注漿加固在淺埋暗挖隧道中的應用

熊宗書

【摘 要】文革敘述了小導管注漿機理，結合保龍高速公路馬家寨隧道施工介紹了注漿加固技術在淺埋暗挖隧道中的應用。

【關鍵詞】注漿 加固 淺埋暗挖 隧道

引言

隧道小導管注漿預支護是沿初期支護外輪廓線，按一定仰角，向掌子面施打帶泄?jié){孔的小導管并進行注漿。充分填充土體的空隙。以改善土體物理力學性能。穩(wěn)定掌子面前方的土體，以達到控制開挖松弛、崩塌、沉降，從而提高掌子面的自穩(wěn)性。

1 小導管注漿機理

1.1小導管的梁支撐效應

用作小導管的無縫鋼管，前端以一定的角度插入開挖斷面外深部圍巖，后端支撐在鋼拱架上面，并與鋼拱架焊接在一起。根據導管的長度，一般開挖作業(yè)幾個循環(huán)后進行下一次的導管施作，導管總有部分出露懸空的長度，因此，導管鋼管可以看作是一端為絞支，一端為滾軸支座的簡支梁，隧道開挖后可有效承受卸荷產生的部分松動壓力，使二次應力場的重分布向著利于圍巖穩(wěn)定的方向發(fā)展。

1.2小導管的注漿加固效應

無縫鋼管上鉆取注漿孔，通過導管向周邊圍巖注漿，在壓力作用下化學漿液滲透到砂土間的空隙中，擠出其中的空氣和水份并膠結凝固，使隧道開挖輪廓線以外一定范圍的松散砂土層形成整體，提高圍巖的地層剛度和整體穩(wěn)定性，減小了隧道周邊塑性區(qū)的范圍。

1.3小導管注漿的承載拱效應

隧道開挖后拱頂部分巖體首先失去穩(wěn)定，產生坍塌，并形成自然拱。隨之，遂道兩側由于應力集中而逐漸破壞，導致頂部坍塌進一步擴大形成塌落拱。對上覆圍巖破碎的軟弱巖土層，如果不進行超前支護，隧道拱部極易坍塌，造成施工安全和質量事故。采用小導管注漿法進行超前預加固時，理論E以注漿管為中心形成—個穩(wěn)定的圓形加固體，單排或多排注漿管的聯(lián)合注漿就形成了以小導管鋼管為骨架的承載拱。

2 工程概況

保龍高速公路第三合同段位于保山市隆陽區(qū)蒲縹鎮(zhèn)境內，路線起點里程為K529+300，起于馬家寨附近，路線于K530+400處設置馬家寨隧道穿越陸家山，隧道下行線全長2830m，隧道上行線全長2785m，合同止點為K533+705.22（小松坡村附近），路線綜合長度4375.29m。本工程為一次建成全立交全封閉雙向4車道高速公路，主要結構工程有隧道1座，蓋板涵8座，蓋板通道1座，其中馬家寨隧道右幅隧道長2830m，左幅隧道長2785m，共計長5615m。

3 施工技術

3.1超前大管棚施工

隧道拱部采用超前大管棚進行注漿加固。大管棚采用水平鉆機鉆孔，再打入φ108×6鋼花管，鋼管每節(jié)長5-6m，以長15cm的絲扣連接。其洞口打設夾角為1-2度。雙液注漿泵注入水泥水玻璃漿液。

具體工藝流程為：鉆孔→布管→封面→注漿

（1）鉆孔：搭設作業(yè)平臺，在作業(yè)平臺上安設電動水平鉆機進行鉆孔，首先鉆頭自預埋在套拱混凝土內的φ140導向管穿過打設管棚孔，打設仰角1-2°，孔徑比φ108大20～30mm。

（2）布管：φ108管棚選用φ108×6無縫鋼管加工而成，頂部切削成尖靴，以便送入孔中；超前管棚僅在拱部沿輪廓線設置39根，環(huán)向間距40cm，外插角1°～２°。

（3）封面：注漿前噴射C25混凝土厚10cm，封閉工作面，孔口采用止?jié){塞封堵，以防漏漿。

（4）注漿：采用雙液注漿泵壓注水泥、水玻璃漿液，漿液配比為水泥：水玻璃=1：0.5，水灰比為0.8，水玻璃模數m=3，波美度Be=35，注漿初壓0.5～1Mpa，終壓2.5 Mpa，注漿結束后用10號水泥砂漿充填，以增強鋼管的強度和鋼度。

