探討高速公路隧道地表深孔注漿施工技術(shù)

李安森

中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司

摘要：本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)高速公路隧道地表深層注漿施工工藝和方法進(jìn)行了詳細(xì)探討，可供同類工程參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；隧道地表；深層注漿；施工工藝

1、工程概況

廣樂高速公路龍歸隧道左線原設(shè)計(jì)里程ZK97+555～ZK98+120（565米），明洞增長后變更后里程ZK97+492～ZK98+130（638米）。龍歸隧道右線原設(shè)計(jì)里程YK97+520～YK98+160（640米），變更后里程YK97+520～YK98+165（645米）。經(jīng)上級(jí)主管部門召開了廣樂高速公路韶關(guān)段工程技術(shù)協(xié)調(diào)會(huì)后，決定采用龍歸隧道地表注漿方案。為了加固左右線中夾巖柱，最大限度的使雙洞獨(dú)立受力，同時(shí)為了加固右線洞頂圍巖以促其形成安全可靠的承載拱，采用Φ108 鋼花管進(jìn)行地表深孔注漿。

2.深層注漿工藝和方法

2.1工藝流程

施工順序：放線→鉆機(jī)就位→鉆孔→清孔→插入鋼管→孔口密封處理→鋼花管注漿→補(bǔ)漿→進(jìn)入鋼花管注漿循環(huán)→分析評(píng)價(jià)注漿效果。

2.2鉆孔

本次注漿試驗(yàn)鉆孔采用了兩種成孔方法：一是風(fēng)動(dòng)潛孔鉆，二是地質(zhì)鉆。風(fēng)動(dòng)潛孔鉆采用φ130鉆頭，地質(zhì)鉆采用φ108巖芯管。地質(zhì)鉆成孔速度慢，每臺(tái)鉆機(jī)需4～5天才能成一孔；潛孔鉆成孔相對(duì)較快，一天能成2～3個(gè)孔。但潛孔鉆遇到漏風(fēng)、卡鉆和吹渣困難（特別是地下水豐富的軟巖中）時(shí)，需換地質(zhì)鉆成孔。而且在隧道洞頂部位的鉆孔，潛孔鉆定位偏差相對(duì)較大，需地質(zhì)鉆成孔。采用地質(zhì)鉆成孔時(shí)，嚴(yán)格按間隔2孔原則鉆孔，否則可能由于地質(zhì)鉆循環(huán)水滲漏嚴(yán)重，影響隧道安全。

① 測(cè)量定位。根據(jù)設(shè)計(jì)測(cè)量孔位，孔位允許偏差不大于50mm，在孔位插上竹簽，綁上紅塑料袋子，并在紅袋子上寫明孔號(hào)和孔深，尤其注意隧道頂上鉆孔。

② 修整鉆機(jī)平臺(tái)。因山坡地表地勢(shì)較陡，鉆機(jī)擺放不下，需用勾機(jī)適當(dāng)修整，才夠放得下鉆機(jī)，并確保施工安全。

③ 鉆孔方法。地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，首先要擺正、墊穩(wěn)鉆機(jī)，做好泥漿池，調(diào)試漿泵，做好開鉆前的準(zhǔn)備工作。在類軟土地層，開孔時(shí)可用三葉鉆頭或取土器成孔3.0～5.0m，然后換鉆頭鉆進(jìn)，施工中，在半土半巖地層一般用套鉆的方法，即先用合金鉆頭鉆進(jìn)，遇到較硬的孤石，鉆進(jìn)較慢時(shí)就換金剛石鉆頭，鉆過硬的孤石后又換合金鉆頭；在弱風(fēng)化地層，則主要用鋼砂鉆頭鉆進(jìn)，雖然鉆進(jìn)速度較慢，但比金剛石鉆頭和合金鉆頭成本要低。

用潛孔鉆機(jī)時(shí)，先將鉆機(jī)由水平方向改裝為垂直方向，并用支撐架固定，不得有松動(dòng)，鉆進(jìn)中要做到“一聽、二看、三記錄”原則。一聽：根據(jù)潛孔錘在地層下沖擊發(fā)出的聲音，分析地層情況；二看：根據(jù)吹出來的巖塵樣，分析巖層的變化情況，決定操作進(jìn)度快慢，進(jìn)鉆壓力大??；三記錄：各機(jī)臺(tái)填好機(jī)臺(tái)報(bào)表，及時(shí)記錄鉆進(jìn)時(shí)間、回次、鉆進(jìn)深度、漏風(fēng)卡鉆情況、巖層、地質(zhì)水文情況。

