高原軟巖隧道分段式注漿預(yù)加固技術(shù)

馮長青 胡曾強(qiáng) 魏小清 羅亨 李游

依托G0615線久治（青川界）至馬爾康段高速公路工程，采取改進(jìn)的水平袖閥管束實(shí)現(xiàn)分段注漿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超長注漿、穩(wěn)壓注漿，提高了隧道預(yù)加固效果。從工藝原理、施工操作要點(diǎn)、技術(shù)特點(diǎn)、效益分析等方面，展開闡述該技術(shù)的特征，以期為隧道預(yù)注漿加固的提供借鑒與參考。

隧道； 分段式注漿； 袖閥管束； 預(yù)加固

U455.49 B

［定稿日期］2022-05-09

［作者簡介］馮長青（1978—），男，本科，工程師，從事隧道施工工作。

高原由于地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、大溫差等因素造成圍巖極破碎、風(fēng)化嚴(yán)重，隧道工程常遇軟巖大變形、涌水、突泥、坍方等災(zāi)害，若不及時(shí)封閉，極易造成洞內(nèi)涌水突泥、地表塌陷等重大災(zāi)害，為了保證隧道開挖的穩(wěn)定性，運(yùn)用多種手段開展隧道預(yù)加固是非常必要的［1-6］。

注漿措施在掌子面預(yù)加固中具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，可有效改善工作面圍巖參數(shù)，改變圍巖應(yīng)力，從而達(dá)到一定的圍巖穩(wěn)定性。但不同類型圍巖的注漿效果差異較大。常規(guī)注漿工藝針對高原薄層千枚巖，圍巖致密，孔隙度小，容易出現(xiàn)注漿不均勻、擴(kuò)散不良，影響注漿加固的作用和效果［7-9］。目前注漿技術(shù)的缺陷表現(xiàn)在：一次性注漿長度一般不超過6 m，導(dǎo)致一次注漿加固范圍小，注漿次數(shù)多，堵水效果有限［10-12］。

本文針對這些問題，研發(fā)出了高原軟巖隧道分段式注漿預(yù)加固施工技術(shù)，采用改進(jìn)的止?jié){措施、水平袖閥管束注漿系統(tǒng)，優(yōu)化注漿工藝，提高注漿質(zhì)量和效率，已符合在高原軟巖隧道分段式注漿、隧道預(yù)加固、隧道減壓排水等方面具有創(chuàng)新性，有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用推廣前景。

1 工藝原理

采用水平袖閥管束分段、保壓注漿，即通過在止?jié){墻上安裝直接108 mm孔口管，采用鉆機(jī)鉆100 mm孔（圖1），成孔后下3根25 mm水平袖閥管，袖閥管間隔1 m開孔，每根袖閥管開孔位置錯(cuò)開（圖2），（如：15 m孔開孔范圍分別為0～5 m、5～10 m、10～15 m），連接注漿機(jī)，注入雙液漿套殼料封堵袖閥管與鉆孔間間隙，鉆孔內(nèi)有漿液冒出即可停止，反復(fù)進(jìn)行2次后?？卓诎惭b止?jié){塞，開始注漿作業(yè)，按照不同開孔位置袖閥管從內(nèi)至外逐一進(jìn)行注漿，整孔注漿完成后拆下止?jié){塞。這樣實(shí)現(xiàn)了分段注漿，確保有效注漿壓力。

2 操作要點(diǎn)

2.1 設(shè)鉆孔平臺(tái)及鋼管加工

采用28 m長的腳手架平臺(tái)，腳手架鋼管50×5 mm，長4～6 m。采用8根纜繩穩(wěn)固支架，并在鋼管底部提供了一個(gè)方形墊片。

2.2 漿液配制

配制水玻璃雙漿，先將濃縮水玻璃放入攪拌槽，然后加水，用波美度計(jì)測試，將濃縮水玻璃配制成40 Be標(biāo)準(zhǔn)濃度水玻璃液，邊加水邊攪拌。

2.3 施工混凝土止?jié){墻

止?jié){墻施工位置一般在距隧道掌子面后3～4 m處開始，呈階梯式設(shè)置，止?jié){墻分層澆筑，每層澆筑高度2～3 m，直至澆筑完成至洞頂；線路兩側(cè)的側(cè)壁分層預(yù)埋6～8組200 mm排水鋼管，并配有止水閘閥。在隧道掌子面止?jié){墻上鉆有排水孔，排水孔的數(shù)量根據(jù)實(shí)測水量設(shè)定，排出的地下水通過隧道排水槽排出。

2.4 首循環(huán)初支加固

為防止注漿過程中漿液沿主支管倒流，引發(fā)初支變形，第一道循環(huán)注漿止水墻及鉆機(jī)操作平臺(tái)施工完成后，在隧道掌子面后方10 m范圍內(nèi)沿主支管進(jìn)行徑向注漿。徑向注漿加固范圍為4.2 m。

2.5 鉆孔布置

根據(jù)確定的襯砌類型邊界線開挖隧道開挖輪廓線，根據(jù)擴(kuò)散半徑的要求，設(shè)計(jì)終孔間距3～4 m，計(jì)算孔口的坐標(biāo)位置，以及鉆孔成孔時(shí)隧道軸向的水平偏轉(zhuǎn)角。

