公路隧道软弱围岩大变形段注浆加固的施工技术

李鹏

（中铁十二局集团第三工程有限公司 山西太原 030024）

公路隧道软弱围岩大变形段注浆加固的施工技术

李鹏

（中铁十二局集团第三工程有限公司 山西太原 030024）

软弱围岩在公路隧道的施工中是比较常见的，其容易造成大变形段的问题。因此，在实际施工中需要通过一定的加固技术对软弱围岩区段进行加固处理，使其达到隧道施工的基本要求。注浆加固在软弱围岩的加固处理中应用广泛，本文针对软弱围岩变形的力学原理作了简单分析，对注浆加固半径和时间的确定进行了探讨，最后分析了注浆加固的具体工艺，以期对公路隧道施工能够起到一定的参考作用。

公路隧道；软弱围岩；大变形段；注浆加固

引言

隧道对于公路建设而言是重中之重，不仅因为隧道可以大幅缩短公路的距离，还因为其施工难度很高，所以必须对其施工予以关注。软弱围岩大变形段的存在给隧道施工造成了很大的负面影响，尤其是施工安全和施工质量这两个方面，更是遭受到严峻的考验。因此，必须加强对大变形段注浆加固的研究分析，找准加固半径和注浆时间，确保加固效果最好。

1 公路隧道软弱围岩大变形段力学原理

之所以在进行隧道施工的时候会出现软弱围岩变形，其根本原因就是隧道进行开挖时对原本的围岩造成了破坏，使得其平衡状态被打破，应力分布发生变化，超过软弱围岩具有的极限强度，进而发生塑性变形或是弹性变形。在塑性变形和弹性变形不能及时得到阻止的情况下，就会引起围岩产生大变形段，严重情况下发生围岩失稳破裂等问题，给公路隧道施工造成很大的负面影响。在开挖公路隧道的过程中，会形成一个松动圈，其具有明显的可循规律，这就给清楚认知隧道软弱围岩变形提供了途径，进而能够通过合理的施工手段对其进行处理，避免塑性变形或是弹性变形造成围岩破坏。

在分析软弱围岩的过程中，可以将其划分为弹性区和松动圈两个部分，在这两个部分内，围岩应力达到峰值后可以处在塑性和弹性状态，其简化为模型之后可以被看做轴对称平面应变问题。通过简化模型，可以将复杂的软弱围岩受力关系清晰地表达出来，为分析其变形特性提供可靠的参考。不仅如此，还可以对松动圈的大小进行计算，对隧道开挖过程进行精确的掌控，从而对注浆加固的半径和时间更为有效的控制。

2 公路隧道软弱围岩大变形段注浆加固半径和时间的确定

2.1 半径确定

确定注浆加固的半径是非常重要的，只有在合理的半径范围进行注浆加固，才能确保整个大变形段具有良好的强度，不会因为施工出现破坏。根据围岩破坏的基本原理，可以建立一个等式关系，即隧道净空变化可测量值和围岩松动体积可以按照一定的关系建立等式，通过对隧道净空变化值进行测量，可以计算出围岩松动体积，确定围岩松动范围，进而就可以明确注浆加固的范围。具体说来，可以假设公路隧道开挖松动圈和净空半径是关于时间t的函数，暂定隧道的初始半径是ro（t），对应的松动圈半径是rs（t）。在隧洞经过dt时间开挖之后，隧道净空半径和松动圈半径分别变化为ro（t）+r1o（t）dt和rs（t）+r1s（t）dt，则在dt这一段时间之内，隧道开挖引起的空间体积变化量为dv1=2πro（t）r1o（t）dt，而围岩松动圈体积的变化量为dv2=2πkrs（t）r1s（t）dt，其中k是扩容系数。

通过对比两个式子不难看出，dv1的产生是松动圈扩张导致的，加之隧道净空在弹性变形作用下发生的变化很小，几乎可以忽略，进而可以得出dv1+dv2=0。将前边两个式子带入该式中，就可以得到ro（t）r1o（t）dt+krs（t）r1s（t）dt=0。这个式子就是对围岩松动圈扩展和隧道收敛变形之间的规律进行了描述，揭露了其内在规律。根据上述公式也可以精确计算出任意时刻的隧道净空半径以及围岩松动半径，据此就可以得出注浆加固的半径范围。

