淺談帷幕注漿對穩(wěn)固圍巖的作用

趙廣智

【摘 要】玉皇廟隧道位于中起伏低山工程地質(zhì)區(qū)，屬山嶺區(qū)高速公路上下行分離四車道雙洞小凈距隧道，為東西向山脊，植被較少，為東西向山脊，植被較少，出口為坡角，山勢較緩。出口段屬于超淺埋地段，該段隧道埋深最淺僅有10.5m。隧址為燕山期火山熔巖，巖體為紅褐色、青灰色塊狀安山巖及安山玢巖，節(jié)理發(fā)育，巖體整體性較好，局部破碎。山頂為全風(fēng)化碎石土，無基巖出露。地下水類型為基巖裂隙水，透水性較好。本文介紹了隧道帷幕注漿施工技術(shù)，并通過工程實(shí)例詳細(xì)介紹了帷幕注漿施工方法、適用范圍以及對隧道圍巖的穩(wěn)固作用。

【關(guān)鍵詞】帷幕注漿 圍巖加固 雙液漿

1 帷幕注漿方案的確定

玉皇廟隧道大里程洞口位于一小山溝下游，離大里程洞口120m處有一“V”形溝，從洞口到該“V”形溝處隧道埋深淺，最小埋深10.5m。洞身開挖采用三臺階+預(yù)留核心土環(huán)形開挖法，用挖掘機(jī)配合人工修整進(jìn)行開挖施工，進(jìn)洞后掌子面圍巖為土黃色條帶狀全風(fēng)化安山巖，節(jié)理、裂隙非常發(fā)育，手可掰斷，錘擊聲啞，巖體富含水，呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，巖體強(qiáng)度低，工程地質(zhì)性質(zhì)及圍巖自穩(wěn)能力較差，圍巖未擾動時(shí)成塊狀，有明顯的節(jié)理、裂隙，一經(jīng)擾動，容易掉塊、塌方，圍巖松散成顆?；蚍蹱?，遇水即成泥狀，掌子面圍巖極易發(fā)生塌落事故，尤其是在上臺階開挖時(shí)，拱頂處塌方掉塊嚴(yán)重，給施工帶來極大的安全隱患。為了保證施工安全，加強(qiáng)拱頂處圍巖預(yù)加固效果，經(jīng)過認(rèn)真分析對比，最終決定采用洞內(nèi)帷幕注漿堵水設(shè)計(jì)進(jìn)行圍巖加固處理，確保圍巖穩(wěn)定性。

2 施工工藝及控制要點(diǎn)

2.1 施工目的

針對隧道拱頂處圍巖破碎、松散，容易掉塊及上斷面初期支護(hù)完成后噴射混凝土出現(xiàn)掉塊、開裂的現(xiàn)象，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料以及開挖現(xiàn)場實(shí)際圍巖情況等綜合分析，采用對上斷面圍巖進(jìn)行帷幕注漿預(yù)加固，改善圍巖松散、掉塊的狀性，加固圍巖，限制排水量，保證隧道洞室穩(wěn)定，確保施工及運(yùn)營安全。

2.2 施工方法選擇

經(jīng)認(rèn)真對比后施工時(shí)采用較為先進(jìn)的二重管無收縮雙液工法注漿加固，通過加固處理，改善圍巖狀態(tài)，以達(dá)到穩(wěn)固圍巖的預(yù)期目的。

2.3 圍巖加固原理

注漿時(shí)在不改變地層組成的情況下，將圍巖裂隙間存在的水強(qiáng)迫擠出，使圍巖裂隙充滿漿材并使其固結(jié)，達(dá)到改良加固圍巖性狀的目的，加強(qiáng)圍巖的粘結(jié)力，從而使圍巖粘結(jié)強(qiáng)度及密實(shí)度增加，起到加固作用；顆粒間隙充滿了不流動而且固結(jié)的漿材后，使圍巖透水性降低，而形成相對隔水層。