3.2小導管加工制作與安裝

小導管采用外徑Φ42mm、壁厚4mm熱扎無縫鋼管加工成花管，以便注漿。小導管前端加工成錐形，以便插打，并防止?jié){液前沖。小導管中間部位鉆Φ6mm溢漿孔，呈梅花形布置，間距75cm，尾部1.05m范圍內不鉆孔以防漏漿，末端焊Φ6環(huán)形加勁箍筋，以防打設小導管時端部開裂，影響注漿管聯(lián)接，小導管加工成形。

小導管泄?jié){孔采用電鉆鉆孔，鉆孔成形后用高壓風清孔，然后插孔，對土夾石、風化巖可采用液壓或風槍打眼成孔?？追较蛞箜樦?，不得彎曲和塌孔等。安設小導管時應對準管孔的方向和角度，必要時使用液壓或風動推進器將導管推入，并力求導管尾端在同一剖面且外露長度以30cm為宜。

3.3漿液選擇、配制

根據工程施工經驗，擬采取水泥一水玻璃漿液。水玻璃漿液為硫酸與水玻璃配制而成。首先將98%的工業(yè)濃硫酸稀釋成18%～20%的稀硫酸，盛放在帶標簽的容器內待用。將40Be的水玻璃稀釋成30Be，水玻璃模數為2.4，盛放在帶標簽的容器內待用。根據現場地質經試驗后按一定比例將稀硫酸與水玻璃配制成水玻璃溶液，通過雙液注漿泵將水泥一水玻璃雙漿液注入土層。水泥漿水灰比為1：1～0.6：1，水泥標號為525，注漿材料應根據地質條件經反復試驗進行比選確定，最終配比為：水泥漿水灰比為1：1，水泥漿水玻璃體積比為1：1，緩凝劑摻量為1.9%，凝膠時間為60s。

3.4注漿參數的選擇

3.4.1注漿量的計算

單根導管漿液注漿量可按下式估算：QL=ΠR2kLηαβ。

式中：QL—單管注漿量，m³；

Rk一漿液擴散半徑，m；

L一導管長度，m；

η一圍巖孔隙率；

α一漿液有效填充率(0.7～1.0)；

β一漿液損耗系數(1.1～1.4)。

3.4.2注漿壓力

在泥巖地層采用水泥水玻璃漿液注漿時，注漿壓力一般為0.5～1.OMPa，必要時在管口尾部設置止?jié){塞。可按下式計算：P=(0.4～0.6)γh；P一注漿壓力，Kpa；γ一砂的重量，Kn/m；h一被注漿砂體厚度，m。

3.5注漿

注漿順序為先注無水孔。后注有水孔，從拱頂順序往下進行，注漿壓力控制在0.2-0.5MPa。當壓力達0.5MPa。停止注漿泵．等待幾分鐘后若壓力下降，再繼續(xù)注漿。這樣反復幾次，直到壓力持續(xù)5min而不再下降時停止注漿，注漿完成后，立即關上小導管端頭閥門，防止?jié){液外流。然后卸下注漿管，注漿過程中逐管記錄注漿時間、注漿量、注漿壓力、發(fā)生情況及處理過程。

注漿質量標準，注漿孔的布置角度及深度應符合設計要求，孔位與設計位置的允許偏差為±50mm；當注漿壓力達到設計終壓或注漿量達到設計值的80%以上時，單孔注漿結束；當所有注漿孔均符合單孔結束條件、無漏注情況時，全段注漿結束。

4 結語

通過小導管注漿把周圍一定范圍內的砂土固結成整體，形成了支護殼體，提高了掌子面前方圍巖的強度和剛度，大大減少了開挖引起的圍巖松動和坍塌，并且通過該方法還有效地控制了地層的下陷和地表的沉降量。

參考文獻：

[1]葉觀寶.地基加固新技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2]王建平，張富強.小導管注漿預支護技術在城市淺埋暗挖隧道的應用[J].河北建筑工程學院學報，2003，21（1）.

(作者單位：中鐵二十局第二工程有限公司)