內(nèi)外結(jié)合注漿在淺埋偏壓隧道施工中的應(yīng)用

王科

1 工程概況

齊家灣隧道是宜萬鐵路高風(fēng)險隧道之一。隧道為雙線隧道，進口里程DK155+954，出口里程DK156+084，全長130 m，隧道內(nèi)軌頂面處襯砌內(nèi)輪廓凈寬10.0 m，內(nèi)軌頂面至隧道拱頂襯砌內(nèi)輪廓凈高8.4 m，隧道最大開挖斷面寬度13.0 m，最大開挖斷面高度12.47 m，開挖斷面面積約135.84 m2。全隧均為Ⅴ級圍巖，山體表層覆蓋第四系坡積殘積粉質(zhì)粘土，褐色，硬塑，土層厚2 m～9 m;下伏基巖為三疊系中統(tǒng)巴東組第一段粉砂巖夾頁巖、強～弱風(fēng)化;地下水主要為基巖裂隙水，由大氣降水補給。進口、洞身DK156+000～DK156+040段及出口淺埋，土層較厚，易塌方冒頂，特別是DK156+000～DK156+040超淺埋段地面距隧道開挖輪廓頂部僅1.2 m，且線路右側(cè)山體明顯對隧道形成偏壓，掘進過程中偏壓山體邊緣出現(xiàn)裂縫，根據(jù)地表監(jiān)控量測結(jié)果，開裂部分下沉明顯，能否安全通過該地段是本隧道施工的重難點。

2 方案形成

隧道除洞口段結(jié)合地形、地質(zhì)條件設(shè)置明洞外，暗洞均按照新奧法原理設(shè)計，以柔性支護結(jié)構(gòu)體系為主要受力結(jié)構(gòu)的復(fù)合式襯砌。由于隧道所在之處存在地表覆蓋土層厚、洞身主要穿越強風(fēng)化巖層、地質(zhì)條件差、淺埋偏壓嚴重等不利因素，經(jīng)研究決定采取地表注漿和洞內(nèi)注漿結(jié)合的方案。

3 超淺埋段內(nèi)外結(jié)合注漿加固方案設(shè)計

3.1 注漿位置

1)長度。對隧道DK156+000～DK156+050段共50 m進行洞內(nèi)橫向和徑向注漿加固;對隧道DK156+005～DK156+050段共45 m進行地表注漿和垂直偏壓山體坡面注漿加固。2)寬度。洞內(nèi)注漿橫向加固范圍至開挖輪廓線外6 m;考慮該地段上方山體偏壓影響因素，地表注漿加固寬度為40 m，其中Ⅰ線線路中線左側(cè)15 m，右側(cè)25 m。3)深度。洞內(nèi)頂部徑向注漿至開挖輪廓線外1.5 m;洞外地表注漿加固深度為隧道頂部到襯砌外緣，隧道兩側(cè)地表注漿加固深度至巖體破裂面以下1 m，且伸入基巖長度不應(yīng)小于1 m。

3.2 注漿方式

采用注漿花管由高壓注漿泵全孔壓入式注漿。

3.3 注漿孔布置

洞外地表注漿和垂直偏壓山體坡面注漿按照梅花形布置實施注漿，間距1 m;洞內(nèi)沿開挖輪廓線橫向注漿同樣按照梅花形布置實施注漿，間距2 m。各注漿孔分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，Ⅰ序孔為低壓注漿孔，Ⅱ序孔為高壓注漿孔，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔交錯布置。

洞內(nèi)徑向注漿(常稱為超前小導(dǎo)管注漿)孔沿開挖輪廓線按照40 cm間距均勻布置，注漿管孔口與鋼架搭接，注漿孔每環(huán)按照1～45的順序進行編號。

