探讨埋暗挖隧道地表注浆施工技术

王景锋

[摘要]：在大断面浅埋暗挖隧道开挖掘进施工前，结合场区内地质补钻资料，通过钻孔取芯岩样对比分析，对砂岩、泥质粉砂岩层和粉质粘土层采取地表注浆设计，对浆液不同配合比做配比试验，得出注浆参数，运用袖阀管后退式注浆工艺对地表进行大面积注浆，并在施工过程中，加强注浆量控制和施工过程控制，有效的加固了浅埋段地层，改善了围岩特性，为隧道掘进提供了有利的施工时机，取得了一定的经济效益。

关键词：浅埋暗挖隧道地表注浆施工技术

1 引言

注浆技术是加固软弱地层、改善地层水理性质的关键施工技术。随着科技的发展，得到了广泛应用，如道路基础加固、水池、地下室的防水堵漏、大坝基础的加固及填充大坝坝体的开裂缝隙、软弱围岩加固、围幕注浆、注浆堵水、坍方处理、桥台沉降控制、房屋沉降控制等，较好地解决了施工中碰到的难题。本文针对大面积隧道浅埋段地表应用注浆加固技术，改善了围岩结构状态，取得了良好的经济技术指标。

２ 工程概况

2.1设计情况

该隧道位于广东省境内，全长2056m。其中DK10+710～DK10+850为浅埋段，最浅埋深6.8m，设计为Ⅴ级围岩，采用CRD法开挖，开挖断面宽14.86m，高12.74m；初期支护采用全环I20a工字钢钢架支护，纵向间距60cm；拱部系统锚杆采用Φ25mm中空锚杆，锚杆长4.0m，间距0.8m×1.0m(环向×纵向)；拱部采用Φ42mm、长4.2m的注浆小导管做超前支护，间距0.4m×2.4m(环向×纵向)；拱墙、仰拱喷射28cm厚C25砼。

2.2工程地质

该隧道下穿滴水岩森林公园段，地表植被主要为竹林、灌木。表层为粉质黏土，浅黄色，硬塑。土质不均匀，黏性一般，含少量砂粒，厚2~6米；下伏震旦系（Z）中厚层状变质砂岩，紫红色，原岩结构构造部分风化破坏，岩芯多呈碎块状，手可折断，产状：200°∠65°，节理二组，全~强风化岩层，基岩裂隙水发育。

３ 注浆设计

3.1注浆材料选定

在隧道浅埋段地表进行钻探取样分析，0～6m为粉质粘土，褐黄色，硬塑，以粘土为主，次为粉粒，含少量碎石，土质不均，粘性较差；6～13m为全风化泥质粉砂岩，棕红色，原岩结构基本破碎，但尚可辨，岩芯呈坚硬密实砂土状，遇水易软化崩解；13～20m为强风化泥质粉砂岩，棕红色，泥质结构，层状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈碎块状，部分饼状，短柱状，岩质较软；20～35m为强风化粗砂岩，浅灰色，粗粒结构，层状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈碎块状，岩质较软。通过分析以上地质补钻资料，注浆材料孔底5m范围内选用超细水泥-水玻璃双液浆，其它部位选用超细水泥浆。

3.2注浆孔设计

在隧道中心线两侧各17.5米地表范围内进行注浆处理。注浆深度处理范围：洞顶位置，处理至拱顶开挖线外50cm的范围；隧道两侧，处理至仰拱下3.5米处。孔间距按1.5m×1.5m梅花型布置。如图1、2所示。

3.3浆液参数选定

根据地表钻探和布孔位置，采用单液浆和双液浆相结合的施工加固方法，使全～强风化泥质砂岩得到有效加固，为后序开挖掘进工作奠定基础。由试验室做浆液配比试验，确定浆液参数，具体如表1、表2。

3.4注浆参数确定

根据现场钻探资料，该工点主要为粉质粘土层和泥质粉砂岩层，浆液扩散半径取0.9m；注浆压力2～4MPa；浆液凝胶时间2′～4′；注浆速度20～60L/min；注浆分段长度0.4cm。