④ 成孔驗(yàn)收。鉆孔垂直偏差允許值1%，鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，測(cè)量深度，并用測(cè)繩先試下放一次，確認(rèn)可以下到設(shè)計(jì)深度后，開始正式下鋼花管。

2.3注漿

注漿分第一次常壓注漿和第二次分段劈裂注漿。

注漿前先將水泥從儲(chǔ)存區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)至制漿區(qū)，同時(shí)保證蓄水池要有足夠的水。然后按配合比制漿，注漿。注漿量按設(shè)計(jì)量的1。3～1。5倍控制。

2.3.1一次常壓注漿

一次注漿配合比為水泥：水=1：0.45～0.5，從一次常壓PVC管注漿，注至空孔冒漿為止，注漿體填充鋼管與鉆孔間的空隙，鋼管內(nèi)無水泥漿。壓力一般為0.2～0.5MPa。

2.3.2二次劈裂注漿

一次常壓注漿間隔5～12小時(shí)后，當(dāng)一次注漿體的軸心抗壓強(qiáng)度不低于5MPa時(shí)，進(jìn)行二次劈裂注漿。二次劈裂注漿配合比水泥：水=1：0.6～0.8，以鋼管作為二次劈裂注漿的注漿管，通過劈裂一次注漿的注漿體，漿體向四周擴(kuò)散，加固巖體。瞬間劈裂壓力一般為2～3MPa。

3 注漿效果分析

1）滲透填充作用

通過水泥漿液的滲透，直接填充了強(qiáng)風(fēng)化破碎灰?guī)r、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等較硬質(zhì)巖體的溶洞、溶槽、溶隙、軟巖和土體中的空隙、開挖引起的松動(dòng)裂縫塌落空洞。

2）劈裂擠密作用

水泥漿在一定的壓力作用下，軟巖和土體擠密，在薄弱部位進(jìn)行劈裂，并延劈裂面滲透漿液。

3）對(duì)地下水的抑制作用

通過注漿，堵塞了地下水和遠(yuǎn)處地下水的補(bǔ)給通道，阻止了地下水向注漿加固區(qū)補(bǔ)給；同時(shí)，改善了注漿加固區(qū)地下水的儲(chǔ)存條件。由于巖土體中的裂隙、空隙、溶洞、溶槽、溶隙、松動(dòng)裂縫、塌落空洞被填堵，阻止了地下水在注漿區(qū)的富集。

抑制地下水，既防止了炭質(zhì)巖、泥質(zhì)巖和粘性的強(qiáng)度軟化，也阻止地下水向隧道洞滲漏，減少了地下水對(duì)隧道結(jié)構(gòu)體的直接壓力。從而，減小了隧道地質(zhì)條件的長期惡化。

4.結(jié)論

針對(duì)龍歸隧道建設(shè)期發(fā)生的歷次病害，從地質(zhì)條件、開挖擾動(dòng)、地下水作用進(jìn)行了分析總結(jié)；根據(jù)試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)地表深層注漿的工藝方法進(jìn)行總結(jié)提煉，對(duì)注漿的工程效果進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。通過試驗(yàn)提出以下主要結(jié)論：

1）龍歸隧道地質(zhì)條件不良是導(dǎo)致隧道病害的內(nèi)因

龍歸隧道穿過地層主要是石炭系測(cè)水組地層，巖性由炭質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖和殘積粘性土，巖體破碎褶皺，軟硬分布不均，受水后風(fēng)化速度快，強(qiáng)度易軟化。在地形上存在一定偏壓。巖體中發(fā)育溶洞、溶槽、溶隙、裂隙裂面。在自然狀態(tài)下，龍歸隧道的巖土結(jié)構(gòu)體可概括為軟弱破碎體。

