導(dǎo)管注漿技術(shù)在隧道圍巖加固中的應(yīng)用

趙江濤

山西省公路局陽(yáng)泉分局平定公路管理段 山西平定 045200

1 導(dǎo)管注漿技術(shù)施工原理分析

在隧道結(jié)構(gòu)加固施工實(shí)踐中，為了保證隧道圍巖及周邊巖體的承載能力、荷載穩(wěn)定性及抗變形剛度指標(biāo)，必須采取相應(yīng)的加固處治技術(shù)措施。在工程實(shí)踐中，導(dǎo)管注漿施工技術(shù)在隧道圍巖結(jié)構(gòu)加固施工實(shí)踐中的應(yīng)用尤為普遍，主要原因是該加固技術(shù)的施工難度較低、適用范圍較廣、綜合成本較低。從根本上分析，采取導(dǎo)管注漿加固技術(shù)的根本在于控制隧道圍巖結(jié)構(gòu)的自身荷載穩(wěn)定性，保證隧道圍巖及土體結(jié)構(gòu)的等級(jí)滿(mǎn)足承載要求，圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是隧道工程中急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一，為了降低后期加固施工的成本，提升隧道結(jié)構(gòu)加固的性?xún)r(jià)比和可靠性，必須盡量發(fā)揮隧道巖體結(jié)構(gòu)的殘留強(qiáng)度，通過(guò)自身強(qiáng)度維持隧道圍巖結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性，防止隧道圍巖相互錯(cuò)動(dòng)，影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性[1]。在導(dǎo)管注漿施工過(guò)程中，高壓注入到隧道圍巖結(jié)構(gòu)內(nèi)的砂漿材料滲透到圍巖縫隙內(nèi)部，借助砂漿材料自身的滲透、擠壓和沖擊效應(yīng)，凝固后與隧道圍巖結(jié)構(gòu)形成相互嵌鎖的整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)調(diào)變形，極大地提高了隧道圍巖結(jié)構(gòu)的整體受力特性。隧道洞口截面參數(shù)很大程度決定了隧道的整體受力特性，隧道圍巖等級(jí)和洞口截面參數(shù)直接影響隧道結(jié)構(gòu)的巖體物理特性，同時(shí)也影響到巖體結(jié)構(gòu)的荷載破壞形式和破壞發(fā)展特性。綜上，導(dǎo)管注漿施工技術(shù)不單單可以?xún)?yōu)化隧道巖石結(jié)構(gòu)的物理特性，對(duì)于存在細(xì)微毛細(xì)開(kāi)裂的隧道巖體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)管注漿材料能夠在隧道圍巖結(jié)構(gòu)內(nèi)滲流，極大地填充了圍巖結(jié)構(gòu)的縫隙，排盡了原始停留在隧道裂縫內(nèi)的空氣和水分，提高了隧道圍巖結(jié)構(gòu)的整體性和承載剛度，還顯著改善了原有隧道巖體結(jié)構(gòu)內(nèi)的天然水環(huán)境。此外，通過(guò)導(dǎo)管高壓注漿處治后，砂漿材料在對(duì)應(yīng)毛細(xì)開(kāi)裂內(nèi)部凝結(jié)硬化，砂漿材料同原隧道巖石形成整體承載結(jié)構(gòu)，提高了隧道圍巖之間的內(nèi)摩擦角，增加了二者之間的摩阻力水平。

2 導(dǎo)管注漿技術(shù)在隧道巖體加固中的應(yīng)用

2.1 隧道圍巖壁后加固處治應(yīng)用分析

隧道圍巖壁后加固處治技術(shù)的關(guān)鍵在于借助高壓導(dǎo)管注漿技術(shù)將高壓高性能砂漿直接噴射打入隧道圍巖的毛細(xì)開(kāi)裂中，起到填充孔隙，提高隧道圍巖材料整體性和協(xié)調(diào)變形性能的目的。導(dǎo)管注漿材料的滲透作用，切實(shí)影響和改變了隧道圍巖結(jié)構(gòu)的原始組分，最大程度排盡了其中殘留的空氣和水分，實(shí)現(xiàn)了高性能砂漿和空氣、水分的高效置換，從本質(zhì)上解決了外界空氣、水分滲透到隧道圍巖結(jié)構(gòu)內(nèi)的可能性，緩解了隧道圍巖結(jié)構(gòu)風(fēng)化進(jìn)程，高壓高性能砂漿材料借助高壓可以滲透到圍巖孔隙深處，使隧道圍巖內(nèi)壁縫隙得到充分填充，提高了隧道圍巖結(jié)構(gòu)的整體性；在砂漿作用下，圍巖材料之間的內(nèi)摩擦角變大，摩阻力相應(yīng)增加，圍巖的綜合承載能力明顯提升，優(yōu)化后的隧道圍巖結(jié)構(gòu)能夠高效、快速地實(shí)現(xiàn)荷載傳遞，圍巖荷載能夠快速傳遞到隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)上，建立了良性的隧道圍巖受力傳遞體系，在保證隧道圍巖結(jié)構(gòu)承載性能的同時(shí)，控制了隧道圍巖的大規(guī)模變形，有助于提高隧道圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。

