长大隧道穿越冲沟超浅埋段地表注浆加固技术

赵继伟，高杨

（中国建筑一局（集团）有限公司，北京 100161）

1 工程概况

罗汉山2#隧道是荆门市西城区荆山大道控制工程，是连接深圳大道与象山大道的重要通道，隧道按城市主干路标准设计，设计时速50km/h，双向4车道，全长2 489.5m，根据地勘资料显示隧道覆土较浅最小埋深仅为2m，围岩主要为强风化砂岩，岩体较软，层理走向于线路方向垂直，且倾角大，岩体节理十分发育。在隧道开挖过程中极易发生洞顶坍塌冒顶的事故。因此，该段隧道施工前必须制订安全可靠、切实可行的施工方案，才能保证施工安全顺利进行。

2 施工方案的选择

罗汉山2#隧道右线YK5+350～YK5+425区段横向坡度较大，隧道覆土较浅，初步设计该段施工前需采用水泥稳定土（掺5%水泥）进行反压回填，再通过暗挖完成隧道施工。实际施工条件因现场征地困难，拟采用地表注浆方式，加固浅埋土体。该方案具有以下的优势：

1）将原有松散的土质固结改善围岩的力学性能，减小围岩对初期支护和二衬的压力；

2）注浆钢花管悬挂岩土体，防止塌方冒顶；

3）注浆可以封堵地表水下渗通道，可防止地表水下渗软化围岩。

综合考虑结果，确定采用地表注浆加固地层和堵水的方案。

3 地表注浆方案

3.1 注浆范围

隧道纵向为YK5+350～YK5+425段，长共计75m，仅对该范围内覆土厚度小于5m的区段进行注浆加固。隧道横断面方向宽度按照左右侧起拱线以外0.5m，宽共计12.85m。

3.2 注浆小导管

采用φ42mm×3.5mm热扎无缝钢管，钢花管长度4.5～10m不等，另在端部留1m不打孔作为注浆施工时的止浆段。

3.3 注浆孔布置

横纵间距1.5m×1.5m，梅花形布置，具体入土深度，视具体隧道断面顶部覆盖层厚度进行布置，深入至风化岩层1m。

3.4 注浆材料

注浆采用水泥浆（另加5%水玻璃）。水泥浆液原材料中的水泥采用 P·O42.5 水泥，水灰比 1∶1（重量比）。

3.5 注浆压力

注浆压力控制在0.5～1.0MPa。

3.6 注浆量

计算公式为:

式中，Q为总注浆量，m3；A为注浆范围岩层体积，m3；n为围岩空隙率，全强风化砂岩层取5%；α为浆液充填系数，取0.8；p为注浆材料损耗系数，取0.1。最终注浆量需以施工现场实际用量为准。

4 地表注浆施工技术

4.1 施工工艺流程

地表注浆施工主要包括钻孔、注浆等。施工工艺流程为：测量放样→坡面处理→钻孔、清孔→钻孔检验→安装小导管→注浆试验→注浆→效果检查。

4.2 钻孔施工

清表完成后，根据测量技术交底标注出的钻孔位置和深度，不可侵入隧道开挖净空,使用地质钻机垂直于清表后坡面的方向进行钻孔[1]。钻孔孔径必须大于小导管管径10mm，成孔后，检查其深度、孔径等满足要求。

4.3 施作小导管

小导管管头做成10cm的尖端，尾部用φ6.5mm钢筋焊接环向加强箍，距尾部15cm处设止浆环，尾部1m范围内不打孔，作为注浆时的止浆段，其余部分四周钻四排8mm压浆孔，单排孔间距15cm，各排注浆孔梅花形交错布置。清孔完成，将小导管用钻机顶入孔内。

4.4 注浆

注浆施工分2步进行，首先，在各分区（孔深不同的部位）中和不同土质中，选取典型断面上的孔位分别进行注浆试验，以确定不同孔深、不同土质中的土的空隙率，以及在施工中合理的施工工艺，检查机械设备和各种管路的性能[2]。其次，注浆试验完成后，方可在注浆试验成果的指导下，组织进行大面积施工。（1）采用“钻一孔→检验一孔→注一孔”全孔一次性注浆的施工工艺。（2）地势较陡峻部位注浆时采用单孔注浆，地势较平缓部位采用群管注浆，一次注浆管数可为3～5孔，以加快施工进度。

4.5 注浆结束标准

注浆时，安排专人要全程监控注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆和漏浆。采用注浆量和终压控制2项指标进行双控，注浆压力从小到大，当单孔注浆量达到注浆试验确定的注浆量,注浆压力达到要求终压可结束本孔注浆，当注浆压力达到要求终压，而注浆量仍达不到注浆试验确定的注浆量，且10min内注浆量无明显增加时，亦可结束本孔注浆。

4.6 注浆效果检查

查阅注浆过程中的记录资料，观察注浆量和注浆压力变化是否合理，是否达到设计要求。

4.7 注浆注意事项

注浆注意以下事项：

1）地表注浆施工必须对已埋设的地表沉降观测桩点的保护；

2）钻孔施工与注浆施工要连续进行，合理衔接，钻孔检验合格后及时完成注浆，尽快固结下部土体，截断地表及地下水的渗流通道；

3）注浆过程中安排专人要全程监控注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆和漏浆；

4）注浆过程中必须做好注浆记录，以便分析注浆效果。

5 注浆效果评价

注浆施工从 2020年6月10日开始至6月20日止，通过此次施工取得如下效果：

1）确保了施工安全和施工质量目前该段隧道施工已顺利通过，通过地表注浆加固，使隧道拱部形成1层具有一定强度和承载能力的壳状覆盖层，确保了开挖与初期支护过程中隧道的稳定[3]。

2）采用此方法加快了施工进度，保证了隧道施工工期。地表注浆完成后，注浆施工范围内土体得到固结，隧道开挖过程中洞内未出现塌方、涌水等现象。

6 结论

1)本隧道施工的关键是固结土体防止开挖过程中出现冒顶、塌方等现象，采取地表注浆加固土体能够有效地防止上述现象发生 。

2)通过地表注浆将整个松散体固结形成完整性好、强度高的土岩混合体，同时，配合洞内超前支护、环形开挖预留核心土法等施工工艺，保证了施工质量及施工安全。

3)严格科学的注浆管理是取得良好效果的有力保证，施工过程中应严格控制注浆压力、进浆量等参数，及时调整注浆参数以达到理想的注浆效果。