2）開挖擾動(dòng)是導(dǎo)致隧道病害直接外因

在地質(zhì)不良的山體中，開挖間距33m的雙線隧道，引起了大范圍的松動(dòng)變形，其松動(dòng)破裂角60.3°～66.20°；根據(jù)鉆孔揭露的異常情況，洞頂以上8～12m為極嚴(yán)重松動(dòng)區(qū)，，12～24m為嚴(yán)重松動(dòng)區(qū)，在此厚度范圍內(nèi)裂縫發(fā)育；以上至地表為牽引松動(dòng)區(qū)。而且，左右洞松動(dòng)范圍搭接，隧道變形相互影響。

在松動(dòng)區(qū)產(chǎn)生變形松動(dòng)裂縫，直至地表，且由于下部塌落形成許多空洞。開挖的直接作用導(dǎo)致建設(shè)期發(fā)生一系列隧道病害：

①松動(dòng)區(qū)產(chǎn)生地質(zhì)偏壓，和地形偏壓共同作用造成隧道偏壓側(cè)推，洞體結(jié)構(gòu)開裂錯(cuò)位；

②粉質(zhì)粘土淺埋段隧道塌方冒頂；

③灰?guī)r溶洞發(fā)育部位發(fā)生塌方沉陷；

④基礎(chǔ)軟硬過渡段發(fā)生不均勻沉降開裂；

⑤開挖地段引起老滑坡復(fù)活，形成了新滑坡；

⑥出口淺埋偏壓段發(fā)生頂板塌落沉陷。

3）地下水的長期作用構(gòu)成隧道運(yùn)營安全的長期隱患

松動(dòng)區(qū)為地下水的補(bǔ)給和密集提供了良好的條件，地下水的長期作用導(dǎo)致松動(dòng)區(qū)巖土體強(qiáng)度軟化，和松動(dòng)區(qū)的進(jìn)一步擴(kuò)展，地質(zhì)偏壓的問題越來越嚴(yán)重，致使在運(yùn)營期間可能再次產(chǎn)生：

①隧道偏壓側(cè)推力增加，結(jié)構(gòu)開裂錯(cuò)位；

②基礎(chǔ)軟硬不均勻地段沉降開裂；

③溶洞和空洞繼續(xù)塌落，踏空區(qū)域增大，增加洞體受力；

④大量的地下水不斷向松動(dòng)區(qū)密集，隧道滲漏水越來越嚴(yán)重。

4）洞頂?shù)乇砩顚幼{效果明顯

通過試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，注漿量較大，但漿液都集中在有效加固區(qū)內(nèi)，不存在四處跑漿的異常情況。根據(jù)注漿過程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，漿液平面流動(dòng)范圍為，平面順?biāo)淼揽v向擴(kuò)散半徑為25-45m，垂直隧道橫向擴(kuò)散半徑不足10m。通過注漿控制注漿方法，二次注漿控制在洞底至洞頂以上10m的高度范圍內(nèi)。對(duì)這一空間范圍內(nèi)，所有漿液對(duì)加固隧道，改善地質(zhì)條件和圍巖體結(jié)構(gòu)都起到了有效作用，不存在漿液浪費(fèi)現(xiàn)象。

5）提出的地表深層注漿工藝和方法可行

由于注漿區(qū)地質(zhì)破碎、巖性軟硬分布不均，溶洞、空洞、裂隙、裂縫發(fā)育，加之孔深，成孔技術(shù)難度大。通過試驗(yàn)，總結(jié)了地質(zhì)鉆結(jié)合潛孔鉆的成孔工藝和方法，并提出了塌孔、卡鉆、掉鉆等特殊問題的技術(shù)處理方法。通過探索和總結(jié)，提出了長大豎向鋼花管的制作加工和安裝就位的方法和工藝。針對(duì)成孔過程中遇到的不同的地層情況，提出三種注漿控制方法：一是，溶洞、空洞區(qū)，采用在二次劈裂注漿段頂封孔，封孔以上采用一次封孔注漿，封孔以下采用二次填充注漿；二是，裂隙、裂縫發(fā)育地段，注漿量較大時(shí)采用了總注漿量控制的方法；三是，二次劈裂注漿出現(xiàn)二次劈裂壓力時(shí)停止注漿的方法。

以上總結(jié)提煉的成孔、鋼花管制安、控制注漿工藝和方法有效可行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王夢(mèng)恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)，2009，（08）：38-61.