導(dǎo)語(yǔ)：隧道工程軟弱圍巖注漿加固方案一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：基于注漿理論和監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，針對(duì)遼西隧道3#斜井出現(xiàn)圍巖軟弱易塌陷的情況，對(duì)3#斜井進(jìn)行了注漿加固的試驗(yàn)研究，研究結(jié)論如下：（1）對(duì)比了不同注漿材料的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，獲取注漿材料不同齡期下的基本力學(xué)特征，為后續(xù)注漿工作提供技術(shù)保證；（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況設(shè)計(jì)注漿方案，包括注漿工藝、注漿順序、注漿參數(shù)和循環(huán)方式，并設(shè)立了檢查孔布置方案，以便于驗(yàn)證注漿效果。

關(guān)鍵詞：隧道施工；軟弱圍巖；注漿加固；注漿材料

軟弱圍巖對(duì)隧道沉降變形影響巨大，為了保障隧道的施工質(zhì)量、安全性能以及經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)軟弱圍巖的處理，總結(jié)在施工過(guò)程中可能遇到的各種危害，并明確相應(yīng)施工技術(shù)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行控制，從而保證施工質(zhì)量嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)。隧道施工過(guò)程中應(yīng)盡可能地降低軟弱圍巖帶來(lái)的危害，注漿加固措施是提高隧道圍巖穩(wěn)定性的有效方法，可以降低隧道沉降變形，保證隧道施工安全。鑒于此，基于注漿理論，針對(duì)遼西隧道3#斜井出現(xiàn)圍巖軟化變形的不良狀況，開(kāi)展注漿加固方案設(shè)計(jì)，并對(duì)注漿材料的選擇進(jìn)行分析和試驗(yàn)，通過(guò)注漿的方式改善圍巖條件，使其達(dá)到施工條件。本文就注漿加固措施在該工程應(yīng)用的技術(shù)、物資、試驗(yàn)及施工方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

1注漿加固理論

在隧道施工過(guò)程中，最常見(jiàn)的兩個(gè)問(wèn)題是富水區(qū)域的堵漏治水和軟弱圍巖的加固支護(hù)問(wèn)題，針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題的施工方法也在不斷完善。其中注漿加固逐漸成為隧道施工過(guò)程中治理軟弱圍巖的首選措施，注漿法并輔助其他綜合處治技術(shù)在大量的工程實(shí)踐中得到了成功應(yīng)用。注漿法是指利用液壓或氣壓等方法，通過(guò)注漿孔將漿液填充在巖土體中，從而改善巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的方法，漿液與周圍巖土體凝結(jié)固化后形成新的結(jié)構(gòu)體，起到加固、堵塞的作用。漿液的固結(jié)及加固作用使得巖土體具有較高的強(qiáng)度，降低其滲透性能，達(dá)到提高巖土體強(qiáng)度、隔絕地下水、治理地質(zhì)災(zāi)害的目的[1]。按照漿液在地層中不同的填充及擴(kuò)散形式，一般可將注漿分為滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿[2]。滲透注漿是指注漿材料以滲透的方式在填充體中運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散，排擠出土體中的孔隙或裂隙中的水，原則上不改變土的結(jié)構(gòu)。劈裂注漿指的是在軟弱土層中，在一定注漿壓力作用下，漿液劈裂土體，形成漿脈，固結(jié)旁邊的土體，從而增強(qiáng)土體強(qiáng)度及穩(wěn)定性。壓密注漿是指用黏稠的漿液擠向土體，在注漿處形成漿泡，使得土的密度明顯增加。根據(jù)注漿要求選擇合適的注漿方法，在同一時(shí)刻的注漿過(guò)程中，這三種注漿形式可以同時(shí)存在，共同工作。滲透注漿理論研究了漿液黏度的時(shí)變性、空間分布不均及流變性能的差異性對(duì)漿液擴(kuò)散距離的影響，并應(yīng)用到實(shí)際工程中。一般認(rèn)為，滿足滲透注漿的必要條件是滿足可注條件。粒狀介質(zhì)的可注條件可用可注比來(lái)表示。

2工程概況

遼西隧道3#斜井負(fù)責(zé)正洞北京方向施工任務(wù)1056m，里程為DK310+380~DK309+324；負(fù)責(zé)正洞沈陽(yáng)方向施工任務(wù)630m，里程為DK310+380~DK311+010。合同工期2017年4月20日貫通，2017年6月20日附屬工程完成。施工過(guò)程中監(jiān)控量測(cè)結(jié)果顯示，在不同位置出現(xiàn)不同幅度的沉降，最大沉降處發(fā)生在DK310+325里程處，累計(jì)沉降達(dá)650mm；其余位置也出現(xiàn)了不同幅度的沉降，在70~300mm不等。對(duì)于工程設(shè)計(jì)要求而言，部分施工位置的沉降幅度已經(jīng)大于安全值。而且?guī)r體因斷層活動(dòng)影響，受擠壓嚴(yán)重，節(jié)理裂隙面擠壓擦痕明顯，巖石呈糜棱狀、鱗片狀，掌子面有串珠狀滴水、小股狀滲流水，圍巖開(kāi)挖后易軟化、崩解，自穩(wěn)能力極差，并出現(xiàn)蠕滑現(xiàn)象。對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的圍巖不良狀況，急需通過(guò)注漿、錨固等加固手段進(jìn)行支護(hù)，從而提升圍巖穩(wěn)定性，保證工程的安全性。

