隧道超前預注漿施工技術研究

秦檜強

摘 要：超前預注漿是一種在工程開挖前通過注漿充填圍巖縫隙的施工工藝，具有阻塞水流、加固圍巖的作用.本文以印思公路竹林灣隧道工程為例，對其施工設計方案進行了分析，圍繞灌漿參數(shù)設計、注漿施工方案、超前預注漿施工技術要點、注漿效果評價四個層面，探討了超前預注漿施工技術在隧道工程中的具體應用，以供參考.

關鍵詞：隧洞施工;超前預注漿;注漿效果評價

中圖分類號：U455 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2019）12-0090-03

引言

超前預注漿是隧道施工中的常用技術，在加固隧道圍巖、抑制地層位移、防范地表沉降等方面起到關鍵作用.由于隧道工程的施工難度普遍較大、影響因素較為復雜，因此需在使用超前預注漿工藝前完善施工準備與安全防護工作，加強對注漿方案、材料、工藝、設備等要素的把控，便于達成最優(yōu)注漿效果.

1 工程實例與施工設計方案分析

1.1 工程概況

以竹林灣隧道工程為例（其縱剖面布置情況如圖1所示），該隧道位于貴州省G211印思公路改擴建工程項目中，為雙線特長隧道，隧道進口位于印江縣峨嶺街道普同村，隧道出口位于印江縣峨嶺街道黃洋壩村，隧道全長為3510.5m，其中里程K2+940-K3+296m段洞頂有積水，長度為356m，隧洞頂高程為536.605m.在該隧道積水段影響范圍內，洞身穿越寒武系中統(tǒng)高臺組白云巖，薄至厚層狀，質硬、節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性較差.除洞頂積水之外，地下水影響也很大.地下水相對豐富，主要為基巖風化裂隙水和巖溶裂隙水，受補給影響，地下水分布不勻.該段圍巖屬于IV～V類，巖體較為破碎、地質條件較差，透水性較強，存在突水隱患，進一步增大了這一帶隧道施工的風險.

1.2 施工設計方案

由于該隧道K2+920-K3+360.5m施工區(qū)域的上覆巖體破碎，裂隙發(fā)育，且存在一系列斷層帶與導水構造，極易引發(fā)突水、坍塌冒頂?shù)劝踩鹿剩哂休^大的風險性，因此擬將其施工方案設計如下：針對該區(qū)段影響約200m范圍內，采用TSP超前地質預報技術，配合地質雷達、紅外探水儀、水平鉆孔取芯機進行施工處理與動態(tài)監(jiān)測;針對斷層破碎帶位置，選取臺階法進行工程開挖，部分區(qū)段隧道采用全斷面短進尺掘進施工法，且每開挖循環(huán)布置5-7個深度為6m的加深炮孔，將每開挖循環(huán)進尺設為2m左右.在施工儀器設備選取上（如表1所示），采用Casagrand多功能鉆機與ZJB/BP-30、PH15REG注漿泵開展超前預注漿施工，配合空壓機、攪拌機起到灌漿止水作用，保障施工進度[1].

2 超前預注漿施工技術在隧道工程中的具體應用探討

2.1 灌漿參數(shù)設計

在超前注漿加固圈厚度的設計上，基于《水工隧洞設計規(guī)范》與圍巖具體情況，將隧道直徑設為0.5倍，灌漿壓力設為1-2倍內水壓力，工程隧道開挖的跨度為7.3m，將超前預注漿圈厚度設為7.7m.在隧道封堵體參數(shù)設計上，基于20年一遇洪水標準，其水位高程為15.8m、隧道底板高程為-50m，基于全水頭65.8m與灌漿圈厚度7.7m，擬將其水力梯度設為8.5.在漿液配比設計上，采用普通水泥單液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿作為注漿材料，漿液的配合比如表2所示.

在超前預注漿灌漿布置上，主要采用短距離、長距離超前預注漿兩種模式：將短距離超前預注漿工藝應用在孤立斷層部位，將單循環(huán)注漿長度設為13.5m，在開挖10m距離后，預留出3.5m作為下一循環(huán)止?jié){巖盤，待穿過斷層即可，鉆孔共設有22個、總長度為762m，其加固剖面示意圖與布孔設計如圖2所示.