2.4 施工工藝

（1）漿液配制；采用雙液漿為A液（水泥、外加劑和水組成）和B液（改性水玻璃液）的混合物，外加劑主要是調(diào)節(jié)漿液的可注性和混合液的凝結(jié)時(shí)間，凝結(jié)時(shí)間由注漿時(shí)的壓力和要求的擴(kuò)散范圍共同決定。A液中各成分放入攪拌機(jī)的順序?yàn)椋核⑼饧觿?、水泥。兩種漿液在注入前拌合均勻，并經(jīng)常檢查兩種漿液混合后的凝結(jié)時(shí)間是否符合要求。每立方雙液漿材料用量如下，B液400L：其中改性水玻璃300L、水100L；A液600L：其中水泥200kg、H劑6L、C劑6-12L、Xpm劑45L、水337-343L。（2）注漿孔的布置；為了克服掌子面開挖時(shí)拱頂及拱腰處塌落、掉塊的現(xiàn)象，將注漿孔布置在掌子面上半斷面，進(jìn)行超前預(yù)加固帷幕注漿。注漿孔自掌子面沿開挖方向，以隧道中軸為中心呈傘狀布置，漿液擴(kuò)散半徑為2米。綜合工程地質(zhì)、水文條件以及鉆機(jī)的能力，隧道帷幕注漿段長度確定如下：每個(gè)循環(huán)注漿加固范圍在開挖輪廓線以外3m，加固長度為12m。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工情況，開挖時(shí)預(yù)留2m作為下個(gè)循環(huán)的止?jié){盤，并在止?jié){盤上噴射10cm厚的C20混凝土，封閉加固止?jié){盤，因此每循環(huán)實(shí)際有效加固長度范圍為10m。注漿孔共三排：第一排布孔在開挖輪廓線以內(nèi)0.5m，孔距2.5m，鉆孔時(shí)往開挖輪廓線擴(kuò)散角度控制在41°左右，鉆孔深度控制在5.32m；第二排布孔在開挖輪廓線以內(nèi)1.5m，孔距2.5m，鉆孔時(shí)往開挖輪廓線擴(kuò)散角度控制在29°左右，鉆孔深度為9.18m；第三排布孔在開挖輪廓線以內(nèi)2.5m，孔距2.5m，鉆孔時(shí)往開挖輪廓線擴(kuò)散角度控制在25°左右，鉆孔深度為13.20m。如下圖1 所示：鉆孔采用TXU-75A型鉆機(jī)，鉆孔直徑為φ42mm，保證注漿效果并在孔內(nèi)安裝內(nèi)徑為20mm的鋼管。

（3）注漿量計(jì)算：漿液的擴(kuò)散半徑和巖層裂隙很難精確確定，注漿量的估算我們按下式計(jì)算：Q=Лr2hnα（1+β）；Q—注漿量；R—漿液擴(kuò)散半徑；h—導(dǎo)管長度；n—地層孔隙率（根據(jù)地層而定，現(xiàn)場按0.2估算）；α—注漿孔隙充填率，一般在0.7～0.9或通過試驗(yàn)，現(xiàn)場施工按0.8進(jìn)行估算和實(shí)際壓漿量進(jìn)行對比；β—漿液損失率，一般取10～30%，現(xiàn)場施工按30%進(jìn)行估算。

（4）注漿壓力的選定：注漿壓力對漿液的擴(kuò)散、裂隙的填充起著決定性的作用。要有足夠的壓力才能客服靜水壓力和地層阻力將漿液壓入巖層中，以達(dá)到注漿固結(jié)圈的厚度，注漿壓力是漿液在巖層裂隙中流動、擴(kuò)散、填充的動力，注漿壓力與巖層裂隙發(fā)育程度、水壓力、漿液材料的黏度和凝結(jié)時(shí)間長短有關(guān)，通常按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

根據(jù)地層深度計(jì)算：P=KH，P為設(shè)計(jì)注漿壓力終值（MP），H為注漿處深度（M），K為注漿深度確定的壓力系數(shù)，該隧道最大埋深為120米，綜合確定各種因素，K初步擬定為0.034，最大注漿壓力值為4MP。經(jīng)過開挖實(shí)驗(yàn)，該壓力能夠滿足注漿需要，達(dá)到了預(yù)期效果。

