黃土隧道帷幕注漿技術(shù)

丁金芳

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津 301700）

上閣村隧道洞身為第四系中更新風積黏質(zhì)黃土，垂直節(jié)理發(fā)育，部分段落洞身通過地下水位影響段，局部為軟塑狀，開挖后圍巖穩(wěn)定性差，易發(fā)生變形、坍塌，施工難度大，安全風險極高。

1 工程背景及地質(zhì)情況

上閣村隧道總長6.7 km，上閣村隧道1#斜井西安端洞身DK210+567～DK210+779.6段拱部位于黃土軟塑層，洞頂埋深62 m，開挖工法為三臺階預(yù)留核心土法施工，開挖后圍巖穩(wěn)定性差，易變形、坍塌。

上閣村隧道穿越董志塬黃土塬區(qū)，地形平坦，地勢開闊，隧道洞身通過地層為第四系中更新統(tǒng)風積黏質(zhì)黃土，淺黃色，局部可見針狀孔隙，硬塑為主。下臺階兩側(cè)墻腳有滲水-滴水現(xiàn)象，洞身通過水位線附近，易出現(xiàn)變形、掉塊、坍塌等現(xiàn)象。掌子面有滲水現(xiàn)象，需要及時支護，做好排水措施，做好洞內(nèi)外監(jiān)測工作。

地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水，主要分布于黃土塬上部，含水層主要為中更新統(tǒng)黃土。此地區(qū)因黃土塬面積大小、地形切割和黃土層厚度等因素影響，地下水位補給一般，主要為大氣降水的垂直入滲、地下水的側(cè)向、下滲補給。由于開挖后圍巖穩(wěn)定性差，易變形、坍塌，安全施工難以保證，月進度只有10 m，嚴重制約施工進度。

2 超前帷幕注漿方案

2.1 止?jié){墻及施工平臺

（1）止?jié){墻施工。

為了保證施工面的穩(wěn)定性，在掌子面DK210+779.6處設(shè)置C30混凝土止?jié){墻，止?jié){墻設(shè)置頂寬2.0 m，墻背直立，止?jié){墻背后空腔采用C15混凝土回填。

止?jié){墻墻體周邊與初支內(nèi)緣線的接觸面要密貼牢固，止?jié){墻底部設(shè)雙排Ф89鋼管，橫向、縱向間距均為1.0 m，打入回填體2.0 m，預(yù)留1.0 m嵌入墻體。

周邊采用雙排Ф25 mm鋼筋錨桿，長度2 m，入巖1.5 m，嵌入止?jié){墻0.5 m以保證止?jié){墻的穩(wěn)定。

（2）施工平臺。

為了注漿期間施工安全，在施工平臺上施作臨時仰拱，間距與初支一致，兩側(cè)焊接牢固，從洞外拉運土方進行回填，工作平臺基底進行混凝土澆筑找平與止?jié){墻相連形成一個整體。為了滿足大型鉆機作業(yè)要求，鉆機作業(yè)平臺長8 m，預(yù)留作業(yè)工作空間高度4.7 m。

2.2 施工方法

帷幕注漿段落采取掌子面上部注漿加固方式，每一環(huán)帷幕注漿加固縱向長度為25 m（包含2 m止?jié){墻），環(huán)向加固范圍為初支輪廓線外5 m。共設(shè)兩個注漿斷面，注漿孔42個。A序：外圈注漿孔13孔；B序：內(nèi)圈注漿孔10孔；C序：掌子面孔6孔；F序：15 m斷面13孔。

A孔有效長度25.5 m，間距1.2 m，外擴角11°。

B孔有效長度25.2 m，間距1.5 m，外擴角5°。

F孔在兩個A孔之間布置，與鄰近A孔間距0.6 m，有效長度15.8 m，外擴角17°。

注漿工藝采用前進式分段超前預(yù)注漿及水平袖閥管束注漿相結(jié)合的注漿加固工藝，循環(huán)加固長度25 m（含止?jié){墻）。注漿加固順序總體原則：先終孔斷面孔、后補孔斷面孔，每個斷面孔采用先外圈孔后內(nèi)圈孔、先上后下、間隔跳孔。

2.3 注漿加固參數(shù)

帷幕注漿加固參數(shù)如表1所示。

表1 帷幕注漿加固參數(shù)

為防止溜散體再次擠出，止?jié){墻分節(jié)段施工，節(jié)段施工間設(shè)置連接鋼筋保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

止?jié){墻與初支面的連接部分，預(yù)埋兩道止水帶，防止縫隙出水、漏漿。止?jié){墻施作時在初支面的連接部預(yù)埋Ф25錨桿，長度3 m，入巖2.5 m，每排14根，共計2排，加固防止止?jié){墻在較大注漿壓力下被擠出。