將長距離超前預注漿工藝應用在江底斷層帶約50m范圍內，將單循環(huán)注漿長度設為30m，在開挖24m距離后，預留6m作為下一循環(huán)止?jié){巖盤，待穿過斷層帶即可，鉆孔共設有88個、總長度為2218m，其加固剖面示意圖與布孔設計如圖3所示.

2.2 注漿施工方案

2.2.1 隧道K2+940-K3+080m洞段

基于超前地質預報結果數(shù)據(jù)，可知該洞段的地下水發(fā)育較好，在5個鉆孔內包含多個出水點，其水量達到65L/min，測得穩(wěn)定水壓力為0.51MPa，對此采用超前預注漿工藝進行處理，由于其單個鉆孔的出水量、水壓均具有可控性，因此擬布置一環(huán)超前預注漿孔，共設有24個超前預注漿孔、孔深為17m，孔底部與開挖邊線的間隔為3m，將灌漿孔末端孔距設為1.72m.

2.2.2 隧道K3+080-K3+296m洞段

結合超前地質預報數(shù)據(jù)，可知該洞段的巖體發(fā)育較為破碎、地下水發(fā)育狀況較好，在其洞段范圍內鉆孔的集中出水量為70L/min、水壓可達0.63 MPa，具有一定的突水隱患，對此采用全斷面超前預注漿工藝開展施工處理，共設有24個超前預注漿孔、孔深為24m.

2.3 超前預注漿施工技術的具體要點

2.3.1 孔口管布置

采用？椎120mm、長度為3m、壁厚5mm的無縫鋼管作為孔口管，將孔口管安裝在止?jié){墻內，使其外露30-40cm的距離，并預先采用焊接工藝完成排水閥門、關閉閥門、法蘭盤在管上的安裝，選取橡膠墊片夾在法蘭盤間，確保其具備良好的密封性能.

2.3.2 鉆孔、注漿

在鉆孔環(huán)節(jié)，需保障鉆頭與孔口管的對齊，依據(jù)孔偏角調節(jié)鉆機角度、完成開孔作業(yè)，在開孔過程中注重輕加壓、保持勻速，并完成孔編號、進尺、鉆孔時間、巖石裂隙發(fā)育情況、涌水情況等參數(shù)的記錄.在鉆孔的過程中，倘若發(fā)現(xiàn)單孔出水量未超過30L/min時，可繼續(xù)進行鉆孔;當發(fā)現(xiàn)單孔出水量超過30L/min時，需立即停止鉆進，并開始注漿作業(yè).

在注漿環(huán)節(jié)，需嚴格加強注漿工序流程的控制，先安裝孔口管，隨后開始鉆孔、下栓塞、清洗鉆孔，接下來進行壓水試驗，待試驗結果達到標準后進行灌漿、閉漿封孔，再開展鉆孔作業(yè)，由此循環(huán)直至達到設計孔深即可[2].在此過程中，需在鉆孔達到3m時開始注漿，待完成注漿后再次鉆進，直至終孔為止.同時需保障注漿作業(yè)的分批進行，依照先鉆再注、先疏后密原則完成注漿，待完成注漿后可鉆2-3個檢查孔針對注漿效果進行檢驗;在鉆孔順序上，應優(yōu)先選取靠近隧道拱頂位置的注漿孔鉆注，隨后再依次進行隧道兩側、底板部位的鉆孔與注漿作業(yè)，并圍繞先外圈后內圈、由下至上的順序進行注漿.在采用分段式注漿工藝時，其控制標準如表3所示：

