不同地質條件下小導管注漿施工探討

裴 云

（水利部山西水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

1 簡述及目的

某隧洞工程，地質情況分布復雜，圍巖多變。主要巖性有砂巖、泥巖、泥灰?guī)r、頁巖、灰?guī)r等，局部由紫紅色黏土、細砂巖等組成。地表眾多河流，地下水較為豐富。主要由地表滲水、孔隙水、基巖裂隙水、斷裂帶積水和黏土飽和水、黏土滲水等組成。為了改善圍巖性能，減少隧洞開挖過程中的超挖，增加掌子面的穩(wěn)定性，阻隔地下水的滲透性等，在不同地質地段采用超前小導管注漿施工。

2 圍巖變化及不同地質分布

該隧洞工程穿越地層從老到新：太古界呂梁山群古老變質巖；震旦亞屆長城系石英砂巖；古生界寒武系及奧陶系灰?guī)r、白云巖及泥灰?guī)r；二疊系及中生屆三疊系砂頁巖；新生界上第三系、第四系松散層等。

隧洞洞線走向基本與離石大斷裂平行，巖體中斷裂及褶皺構造發(fā)育，巖層總體走向為NE～NW向，傾向為NW～SW向，傾向多為平緩，局部較陡，受褶皺及斷裂構造影響，局部發(fā)生變化。

樁號18+865～24+720段穿過巖層為背斜，軸部在千河溝附近，走向N5°E，兩翼傾角10°～26°；樁號30+515～67+365段巖層穿過兩寬緩傾向，其軸部分別位于暖泉和德義河附近，走向近NS向，兩翼傾角6°～21°；沿線主要發(fā)育有兩條較大斷層（FD1、FD2），樁號3+675處發(fā)育FD1逆斷層，樁號30+465處發(fā)育FD2正斷層；主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，一組走向為NE，傾向NW或SE；另一組走向為NW，傾向NE或SW，其傾角一般較陡。

洞線地下水主要有：太古界呂梁山群變質巖類裂隙水，寒武奧陶系碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，石炭系和三疊系砂巖裂隙水與松散巖類孔隙水等；隧洞洞頂多數處于地下水位以下。

2.1 黏土和細砂巖洞段

地面高程970～1 165 m，洞底埋深60～240 m。 圍巖巖性為下統(tǒng)和尚組泥巖夾細粒砂巖。地下水位位于洞頂以上，隧洞穿和尚組泥巖夾細粒砂巖，不能自穩(wěn)，不穩(wěn)定，變形破壞嚴重。

地面高程928～1 026 m，洞底埋深2.8～100.5 m。 圍巖巖性為上第三系低液限黏土和卵石混合土，下伏基巖三疊系下統(tǒng)和尚組厚層紫紅色泥巖夾砂巖。地下水位高于設計底高程。

地面高程923～1 124 m，洞底埋深0～200 m。隧洞穿過地層巖性為上第三系新統(tǒng)低液限黏土，稍濕、可塑，結構較密實，局部夾卵石混合土，成洞條件差。

2.2 圍巖較完整洞段

地面高程1 296～1 359 m，洞底埋深351～414 m，圍巖巖性為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組中斷（Q2s2）灰?guī)r、豹皮灰?guī)r。該洞段巖溶地下水位于洞頂以上。圍巖工程地質分類為Ⅲ類。洞段埋深較大，在地應力作用下，易產生軟巖變形。部分洞段存在涌水、突水可能性。洞段局部巖溶較發(fā)育，可能遇到溶洞。

地面高程970～1 165 m，洞底埋深45～240 m，圍巖巖性為三疊系下統(tǒng)和尚組泥巖夾細粒砂巖。地下水位位于洞頂以上，隧洞穿和尚組泥巖夾細粒砂巖，圍巖工程地質分類為Ⅳ類。圍巖不穩(wěn)定，不能自穩(wěn)，遇水變形嚴重。

2.3 巖石節(jié)理裂隙發(fā)育洞段

地面高程1 119～1 390 m，洞底埋深178～456 m。圍巖巖性為三疊系中統(tǒng)二馬營組上段（T2er2）砂巖與泥巖互層，地下水水位位于洞頂以上，圍巖工程地質分類為Ⅳ類。泥巖段長度占該段隧洞約44%，砂巖段長度占該段隧洞約56%。部分隧洞可能產生涌水、突水。局部洞段埋深較大，在地應力作用下，易產生軟巖變形。樁號60+718～69+957地段：地面高程1 140～1 335 m，洞底埋深207～402 m。圍巖巖性為三疊系中統(tǒng)二馬營組下段（T2er1）砂巖、局部夾薄層泥巖、砂質泥巖。地下水水位位于洞頂以上。部分隧洞可能產生涌水、突水。局部洞段埋深較大，在地應力作用下，易產生軟巖變形。樁號69+957～79+377.2地段：地面高程945～1 225 m，洞底埋深39～299 m。圍巖巖性為三疊系下統(tǒng)和尚溝組（T1h）泥巖夾細粒砂巖。巖層產狀為N50°W/SW∠8°。地下水水位位于洞頂以上。圍巖工程地質分類為Ⅴ類。局部洞段埋深較大，在地應力作用下，易產生軟巖變形。

3 不同的地質洞段采用不同的小導管注漿施工方法

3.1 小導管加工及注漿施工工藝

超前小導管按照要求加工制作，型號為ф42 mm，長度5 m。首先檢查小導管材質情況，然后進行制作加工。在距小導管管口8 cm處側面開孔，加焊接長8 cm長鋼管（直徑1.8 cm）。小導管端口配套PE塑膠軟管，連接處采用軟繩綁扎。小導管的另一端，加工成錐形體，便于穿入巖體，同時避免雜物堵塞。小導管管壁周圍每隔8 cm至15 cm鉆成梅花形噴漿孔，直徑6 mm。