2.2 隧道圍巖開(kāi)裂填充與密實(shí)加固效應(yīng)分析

經(jīng)典斷裂力學(xué)基本理論表明，整體材料和相同體積的存在眾多毛細(xì)開(kāi)裂的材料而言，二者在承受相同外荷載作用的基礎(chǔ)上，存在毛細(xì)開(kāi)裂的材料在材料尖角和裂紋轉(zhuǎn)向位置容易出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中效應(yīng)，由于應(yīng)力集中效應(yīng)影響，導(dǎo)致該位置的應(yīng)力水平明顯高于其他位置，一旦應(yīng)力水平超過(guò)材料的極限抗拉強(qiáng)度指標(biāo)，將誘導(dǎo)材料裂縫快速擴(kuò)展，最終演化為斷裂病害。采用導(dǎo)管注漿處治施工技術(shù)，在高壓滲透作用下，內(nèi)部額毛細(xì)開(kāi)裂被完全填充密實(shí)，由于材料內(nèi)部缺陷被填充，材料的整體性明顯增加，應(yīng)力集中效應(yīng)基本消失，原有的斷裂病害條件無(wú)法滿(mǎn)足，材料的整體性明顯增強(qiáng)；此外，在高壓注漿處治后，注漿材料經(jīng)歷從初凝至終凝的強(qiáng)度形成過(guò)程，高性能砂漿中添加了一定比例的膨脹劑，在高性能砂漿凝結(jié)硬化的過(guò)程中，膨脹劑可以有效彌補(bǔ)應(yīng)干縮變形導(dǎo)致的體積縮減，起到裂縫密實(shí)和提高注漿位置抗?jié)B性的作用和目的。隧道圍巖結(jié)構(gòu)的毛細(xì)開(kāi)裂被完全填充密實(shí)，裂縫完全封閉，圍巖的抗變形剛度和動(dòng)彈性模量指標(biāo)均顯著提升。

2.3 注漿處治隧道圍巖后的骨架效應(yīng)分析

高性能砂漿材料在高壓作用下能夠完全滲透到圍巖開(kāi)裂位置的最深處，且高壓注漿處治技術(shù)可以同時(shí)滿(mǎn)足多維開(kāi)裂的同步密封處治，裂縫處治效率明顯提高；經(jīng)砂漿處治后的隧道圍巖結(jié)構(gòu)整體剛度明顯提高，其彈塑性變形特性更加顯著，可以在較大荷載變形的基礎(chǔ)上，不發(fā)生嚴(yán)重的失穩(wěn)或斷裂病害，且隧道圍巖結(jié)構(gòu)的延展性明顯增強(qiáng)，斷裂失效前的征兆較為明顯，屬于典型的延性破壞形式。通過(guò)凝結(jié)后的高性能砂漿材料能夠?qū)⒐铝⒌乃淼绹鷰r結(jié)構(gòu)連接成一個(gè)完整的受力體，雖然凝固后的砂漿材料本身的抗拉及抗壓性能低于隧道圍巖，但形成的整體結(jié)構(gòu)則具備較高剛度和動(dòng)回彈模量，隧道圍巖在高性能砂漿的嵌鎖作用下能夠協(xié)調(diào)變形，在骨架效應(yīng)的干預(yù)下，隧道圍巖破壞控制條件逐步從單一的薄弱圍巖大變形破壞向隧道整體圍巖強(qiáng)度條件演變，在外荷載沖擊作用下，凝結(jié)的高性能砂漿能夠充分發(fā)揮吸能和儲(chǔ)能效應(yīng)，提升圍巖的殘存強(qiáng)度指標(biāo)，有效約束圍巖在外荷載作用下的變形值[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上分析可知，在隧道圍巖結(jié)構(gòu)加固施工實(shí)踐中，可以盡量推廣使用導(dǎo)管注漿處治技術(shù)，不但可以發(fā)揮導(dǎo)管注漿低成本、施工便捷等優(yōu)勢(shì)，還能最大程度提升隧道圍巖結(jié)構(gòu)之間的相互嵌鎖性能，進(jìn)而提高隧道圍巖的綜合承載力水平、動(dòng)彈性模量及荷載穩(wěn)定性等指標(biāo)，對(duì)于優(yōu)化隧道圍巖的受力特性和傳力途徑，約束隧道圍巖結(jié)構(gòu)在荷載作用下的各向變形量具有重要作用和實(shí)踐意義。