3.4 鉆孔孔徑及注漿管

洞外垂直偏壓山體坡面注漿孔、洞內(nèi)橫向和徑向注漿孔鉆孔深度為開挖輪廓線外6 m，采用甘肅天水YT-28型鑿巖機鉆孔，鉆頭直徑50 mm，成孔孔徑55 mm～60 mm。以上三部分注漿孔鉆孔時，先采用3 m鉆桿嚴格按照設(shè)計孔位布置要求定位并在初步成孔后，再換6 m鉆桿鉆至設(shè)計深度終孔。隧道洞身范圍內(nèi)地表注漿鉆孔深度為從地表至隧道輪廓線頂外0.5 m，隧道兩側(cè)洞外地表注漿鉆孔深度為到巖體破裂面以下1 m，且伸入基巖長度不應(yīng)小于1 m。巖體破裂面根據(jù)鉆機鉆進速度判斷，最大鉆眼深度為從地表至隧底。鉆孔采用輕便型ZS30電氣潛孔鉆機成孔?？變?nèi)采用注漿鋼花管，孔外采用高壓膠管。注漿花管采用直徑42 mm，壁厚3.5 mm無縫鋼管。在注漿管前端鉆設(shè)孔徑1 cm、間距40 cm、呈梅花形布置的花孔。注漿花孔鉆設(shè)范圍根據(jù)孔深情況調(diào)整，Ⅰ序注漿花管孔口2 m范圍及Ⅱ序注漿管表層范圍不開花孔。

3.5 表層止?jié){

在地表和掌子面分別設(shè)置止?jié){盤和止?jié){墻，地表止?jié){盤采用噴射30 cm厚雙層鋼筋混凝土，鋼筋網(wǎng)采用直徑為8 mm鋼筋，網(wǎng)格間距30 cm×30 cm。止?jié){盤設(shè)置在注漿區(qū)域及周邊孔外2 m。為防止管孔間裂隙往上冒漿對止?jié){盤造成隆起破壞而影響注漿效果，在距離止?jié){盤邊緣30 cm處，斜向下與水平方向呈45°角打設(shè)一排φ22砂漿錨桿，錨桿間距2 m，嵌入基巖1 m。此外，對管孔間縫隙進行糊縫處理，糊縫材料為CS膠泥和速凝砂漿，并準備一些木楔，當管間串漿時塞緊串漿孔管。

對偏壓山體滑動層注漿加固設(shè)置止?jié){墻，止?jié){墻采用噴射25 cm厚鋼筋混凝土，鋼筋網(wǎng)采用直徑為8 mm鋼筋，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。止?jié){墻與止?jié){盤鋼筋進行可靠焊接，止?jié){墻與止?jié){盤連接地帶為薄弱點，該地帶噴射混凝土應(yīng)加厚至40 cm。止?jié){墻設(shè)置在注漿區(qū)域及周邊孔外2 m。同樣地，為防止管孔間裂隙往上冒漿對止?jié){墻造成隆起破壞而影響注漿效果，采取糊縫處理和防串漿措施。

3.6 材料選擇及漿液配合比

水泥：42.5普通硅酸鹽水泥。

水玻璃：濃度35 Be'～40 Be'，模數(shù)2.8～3.4。

緩凝劑：Na2HPO4。

水泥漿水灰比(質(zhì)量比)：0.6∶1～1∶1。

水泥漿水玻璃比(體積比)：1∶0.5～1∶1。

注雙液漿時摻加2%～4%緩凝劑。

3.7 注漿壓力及順序

Ⅰ序孔及洞內(nèi)徑向注漿單數(shù)孔注漿壓力：0.5 MPa～1.5 MPa;Ⅱ序孔及洞內(nèi)徑向注漿偶數(shù)孔注漿壓力：2 MPa～3 MPa。

為了滿足洞內(nèi)施工與注漿施工平行作業(yè)，采取分段分片注漿。總體注漿順序為：先地表注漿，后洞內(nèi)開挖橫向注漿;洞內(nèi)注漿先注山體偏壓側(cè)拱墻，后注反山體偏壓側(cè)拱墻;由出口向進口的掘進方向分段順序進行;Ⅰ線、Ⅱ線地表注漿平行作業(yè);每段注漿先注溝側(cè)周邊孔，后注山側(cè)周邊孔，注漿時先外圍后中間，并采取隔孔注漿的方式。

3.8 注漿結(jié)束標準

注漿結(jié)束標準以注漿終壓和注漿量進行綜合判定，Ⅰ序孔及洞內(nèi)徑向注漿單數(shù)孔采用單孔注漿量控制，單孔注漿量達到設(shè)計注漿量時，即換孔注漿;Ⅱ序孔及洞內(nèi)徑向注漿偶數(shù)孔采用注漿終壓控制，以保證注漿效果，達到設(shè)計注漿終壓后，穩(wěn)定20 min～30 min即可停止注漿。