3.5单孔单段注浆量计算

该工点注浆主要以加固地表为目的，注浆结束标志主要以注浆量控制。单孔单段注浆量采用下式计算

Q=nπR2hα（1+β）

式中：Q—单孔单段注浆量（m3）；

R—浆液扩散半径（m）；

h—注浆分段长度（m）；

n—地层孔隙率（裂隙度），裂隙带取2%～5%，断层破碎带取10%～20%，砂层及充填型溶洞和岩溶发育带取30%～40%；

α—地层空隙或裂隙充填率，取70%～80%；

β—浆液损失率，裂隙带和断层破碎带取5%～20%，砂层及充填型溶洞和岩溶发育带取10%～20%。

通过上式计算，单孔单段注浆量为235L～391L。

3.6注浆结束标准

单孔或单孔单段注浆时，当注浆量达到设计注浆量，或者注浆压力达到设计终压时注浆速度小于5～10L/min。

4注浆施工

4.1 注浆试验

根据现场选取有代表性的断面，按设计要求布点，钻孔取出岩芯，清孔后下袖阀管，管口周围密封后进行压水试验,检查管路连接气密性和机械运转状态。按试验室提供的配合比进行试验，主要目的是为了确定合理的施工配合比；检验地层注浆扩散半径，注浆量控制及压力情况；为后序注浆工作提供参考。

4.2 注浆工艺

4.2.1钻孔

该工点注浆场地面积大，钻孔不受其它施工干扰，清理地表后，按测量断面布置孔位，采用10台XY-100型钻机同时钻孔。钻机就位后，调整钻杆垂直度；开钻时采用套管定位，泥浆护壁成孔；钻孔过程中，记录每个钻孔取出的岩芯和长度，分析岩样确定岩层厚度及注浆长度。

安装注浆管

袖阀管由聚乙烯塑料制成，每根管长4m，外径φ47mm，壁厚4mm，每隔33.3cm 钻一组8个8mm的射浆孔，外包橡皮套，管口两端配有闷盖。清孔检查合格后准备下管，管口底端加闷盖，管内充满清水，管与管之间采用丝扣连接，沿套管护壁下到孔底。拔出套管后，从孔底至地面以下3m范围内采用粗砂或碎石将注浆管周围填充密实；地面以下3m至地面孔口范围内采用水泥砂浆加速凝剂封堵密实。

4.2.3注浆及注浆特点

注浆方式采用后退式袖阀管分段注浆工艺，注浆顺序采用约束-发散性方式。根据现场实际情况，该工点在靠线路左侧山脚路旁设一台75KW发电机，两台WB-150型双液浆注浆机，配两台搅拌机，由专人负责操作，通过对讲机与现场施工员保持联系。该注浆机设备注浆速度分四个档位，注浆压力0～10MPa，可根据注浆情况调整注浆速度，与注浆点相距60m左右。施工时一般钻线路横向三排孔后，即可按两序孔原则开展注浆作业。采用双液浆超细水泥-水玻璃有如下特点：

（1）在粉砂岩层中可注性好，浆液扩散半径大，填补浆液空白区；

（2）凝胶时间可控，对于浆液输送距离远，浆液在地层中的凝固非常有利；

（3）早期强度较高，对本段洞内开挖掘进施工有利。

4.2.4注浆施工注意事项

（1）钻孔时严格控制钻孔垂直度，利于下袖阀管；

（2）孔口管段封堵密实，由孔底开始注浆，每次注浆段长0.6～1.0m。注完第一注浆段后，利用止浆系统提升至第二注浆段注浆，直到完成该孔注浆；

（3）按试验室提供的浆液配比注浆，可根据注浆情况适当调整；

（4）按注浆施工工艺进行，两端人员配合好，调整好注浆速度，时刻注意压力表变化；

（5）注浆过程中发生堵管时，及时查找原因，检查浆液浓度、浆液凝胶时间、浆液内有无固体杂物、注浆泵缸体内有无堵塞、注浆管路有无弯折；

（6）处理串浆孔位时，应加强封孔质量，调整注浆速度和注浆压力，严格按分序孔位进行注浆；

（7）注浆管无法提升时，检查注浆管丝扣有无脱落，止浆塞与注浆管是否配套，及时更换；

（8）注浆时做过注浆记录，检查核对该孔注浆量和注浆压力，未达到设计注浆量时补注。

5注浆效果检查

通过地表采取双液浆和单液浆联合注浆加固后，为检查注浆效果，采取地表钻孔取出岩芯，与钻孔时取出的岩芯对比，岩芯呈柱状，完整性好。经测算岩样中含浆量，达到设计注浆要求，满足洞内开挖支护条件。在本段开挖施工过程中，掌子面上有部分浆体与围岩固结，线路左侧中台阶有部分渗水，流量不大，处于可控状态。

6结论

通过地表注浆加固技术，加快了隧道洞内开挖时间，两者在工序上相互配合。依据地质岩样分析，确定注浆材料，设计合理的注浆方案，选好注浆参数，控制好地表注浆施工过程，在隧道浅埋段开挖掘进施工中发挥了重要作用，在其它类似工程施工中具有广泛的发展前景。

参考文献

张民庆，彭峰．地下工程注浆技术．北京：地质出版社，2008

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。