超前小導管注漿施工前，首先進行施工準備，檢查小導管管材質量情況，小導管加工制作情況，以及檢查掌子面是否進行混凝土噴護，噴護厚度是否滿足要求等；然后檢查小導管注漿液體的配合比拌制、設備維修、注漿部位鉆孔、小導管安裝等；之后連接管道、密封孔口、檢查注漿壓力、注漿過程、注漿結束條件及效果檢查等。

3.2 不同的圍巖地質情況，采用不同的施工方法

根據黏土及細砂巖洞段、圍巖較完整洞段及巖石節(jié)理裂隙發(fā)育洞段，具有不同的地質特性，采用不同的小導管注漿施工方法，可得到不同的效果。

3.2.1 黏土洞及細砂巖段注漿方法

編制并確定專項施工方案，采用不大于0.2 MPa的注漿壓力，水泥與水的比例為0.4∶1，鉆孔仰角10°，單孔注漿時間不少于2 min，注漿結束時間為注漿單管容積的1.1倍，檢查注漿管密實情況，檢驗注漿效果。

3.2.2 圍巖較完整洞段注漿方法

依據批復的工藝措施進行施工，采用不大于0.5 MPa的注漿壓力，水泥與水的比例為0.3∶1，鉆孔仰角8°，單孔注漿時間不少于2.5 min，注漿結束時間為注漿單管容積的1.0倍，注漿管密實度檢驗，注漿效果檢查。

3.2.3 巖石節(jié)理裂隙發(fā)育洞段注漿

按照實際情況，制定可操作的施工方案并實施，采用不大于0.3至0.5 MPa的注漿壓力，水泥與水的比例為0.5∶1，鉆孔仰角12°，單孔注漿時間不少于3 min，注漿結束時間為注漿單管容積的1.4倍，檢查注漿管是否密實，檢查注漿效果是否滿足要求。

4 不同的地質洞段注漿效果檢查

針對黏土及細砂巖洞段、圍巖較完整洞段和巖石節(jié)理發(fā)育洞段，采用小導管注漿施工；施工結束后，進行注漿效果檢查。

4.1 黏土及細砂巖洞段注漿效果檢查

①管材檢驗：每環(huán)12根，選取4環(huán)，共48根；檢驗屈服強度、抗拉強度、伸長率、性能試驗等；檢查結果表明95%符合要求。②小導管與支撐結構連接；選擇8環(huán)，共10根；進行檢查，檢查結果97%滿足要求。③縱向搭接長度；檢查6環(huán)72根，搭接長度位于0.8～1.2 m之間，符合要求率達95%以上。④注漿配合比；進行試驗，現場試配，滿足要求。⑤注漿壓力；過程檢測，注漿壓力為0.5～0.55 MPa。⑥小導管管內密實度；每環(huán)抽查6根，抽查4環(huán)，檢查24根，飽滿度為95%。⑦加固巖體強度，改善阻隔滲水，現場測試保證度為94%。

4.2 圍巖較完整洞段注漿效果檢查

①管材檢驗：每環(huán)15根，選取6環(huán)，共90根；檢驗屈服強度、抗拉強度、伸長率、性能試驗等；檢查結果表明98%符合要求。②小導管與支撐結構連接；選擇10環(huán)，共15根；進行檢查，檢查結果95%符合要求。③縱向搭接長度；檢查5環(huán)75根，搭接長度位于0.5～1.0 m之間，符合要求率達90%以上。④注漿配合比；進行試驗，現場試配，符合要求。⑤注漿壓力；過程檢測，注漿壓力為0.2～0.25 MPa。⑥小導管管內密實度；每環(huán)抽查4根，抽查5環(huán)，檢查20根，飽滿度98%。⑦加固黏土強度，改善阻隔滲水，現場測試保證率為90%。

4.3 巖石節(jié)理裂隙發(fā)育洞段注漿效果檢查

①管材檢驗：每環(huán)15跟，選取5環(huán)，共75根；檢驗屈服強度、抗拉強度、伸長率、性能試驗等；進行檢查，檢查結果表明99%符合要求。②小導管與支撐結構連接；選擇12環(huán)，共18根；進行檢查，檢查結果98%符合要求。③縱向搭接長度；檢查8環(huán)96根，搭接長度位于0.6～1.1 m之間，符合要求率達95%以上。④注漿配合比；進行試驗，現場試配，達到要求。⑤注漿壓力；過程檢測，注漿壓力為0.3～0.55 MPa。⑥小導管管內密實度；每環(huán)抽查5根，抽查6環(huán)，檢查30根，飽滿度96%。⑦加固破碎巖體強度，改善阻隔滲水，現場測試保證率為98%。

5 結論

根據黏土及細砂巖洞段、圍巖較完整洞段和巖石節(jié)理裂隙發(fā)育較破碎洞段的工程實際情況，分別采用不同的小導管注漿施工工藝和注漿參數，進行科學合理地小導管注漿施工。從原材料檢驗，鉆孔布設、到過程注漿監(jiān)督，及注漿效果分析等，表明在改善巖體強度，阻隔滲水量、加固掌子面穩(wěn)定性、減少隧洞開挖過程中超挖等方面，均發(fā)揮了良好的效果；特別在節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎洞段，科學選擇小導管注漿施工，效果更佳。進而推論，對類似工程成功建設具有重要的借鑒和指導作用。