3注漿材料

3.1注漿管材料選擇

玻璃纖維注漿管是一種由玻璃纖維、增強(qiáng)劑等聚合物構(gòu)成的特殊材料，由于玻璃纖維在加工過(guò)程中體現(xiàn)出的優(yōu)越性，可以滿足不同工程要求，其工作性能主要取決于玻璃纖維和聚合物類型及錨桿橫斷面形狀等參數(shù)[3]。玻璃纖維注漿管具有以下特點(diǎn)：（1）可挖除當(dāng)需要拆除時(shí)，通過(guò)開(kāi)挖機(jī)械可直接開(kāi)挖破除加固區(qū)，可避免爆破拆除的不穩(wěn)定性；（2）玻璃纖維錨桿內(nèi)部包含注漿管，既可以作為錨桿提供錨固力，又可以作為注漿管注入漿體材料；（3）強(qiáng)度高、重量輕。高性能玻璃纖維錨桿的抗拉強(qiáng)度是相同直徑鋼質(zhì)錨桿的1.5倍，重量卻僅為同種鋼錨桿的1/5；（4）安全性好。具有抗腐蝕、耐酸堿、耐低溫等優(yōu)點(diǎn)；滿足地下工程、礦山工程和隧道工程安全生產(chǎn)的要求。玻璃纖維錨管主要由兩個(gè)部分組成[4]：第一部分是玻璃纖維材料的錨固構(gòu)件，第二部分是注漿管路構(gòu)件，注漿管內(nèi)可套入止?jié){塞進(jìn)行定向定域注漿，如圖1所示。

3.2注漿漿液選擇

目前隧道加固注漿漿液類型一般有兩種，即普通水泥單液漿和水泥-水玻璃雙液漿?？紤]到不同水泥生產(chǎn)商、不同批次生產(chǎn)的材料屬性有所差異，在注漿施工之前分別對(duì)兩種漿液進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)普通水泥單液漿水灰比為0.8∶1～1∶1，設(shè)計(jì)水泥-水玻璃雙液漿水灰比為0.8∶1、配合比為1∶1，以優(yōu)化確定合適的注漿材料。水泥各項(xiàng)屬性指標(biāo)如表1所示。水泥漿的強(qiáng)度一般以抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度作為主要的評(píng)定指標(biāo)[5]。本次試驗(yàn)中，抗壓試驗(yàn)參考《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70—2009）進(jìn)行，試樣尺寸為70.7mm×70.7mm×70.7mm，抗折試驗(yàn)參考《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》（GB/T17671—1999）進(jìn)行，試件尺寸為40mm×40mm×160mm。試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。從圖2中可以看出，水泥漿的抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，在28d時(shí)最大抗壓強(qiáng)度為27.1MPa，水泥漿的抗壓強(qiáng)度具有比較明顯的時(shí)間效應(yīng)，但其在7d后強(qiáng)度增長(zhǎng)速度放緩，在7~28d這段時(shí)間內(nèi)只增長(zhǎng)了4MPa。而水泥-水玻璃漿液由于其早強(qiáng)性，在第一天的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中就基本完成所有的強(qiáng)度增長(zhǎng)，在后面的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中抗壓強(qiáng)度基本沒(méi)有增長(zhǎng)，其最大抗壓強(qiáng)度只有16.3MPa。圖3為兩種試樣的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，從圖中可以看出，水泥漿的抗折強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增長(zhǎng)而變化，在3d時(shí)強(qiáng)度為2.7MPa，14d時(shí)為4.9MPa，28d時(shí)最大抗折強(qiáng)度為5.3MPa，水泥漿的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度一樣具有比較明顯的時(shí)間效應(yīng)，在7d后強(qiáng)度增長(zhǎng)速度放緩，在7~28d這段時(shí)間內(nèi)只增長(zhǎng)了1.2MPa。水泥-水玻璃漿液依然體現(xiàn)出早強(qiáng)性，第一天抗折強(qiáng)度就達(dá)2.1MPa，之后強(qiáng)度變化不再明顯，其最大抗折強(qiáng)度只有2.8MPa。綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)水灰比1∶1的水泥漿液在抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的表現(xiàn)上明顯優(yōu)于水泥-水玻璃砂漿。其中水泥漿最終抗壓強(qiáng)度能達(dá)到27.1MPa，而水泥-水玻璃漿液的抗壓強(qiáng)度只能達(dá)到16.3MPa。水泥-水玻璃漿液只是在早期凝結(jié)效率上占有一定優(yōu)勢(shì)，在其他方面的優(yōu)勢(shì)并不明顯。所以如果施工項(xiàng)目在施工進(jìn)度上要求不高，水泥漿液是最佳選擇。項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位提出注漿漿液強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M20，而且未對(duì)時(shí)效性進(jìn)行明確指示。在合理設(shè)計(jì)施工組織的前提下，采用水灰比為1:1的水泥漿作為注漿材料，可以保證良好的注漿漿液強(qiáng)度。