2.4 注漿材料

漿液配比參數(shù)如表2所示。

表2 漿液配比參數(shù)表

普通硅酸鹽水泥P.O42.5；水玻璃波美度35～40 Be′，模數(shù)2.4～2.8。所使用材料必須合格、保質(zhì)、新鮮。

2.5 注漿施工工藝

（1）確定位置。

根據(jù)斷面尺寸標記鉆孔位置、鉆孔角度。根據(jù)設(shè)計情況在斷面位置用紅油漆將鉆孔位置標出，將鉆具位置擺放到相應(yīng)孔位，根據(jù)標記的鉆孔方向?qū)@機調(diào)整到正確位置。

（2）鉆孔。

確定孔位，確定鉆孔的角度參數(shù)，確定后鉆機采用慢鉆速、低壓力，使用鉆進至1.8 m位置后，每個孔位安裝1.5 m的空口管。

（3）加工鋼管。

在孔口管周邊用60～90 cm長的麻絲成紡錘形進行纏繞，使用直徑108 mm、厚度4 mm無縫鋼管進行加工，鋼管長為1.5 m，鋼管達到設(shè)計深度后，使用化學錨固劑進行錨固，保證在注漿過程中鋼管穩(wěn)定且不漏漿。

（4）前進式分段注漿。

帷幕注漿施工過程中，每次鉆孔4～6 m后即進行注漿，待注漿壓力達到設(shè)計參數(shù)后，繼續(xù)鉆進4～6 m，再重復(fù)上述過程，根據(jù)上述施工程序一直施工至設(shè)計深度。鉆注分段長可以根據(jù)洞內(nèi)圍巖實際情況進行適當調(diào)整。

2.6 注漿終止判定

（1）單孔終止標準。

根據(jù)上閣村隧道實際地質(zhì)情況，注漿終壓為3～5 MPa，施工過程中，單孔注漿達到設(shè)計標準后即可終止注漿。

上閣村隧道地層孔隙率經(jīng)過試驗比例為25%，每延米單孔注漿量約為3 m3，如遇突發(fā)情況注漿量達到設(shè)計量的2倍而壓力未上升時，可終止注漿。

（2）全段結(jié)束標準。

排查所有注漿孔，全部未出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象后可滿足要求；按總注漿孔的5%設(shè)計檢查孔，檢查孔滿足要求。

3 注漿效果檢查

（1）分析法。

統(tǒng)計施工過程中的注漿總量，根據(jù)鉆孔數(shù)量及鉆孔長度，計算地層孔隙率，與設(shè)計孔隙率進行對比。

（2）檢查孔法。

在斷面內(nèi)尋找地層軟弱段進行鉆孔查驗，如果孔內(nèi)比較穩(wěn)定，且固結(jié)效果較好、無涌泥、不塌孔，可判定注漿效果較好。

4 施工監(jiān)測及施工注意事項

鉆孔注漿期間，通過對斷面后方30 m范圍內(nèi)進行測量數(shù)據(jù)觀測，保證注漿過程中施工安全，拱頂沉降、邊墻收斂、止?jié){墻位移，每天監(jiān)測一次。

（1）注漿過程中應(yīng)充分進行攪拌，未攪拌均勻的漿液嚴禁使用。

（2）如果在注漿時兩個注漿孔之間發(fā)生串漿，可考慮增加一臺注漿機，進行雙孔同時注漿。

（3）正常注漿時，壓力應(yīng)緩慢上升，如遇壓力突然上升，應(yīng)立即停止注漿，檢查壓力上升原因，待壓力下降后，繼續(xù)注漿。

（4）應(yīng)準備1～2臺備用注漿泵，一旦發(fā)生機器故障，可以馬上使用備用注漿泵。

（5）注漿達到設(shè)計壓力后，應(yīng)及時檢查注漿效果，直到符合設(shè)計要求才能終止注漿作業(yè)，未達到設(shè)計標準時，應(yīng)及時進行補充注漿。

5 施工效果分析

注漿完畢拆除止?jié){墻后，掌子面顯示漿液已充滿斷面，且局部縫隙也全部被漿液填充，取芯檢查發(fā)現(xiàn)整體黃土硬度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因漿液填充飽滿，掌子面無滲水現(xiàn)象，黃土層自穩(wěn)能力在帷幕注漿施工后得到了明顯提高。

在后續(xù)開挖過程中，由于軟弱黃土固結(jié)，掌子面不再發(fā)生掉塊、變形、坍塌情況，施工更加安全，施工進度得到明顯加快。

6 結(jié)語

上閣村隧道洞身為第四系中更新風積黏質(zhì)黃土，垂直節(jié)理發(fā)育，部分段落洞身通過地下水位影響段，局部為軟塑狀，開挖后圍巖穩(wěn)定性差，易發(fā)生變形、坍塌，施工難度較大，安全風險高。帷幕注漿過程中掌子面無法開挖，對施工進度有一定影響，但帷幕注漿后整體黃土層自穩(wěn)能力得到明顯提高，且阻隔了地下水的滲透，形成了一道屏障，在軟弱黃土及富水黃土隧道施工過程中起到了非常重要的作用。