角降低的影響[1]。

3 實際應用情況

3.1 工程概況

XXX隧道穿越多條斷層，且有多處淺埋地段，對施工造成了一定的安全隱患。為了確保隧道安全、快速地穿過淺埋段不良地質，須對此地段進行注漿處治。

本次注漿段為隧道右線K10+550—K10+630，長80 m，最大埋深為30 m，最小埋深為18 m，圍巖呈碎塊狀鑲嵌結構，且較松散。

3.2 XXX隧道注漿現(xiàn)場實施

3.2.1 注漿設備及注漿材料

注漿設備技術性能以及數(shù)量必須滿足施工需要。

注漿材料采用325硅酸鹽水泥及35～40 Be的中性水玻璃。漿液為水泥+水玻璃的雙液漿，可加入適量速凝劑，當遇到注漿量較大時，可先用粗骨料填充。根據(jù)壓水試驗，適當選擇漿液的濃度及水玻璃的用量。水灰比采用0.5∶1～1，水玻璃用量一般是水泥漿重量的10%～15%，這樣就控制了凝膠時間。具體水玻璃的用量可在施工中根據(jù)實際情況進行調整。

在正式施工前，應按施工時使用的水泥、水玻璃在實驗室做漿液配合比試驗，試驗內容應包括每立方米干料含量、漿液濃度、最終凝固時間、結實率、試塊無側限抗壓強度等。

因此，根據(jù)現(xiàn)場試驗配合比及設備所能達到的參數(shù)要求，決定雙漿液采用水灰比為0.8∶1，水玻璃和水泥的質量比為15%。

3.2.2 注漿范圍

注漿范圍根據(jù)該隧道淺埋段的圍巖破碎程度以及裂地發(fā)育情況綜合考慮[2]。

本次地表注漿加固的范圍為K10+550—K10+630段，共計80 m，豎向范圍隧道拱頂以上15 m到隧底5 m，橫向為隧道兩側4 m。

3.2.3 注漿半徑及注漿孔的布設

3.2.3.1 注漿半徑

對隧道進行注漿設計時，由于受地質情況的綜合影響，導致我們很難經過公式準確地計算注漿的擴散半徑，現(xiàn)實中，我們一般通過做注漿試驗確定擴散半徑，本次的擴散半徑為1.3 m。

3.2.3.2 注漿孔的布置

注漿孔周邊設計帷幕注漿孔，孔間距為2.5 m。中部孔位按梅花形布置。

3.2.4 注漿次序和注漿壓力

XXX隧道注漿以封堵地下水和加固隧道為目的，總體注漿的順序為：先進行周邊帷幕注漿，再從低處往高處注漿，并且采用隨鉆隨注分段大間距跳孔的注漿方式，這樣能保證每一注漿孔都是充分的注滿，還能防止同步注漿時發(fā)生的跑漿。當遇到襯砌背后空腔較大時，應先用粗骨料填充再用漿液加固。

考慮到圍巖的破碎程度，注漿壓力為1～3 MPa。

3.2.5 施工要點

a）注漿開始前必須對注漿材料及機械器具等進行檢查，滿足設計要求后方可開始施工。

b）在注漿過程中，必須詳細記錄注漿各項參數(shù)的變化，例如注漿壓力、注漿量等。

c）當單孔的注漿量很大時，同時注漿壓力在不斷增大時，以單孔注漿量作為結束標準；當單孔注漿量較小時，以注漿壓力來作為結束標準。

d）在進行鉆孔時，在鉆桿下降、升起時，一定控制好鉆桿的方向。

e）在注漿過程中，工作人員請勿靠近注漿孔，防止注漿管破裂造成人員傷亡。

4 結論

a）通過地表超前預注漿，隧道開挖前方的地層得到了較好的加固，對隧道的安全掘進提供了較好的保障。

b）針對不同隧道淺埋的地質情況，可設計不同的注漿方式。

c）針對不同的地質情況，采用不同的注漿材料，如在含水量較大的地層，水玻璃的量可適當加大。

d）在注漿時，根據(jù)實際情況，可適當提高注漿的壓力，以便注漿效果更好。

e）如果地表地形受到限制，不易進行注漿加固，或注漿效果有限。這時可在洞內采用超前預注漿，或者超前管棚或小導管進行預加固。

f）注漿完成后，清理施工產生的建筑垃圾，注意對周邊環(huán)境的保護。