2.4 注漿效果評價

2.4.1 分析法

分析法主要通過收集注漿孔參數(shù)信息進行分類對比，以此實現(xiàn)對注漿效果的定性分析與定量評價，其評價效率較高、結果可靠性較強.在采用分析法時，需依據(jù)注漿孔參數(shù)信息完成P-Q-t曲線的繪制，通過觀察注漿過程的變化情況可以發(fā)現(xiàn)，在開始注漿時其壓力為0.3-0.5MPa、注漿速度控制在 30-45L/min圍內;伴隨注漿時間的延長，其注漿壓力呈現(xiàn)出明顯增加趨勢，注漿速度呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢;待達成設計注漿量時，可觀察到注漿終壓值為1MPa，其注漿速度變?yōu)?0-15L/min.由此說明在注漿過程中，伴隨注漿量的逐漸增大，其注漿壓力呈緩慢上升趨勢、注漿速度呈持續(xù)減緩趨勢，待到達設計注漿終壓值時，地層基本不再吸漿，因此致使注漿速度開始急劇下降，注漿壓力瞬時攀升至注漿設計終壓，即完成該注漿孔的注漿作業(yè).

2.4.2 檢查孔法

待完成注漿作業(yè)后，以開挖輪廓線范圍為基準，圍繞所選斷面共打設5個檢查孔，檢查孔位置分別處于拱頂、左右邊墻以及底部，其中在拱頂上包含2個檢查孔，孔直徑為110mm、長27m，現(xiàn)場測得檢查孔出水量的平均值為0.1-0.15L/min，在壓水檢查后發(fā)現(xiàn)其壓力低于1MPa、吸水量為1.5L/min，取芯體抗壓強度為3.2MPa，且?guī)r體的RQD指標為75-80.通過觀察檢查孔的P-Q-t曲線可以發(fā)現(xiàn)，在開始注漿時其壓力為0.3MPa，注漿速度17L/min;伴隨注漿時間的延長，注漿壓力、速度均無明顯變化，主要用于補充注漿，劈裂強化注漿效果;待注漿壓力、速度數(shù)值保持6min后，注漿壓力開始急劇上升，待23min后達到設計注漿終壓，與此同時注漿速度呈急劇下降趨勢.待注漿壓力為1.2MPa時，地層基本不再吸漿，此時注漿量尚未達到設計標準，由此說明該檢查孔已達到飽和密實程度，達成加固圍巖、阻塞水流的目標，整體注漿效果較好.待結束注漿作業(yè)后，還需選取M10水泥砂漿完成檢查孔的全孔封堵處理.

2.4.3 異常情況處理方法

在注漿過程中易出現(xiàn)多種異?，F(xiàn)象，例如在出現(xiàn)突泥情況時，應立即停止繼續(xù)鉆進，開始進行注漿處理;倘若地層吸漿量較大、注漿壓力難以上升時，應合理調節(jié)漿液配合比，減緩凝膠時間;倘若在注漿時出現(xiàn)注漿壓力急劇上升的情況，應立即停止注漿，開啟泄?jié){閥泄壓，待查明異常原因后再判斷是否繼續(xù)注漿.如果非管路堵塞導致該現(xiàn)象，則應結束該注漿孔注漿;倘若在注漿過程中出現(xiàn)串漿問題，則應將串漿孔關閉，加大鉆孔與注漿孔間隔，以此解決串漿問題;倘若在注漿過程中出現(xiàn)跑漿、漏漿情況，則可采用間歇注漿法進行封堵;在注漿過程中應確保管路暢通，及時處理管路堵塞問題，保障注漿工序的順利進行[3].

結論

圍巖穩(wěn)定性現(xiàn)已成為影響隧道施工質量與順利貫通的重要因素，采用超前預注漿施工技術可實現(xiàn)圍巖縫隙的有效充填，具有阻塞水流、加固圍巖等現(xiàn)實功用.在具體使用過程中還需強化對注漿參數(shù)、注漿方案、施工技術要點等環(huán)節(jié)的動態(tài)管理，完善注漿效果檢驗評價，進一步為隧道施工的質量與安全提供保障.

參考文獻：

〔1〕王巖.鐵路隧道超前以及初期支護施工技術[J].設備管理與維修，2019，441（03）：148-150.

〔2〕馬天剛.軟巖隧道施工中的大管棚預注漿超前支護技術[J].四川建材，2019，45（02）：126-128.

〔3〕高海東.臨海富水軟弱圍巖條件下穿城市主干道超淺埋隧道綜合施工技術[J].施工技術，2018（1）：35-37.