2.6 安裝孔口管

在止?jié){墻處鉆一個(gè)1～2 m的淺孔，然后安裝孔口管，孔口管的長度1.5～2.0 m，保證其外露長度不小于20 cm。

2.7 安裝止?jié){套筒

通過法蘭盤將止?jié){套筒安裝在孔口管上，止?jié){套筒上裝有泄壓閥。

2.8 鉆孔

通過止?jié){套和高壓球閥開鉆，通過鉆至設(shè)計(jì)深度，加水沖刷鉆渣和砂，待鉆渣全部沖凈后停止鉆進(jìn)。

2.9 下袖閥管束

袖閥管采用25 mm鋼管，間隔1 m開孔，每根袖閥管開孔位置錯(cuò)開（如：15 m孔3根袖閥管，這開孔范圍分別為0～5 m、5～10 m、10～15 m）。

2.10 注套殼料

連接注漿機(jī)，注入雙液漿套殼料封堵袖閥管與鉆孔間間隙，鉆孔內(nèi)有漿液冒出即可停止，反復(fù)進(jìn)行2次。

2.11 安裝止?jié){塞

將止?jié){塞推入止?jié){套筒，套上壓蓋并連接螺栓，確保止?jié){塞內(nèi)外壁與套筒外壁連、止?jié){塞內(nèi)壁緊密結(jié)合以達(dá)到止?jié){效果。

2.12 注漿

按照不同開孔位置袖閥管從內(nèi)至外逐一進(jìn)行注漿，達(dá)到設(shè)計(jì)的注漿壓力和注漿量，可以停機(jī)，對下一個(gè)閥管進(jìn)行注漿。一般情況下，最大注漿壓力控制在4 MPa以內(nèi)。

2.13 泄壓

整孔的注漿完成后，在拆卸注漿管之前，先打開泄壓閥釋放壓力，然后再進(jìn)行拆卸，防止高壓漿噴出。

3 所需材料與設(shè)備

3.1 材料

本工法涉及的主要施工材料包括、水泥漿、鋼筋、混凝土、PVC管、袖閥花管、對中支架、排水管等。相關(guān)材料均需滿足相應(yīng)的國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的要求，并符合現(xiàn)場施工工藝對質(zhì)量的要求，材料進(jìn)場時(shí)查驗(yàn)出廠合格證及抽樣檢測。

3.2 主要機(jī)械設(shè)備

所采用的主要機(jī)械設(shè)備如表1所示。

4 技術(shù)特點(diǎn)

（1）止?jié){墻面上鉆設(shè)排水孔，止水墻澆筑前預(yù)埋108 mm引水管進(jìn)行引水，邊堵邊排，以達(dá)到注漿均勻密實(shí)的效果，解決高壓富水圍巖水壓高、注漿困難的問題。

（2）采用袖閥管束技術(shù)完成全孔注漿，可在提高有效注漿壓力，實(shí)現(xiàn)分段注漿，提高注漿效果，降低工程造價(jià)。

（3）每循環(huán)注漿長度為15 m，與傳統(tǒng)分段注漿段長相比，可減少2個(gè)注漿周期，施工速度提高1倍。

（4）采用局部或全斷面分段注漿預(yù)加固，保證了隧道預(yù)加固效果。

5 效益分析

5.1 技術(shù)效益

止?jié){墻采用階梯式施工工藝，減少止?jié){墻施工難度，節(jié)省涌水造成的清廢量。在止?jié){墻面上鉆有排水孔，在止?jié){墻澆筑前，預(yù)埋足夠數(shù)量的108 mm引水管，實(shí)現(xiàn)了“注漿止水+減壓排水+預(yù)加固”的綜合技術(shù)效果。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

采用袖閥管束技術(shù)完成全孔注漿，提高了有效注漿壓力，提高了注漿效果，降低了工程造價(jià)。縱向注漿加固每循環(huán)長度為15 m（含注漿墻），開挖長度為13 m，與傳統(tǒng)注漿段長相比，減少了2個(gè)注漿周期，施工速度提高了一倍。在此基礎(chǔ)上，開創(chuàng)了一種成本低、進(jìn)度快的注漿施工新方法。

5.3 社會(huì)效益

采用局部或全斷面袖閥管束分段注漿的預(yù)加固對隧道超前預(yù)加固，采用“堵”“排”水結(jié)合的注漿方法加固處于掌子面前方圍巖，在掌子面設(shè)置排水孔，通過排水孔降低掌子面前方圍巖水壓，邊排邊堵，以達(dá)到注漿均勻、密實(shí)，加固軟弱圍巖的作用，解決了高壓富水圍巖中水壓高、注漿困難問題，保證超前加固效果。

6 結(jié)束語

本技術(shù)采用改進(jìn)的止?jié){措施、水平袖閥管束注漿系統(tǒng)，優(yōu)化注漿工藝，提高注漿質(zhì)量和效率。本工法已成功應(yīng)用于G4216線屏山新市至金陽段高速公路XJ9標(biāo)段以及樂山至西昌高速公路馬邊至昭覺段S2-1項(xiàng)目，其工藝原理、操作要點(diǎn)等通過研究、總結(jié)并經(jīng)過工程實(shí)踐檢驗(yàn)，證明工序安排合理、組織嚴(yán)密、工效高，已較成熟，可靠性高。

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