2.2 时间确定

对隧道软弱围岩大变形段进行注浆加固，时机的掌握是非常重要的。一般说来，注浆时间的基本依据是监控测量数据，在隧道进行初期开挖时，围岩就会出现一定的形变，导致其内部产生裂痕，这就需要尽心围岩注浆加固。对于部分软弱围岩而言，其内部岩体密实度较高，空隙率比较小，如果其内部没有形成裂痕，注浆就会比较困难。所以，在实际的隧道施工中，都是通过实时监测数据对围岩裂痕的变化情况进行全面监控，在其达到一定程度的时候，就可以及时进行注浆加固施工。

比如，某隧道K56+970断面，对其进行注浆加固时，就是在隧道开挖初期就展开监测，其围岩变形量每天维持在5cm左右，4d时间达到20cm。围岩的内部裂痕增多、空隙变大，此阶段就可以进行注浆施工。随着施工持续进行，该阶段的注浆断面和实际的施工作业面会存在6～8m的差距，彼此间不会相互影响。在完成注浆加固之后，通过监测可以看出围岩变形的速率显著减小，但是也并未完全稳定。这主要是因为在第一阶段的注浆加固中，加固浆液并没有全部渗透到围岩当中，在加固面之间的岩体还可以进一步生成裂痕，会引起外延的变形持续。在该变形量达到25～30cm的范围时，就可以进行第二阶段的注浆加固，确保加固浆液能够充满整个围岩，使其趋于稳定。

3 加固注浆施工工艺

在公路隧道围岩加固中的，分阶段隔跳注浆加固工艺时最为常用的手段。根据其实际的操作流程，可以被划分为小导管加工、打孔送管、注浆参数确定和封口施工等环节。

在上述隧道工程中，其注浆加固使用的小导管尺寸为长5m、直径42mm、壁厚4mm，加工断头为锥形，且其端部1m以下梅花形打孔，以15cm作为孔间距，在小导管的端部需设置止浆阀。

打孔送管需要配合实时监测数据，合理进行施工。在上述隧道的第一阶段中，打孔时需保持环向间距1m，纵向间距0.5m，同时对打孔的角度和深度进行严格控制，尽量保证孔深在导管深度的10～15cm之上。打孔完成后需及时清孔，清孔后应当及时送入导管，然后进行第一阶段的注浆施工。在第一阶段注浆完成之后，随着围岩变形达到第二阶段注浆的要求，就可以进行第二阶段注浆打孔，按照环向0.5m、纵向0.5m的标准进行打孔，然后重复注浆步骤。

注浆参数直接关系到加固效果，所以必须严格控制。一般将水泥浆液的水灰比控制在1：1～1：0.8之间，采用模数2.4、35波美度的水玻璃，按照水泥用量的5％进行掺杂。进行注浆时，压力需控制在1.5～3.0MPa之间，并且按照分阶段隔跳的方式注浆，具体如图1所示。

图1 分阶段注浆

如图1中所示，第一阶段和第二阶段的注浆加固是按照注浆孔的单双号隔跳进行的。不仅如此，为了确保注浆质量可靠，还需对每孔反复多次进行注浆，尽量保证注浆次数在4～5次，间隔3～4min就重复一次，同时还需逐次增大注浆压力。

在对每个孔完成注浆施工之后，就对其进行封口施工。封口时一般采用锚固剂对注浆孔进行填充密实，不仅如此，为了避免浆液在压力作用下从注浆孔中喷出，需在完成封口之后对导管尾部进行处理，设置止浆阀避免浆液喷出。需要注意的是，设置止浆阀时必须确保其处于关闭状态，以免浆液从止浆阀流出。

4 结论

在公路隧道施工中，对软弱围岩大变形段进行注浆加固处理是十分必要的。因此，必须对软弱围岩的变形原理清楚认知，同时对注浆半径和注浆时间进行确定，最后根据实际情况利用分阶段隔跳注浆法展开注浆施工，就可以实现加固软弱围岩的目的。

[1]张訸.公路隧道软弱围岩大变形段注浆加固施工方法探究[J].公路交通科技（应用技术版），2015（02）：19～20+66.

[2]李小坤.滇中红层软弱围岩隧道变形开裂原因分析及处治措施研究[J].隧道建设，2012（01）：88～93+102.

U455.4

A

1004-7344（2016）02-0147-02

2015-12-22

李 鹏（1984-），男，山西临汾人，技术员，大专，从事技术管理工作。