4 施工要點

1)注漿開始前對機械器具、儀表、管路、注漿材料、水、電等進行檢查及做必要的試驗。2)注漿過程中，觀測和記錄注漿壓力的變化情況，掌握注漿量。特別要注意止?jié){盤的變形和跑漿情況。如果止?jié){盤發(fā)生變形，應(yīng)停止注漿，及時處理。發(fā)生跑漿時，用填塞棉紗、打木楔和糊塑膠泥或速凝砂漿的方法堵漏，必要時采用間歇式注漿方式來解決。3)為使砂漿在本孔一定范圍內(nèi)擴散，而不致串漿或冒漿，影響注漿效果，在進漿量很大而壓力不上升的情況下，以注漿量控制注漿結(jié)束標準，當進漿量很小時，以注漿壓力來控制。

5 實際效果

淺埋偏壓段小導(dǎo)管內(nèi)外結(jié)合注漿注漿孔數(shù)共700個，串漿孔數(shù)351個，共注水泥3 023.1 t，水玻璃852.21 t，通過小導(dǎo)管內(nèi)外結(jié)合注漿對淺埋偏壓段加固取得如下效果：

1)確保了掘進施工安全。注漿施工完成后開挖掘進順利通過了該偏壓淺埋段，開挖與支護完成情況良好，施工中未發(fā)生任何掉碴和山體滑移事故，保證了工程的順利進行。

2)確保了施工質(zhì)量。通過小導(dǎo)管內(nèi)外結(jié)合注漿對淺埋偏壓段加固，有效地控制圍巖松弛范圍和既有裂縫的進一步擴展，提高了圍巖的自穩(wěn)時間和自身承載力，改善了巖土體的物理力學(xué)性能，減少了初期支護的圍巖壓力，確保了初期支護的長期穩(wěn)定，提高了支護結(jié)構(gòu)的安全性。施工中對地表下沉、洞內(nèi)收斂及拱頂下沉進行位移量測，量測結(jié)果均滿足施工需要，最大地表下沉值20 mm，最大拱頂下沉值26 mm，最大水平收斂值12 mm。從洞內(nèi)初期支護觀察，噴混凝土層未發(fā)生開裂及滲漏水現(xiàn)象。

3)施工速度快，保證了工期。通過地表注漿加固，提高了圍巖的自穩(wěn)能力，減少了洞內(nèi)超挖數(shù)量，提高了掘進速度。由于地表注漿與洞內(nèi)施工平行作業(yè)，互不干擾，Ⅴ級圍巖淺埋偏壓地段掘進速度較快，最終齊家灣隧道于2008年12月20日貫通，比業(yè)主要求提前了一個月。

6 結(jié)語

1)本隧道施工關(guān)鍵是防止隧道頂部土體坍塌和開挖變形產(chǎn)生的松弛區(qū)與既有山體裂縫連通貫穿，防止既有裂縫的進一步發(fā)展，避免山體滑移和側(cè)壓力進一步加大，防止地表下滲軟化圍巖。根據(jù)新奧法理論，采取地表注漿以加固巖體，充分利用巖體自身承載能力的施工方案，比僅靠強支撐的方案更符合巖體力學(xué)的原理，更加安全可靠。2)采用小導(dǎo)管內(nèi)外結(jié)合注漿加固巖層，穿越齊家灣隧道淺埋偏壓軟弱圍巖地段是必要的，但洞內(nèi)仍需按短開挖、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測的方法施工。支護與圍巖密貼接觸及支護系統(tǒng)的及時封閉，是防止圍巖變形和確保初期支護穩(wěn)定的關(guān)鍵。3)在以往山嶺隧道地表注漿施工中一般采用澆筑雙筋混凝土作為止?jié){盤，厚度0.6 m～1.0 m，但由于沒有對管孔縫隙做糊縫處理，往往出現(xiàn)止?jié){盤隆起破壞，并影響深部巖層的注漿效果。在隧道地表注漿施工中，采用雙筋網(wǎng)噴混凝土和止?jié){環(huán)的聯(lián)合止?jié){方法簡單、易行、經(jīng)濟、可靠，止?jié){效果良好，未出現(xiàn)止?jié){盤隆起、變形、開裂現(xiàn)象。4)實踐證明，雙線鐵路隧道穿越超淺埋偏壓地段施工采用內(nèi)外結(jié)合注漿加固掘進暗洞的施工方法成功可行，安全可靠，經(jīng)濟合理，值得今后在類似工程施工中借鑒采用。

［1］ 朱亮來.軟弱圍巖淺埋大跨隧道施工技術(shù)［J］.焦作工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2002(3)：27-28.

［2］ 丁常國.特大跨超淺埋隧道施工技術(shù)［J］.地下空間，2002 (3)：11-12.