4注漿錨固施工方案

（1）注漿工藝采用前進(jìn)式分段注漿和后退式注漿相結(jié)合的超前預(yù)注漿工藝。當(dāng)?shù)貙邮┿@不能成孔時(shí)，采用鉆注一體的后退式注漿，在地層穩(wěn)固后采用前進(jìn)式分段注漿工藝。前進(jìn)式注漿的分段長(zhǎng)度原則為：鉆機(jī)成孔較好時(shí)分段長(zhǎng)度為10m，鉆機(jī)成孔緩慢時(shí)（6~10m/h）分段長(zhǎng)度為5m，卡鉆或較大涌水量時(shí)立即停止鉆進(jìn)，實(shí)施注漿。（2）隧道開(kāi)挖后及時(shí)施作系統(tǒng)錨桿，進(jìn)行徑向注漿，系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)4.5m，直徑42mm，尾部外露部分不超過(guò)0.2m。施工過(guò)程中對(duì)水量大、卡鉆的孔進(jìn)行重點(diǎn)檢查，補(bǔ)孔加強(qiáng)注漿。（3）注漿參數(shù)：采用普通水泥單液漿，水灰比為1∶1，孔口封閉密實(shí)，注漿壓力為2MPa。注漿循環(huán)長(zhǎng)度25m（含止?jié){墻28m），開(kāi)挖20m，搭接5m；注漿加固范圍沿開(kāi)挖輪廓線布設(shè)2~3圈孔，外圈終孔在開(kāi)挖輪廓線外5m。后退式注漿結(jié)束壓力不小于4MPa，前進(jìn)式注漿結(jié)束壓力不小于6MPa。擴(kuò)散半徑不小于2.0m，終孔間距不大于3.0m，共設(shè)2個(gè)終孔斷面，合計(jì)注漿孔33個(gè)，管棚孔31個(gè)。（4）注漿順序：先進(jìn)行穩(wěn)定孔注漿施工，同時(shí)結(jié)合發(fā)散-約束型注漿原則進(jìn)行，由外向內(nèi)、由上到下、間隔跳孔進(jìn)行注漿施工作業(yè)，具體步驟如為：第一步：進(jìn)行A序5個(gè)拱頂穩(wěn)定孔注漿，分別為A2、A4、A6、A8、A10；第二步：進(jìn)行作B序內(nèi)圈4個(gè)一序注漿孔注漿，分別為B2、B4、B6、B8；第三步：進(jìn)行A序6個(gè)二序注漿孔注漿，分別為：A1、A3、A5、A7、A9、A11；第四步：進(jìn)行B序4個(gè)二序注漿孔注漿，分別為：B1、B3、B5、B7；第五步：施作2-2斷面的短孔（E序號(hào)），跳孔注漿；第六步：依次進(jìn)行補(bǔ)孔、檢查孔、管棚孔注漿。（5）效果評(píng)價(jià)：每循環(huán)選擇注漿孔孔數(shù)的10%作為檢查孔（4個(gè)，長(zhǎng)20m），檢查孔需布置在注漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的地層薄弱部位。效果檢查需要同時(shí)滿足相應(yīng)的檢驗(yàn)指標(biāo)，在不滿足要求的檢查孔附近重新按環(huán)繞梅花型布置補(bǔ)充注漿孔，直至檢查孔檢查效果滿足設(shè)計(jì)要求為止。在注漿施工時(shí)，用錨固支護(hù)予以輔助支護(hù)，采用鋼筋網(wǎng)、鋼架、錨桿等工具進(jìn)行加固防護(hù)，在完成支護(hù)工具安裝后對(duì)圍巖噴混凝土。

5結(jié)束語(yǔ)

基于注漿理論和監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，針對(duì)遼西隧道3#斜井出現(xiàn)圍巖軟弱易塌陷的情況，對(duì)3#斜井進(jìn)行了注漿加固的試驗(yàn)研究，研究結(jié)論如下如下：（1）對(duì)比了不同注漿材料的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，獲取注漿材料不同齡期下的基本力學(xué)特征，為后續(xù)注漿工作提供技術(shù)保證；（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況設(shè)計(jì)注漿方案，包括注漿工藝、注漿順序、注漿參數(shù)和循環(huán)方式，并設(shè)立了檢查孔布置方案，以便于驗(yàn)證注漿效果；（3）不同隧道地質(zhì)情況不同，包括埋深、圍巖、地下水等情況，遇到需要進(jìn)行注漿加固的隧道，要選擇合適的注漿方式并進(jìn)行試驗(yàn)，選擇適合的漿液配合比，以達(dá)到理想的注漿效果。

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作者：孫鐵軼 單位：中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司