（5）工藝流程及要求：帷幕注漿工藝流程：施工準(zhǔn)備---測量定位---鉆孔作業(yè)---清孔---鉆孔驗(yàn)收---小導(dǎo)管加工、安裝、加固---連接、調(diào)試注漿管路---雙漿液制備---注漿作業(yè)---注漿效果分析---結(jié)束。如果注漿效果分析后不能滿足要求，要調(diào)整注漿參數(shù)、改變外加劑用量、重新配置漿液進(jìn)行二次補(bǔ)注漿。鉆孔定位：利用測量儀器，定出掌子面鉆孔位置，控制好鉆孔擴(kuò)散角角度。空位偏差不大于5cm，擴(kuò)散角偏差不大于2°。鉆機(jī)就位：鉆機(jī)按指定位置就位，并在技術(shù)員指導(dǎo)下調(diào)整鉆桿的角度，對準(zhǔn)孔位后鉆機(jī)不得移位，也不得隨意起降，調(diào)整角度。鉆進(jìn)成孔：鉆孔施工時(shí)要先慢速運(yùn)轉(zhuǎn)，掌握地層對鉆機(jī)的影響情況以確定該地層條件下的鉆進(jìn)參數(shù)，再按正常速度進(jìn)行鉆進(jìn)施工。施工中應(yīng)密切觀察鉆進(jìn)尺度及溢水出水情況，出現(xiàn)溢水時(shí)立即停鉆，先行注漿止水，再分析原因。確認(rèn)止水效果后方可繼續(xù)鉆孔。漿液配比：采用計(jì)量準(zhǔn)確的計(jì)量工具，檢驗(yàn)合格后按照設(shè)計(jì)配比嚴(yán)格加放配料。注漿：注漿管的設(shè)置和鉆孔的方法一樣，使用的噴入管直徑為φ20mm，注漿時(shí)在注漿管端頭裝上一個(gè)三通，分別與注漿泵上的A、B液管相連，注漿管作為雙液的混合器，使?jié){材在管內(nèi)混合后，利用高壓力，使?jié){材能浸透到圍巖中。嚴(yán)格控制注漿壓力，并密切關(guān)注注漿量，當(dāng)壓力驟然上升（下降）或從掌子面溢出時(shí)，應(yīng)暫停注漿，查明原因后采取調(diào)整注漿參數(shù)或移位等措施重新注漿，由于該段為淺埋段，應(yīng)專門安排人關(guān)注洞外地表是否有地表溢漿現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)，應(yīng)暫停注漿或降低注漿壓力，待漿液凝固后，再正常進(jìn)行注漿。注漿全過程應(yīng)加強(qiáng)施工檢查和監(jiān)測，防止地面出水溢漿。注漿膠凝時(shí)間的確定：根據(jù)壓水實(shí)驗(yàn)確定，如進(jìn)漿量大于300（l/min），泵壓力長時(shí)間不升高，膠凝時(shí)間選定為1-2分鐘；如進(jìn)漿量在100-300（l/min），泵壓力穩(wěn)定上升，膠凝時(shí)間選定為2-3分鐘；如進(jìn)漿量小于100（l/min），泵壓力升高較快，膠凝時(shí)間選定為3-4分鐘；膠凝時(shí)間可通過外加劑用量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿3min以上，可結(jié)束本孔注漿，單孔注漿量與設(shè)計(jì)注漿量基本相同，結(jié)束時(shí)的注漿量在20-30（l/min）以下時(shí)可結(jié)束本孔注漿。注漿可以分兩次或多次進(jìn)行，第一次可適當(dāng)把壓力調(diào)大（可達(dá)到4MPa），讓漿液充分滲透到圍巖中，然后停止或降低注漿壓力，待滲透到圍巖中的漿液凝固硬化后作為后續(xù)注漿的止?jié){盤，然后在進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注漿，補(bǔ)強(qiáng)注漿的壓力根據(jù)注漿量的大小進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)注漿量的大小，滲透注漿和補(bǔ)強(qiáng)注漿可反復(fù)進(jìn)行。

（6）二重管無收縮（WSS）定向注漿施工的特點(diǎn)：一、注漿液對土層具有很強(qiáng)的滲透性，注漿加固范圍可根據(jù)圍巖的性狀，通過調(diào)整注漿材料及壓力進(jìn)行控制；二、注漿液凝結(jié)時(shí)間可以自由調(diào)節(jié)，并且可以實(shí)行反復(fù)注漿施工；三、施工從鉆孔到噴漿完畢，可以連續(xù)進(jìn)行；四、對于任何圍巖都可以進(jìn)行注漿施工。

3 結(jié)語

通過現(xiàn)場施工情況來看，通過洞內(nèi)帷幕注漿加固圍巖，效果還是比較明顯的，圍巖等級能夠得到提高，并且也起到防水隔水作用。在掌子面開挖過程中，圍巖強(qiáng)度明顯有所提升，掉塊大大減少，對圍巖起到了比較好的穩(wěn)固作用。既有效保證了施工質(zhì)量和安全，又克服了隧道埋深淺、自穩(wěn)性差，施工難度大的技術(shù)難題，更減少了成本支出，增加了經(jīng)濟(jì)效益，并為類似工程提供了成功范例。

參考文獻(xiàn)

[1]張玉強(qiáng).隧道施工中帷幕注漿技術(shù)探討[J].城市建設(shè)理論研究，2013（3）.