土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)

郭靖GUO Jing

（中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，太原030032）

0 引言

在隧道工程的實(shí)際施工過程中，出現(xiàn)了許多注漿技術(shù)的技術(shù)問題，參建單位在土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)過程中，必須進(jìn)一步完善關(guān)于隧道工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、防水效果，加強(qiáng)注漿技術(shù)的控制強(qiáng)度，加強(qiáng)監(jiān)控量測，熟悉掌握現(xiàn)場動(dòng)態(tài)變化，全面提升隧道工程的經(jīng)濟(jì)效益和使用功能。

香山2 號(hào)隧道左洞出口掌子面掘進(jìn)至267 米，該處原設(shè)計(jì)為泥巖，實(shí)際開挖后為富水泥巖夾砂層，砂層位于拱頂上方2-3 米范圍內(nèi)。開挖后出現(xiàn)涌水涌泥砂現(xiàn)象，拱頂和拱腰位置出現(xiàn)坍塌，初步采取措施為：反壓回填后采用加密小導(dǎo)管進(jìn)行超前注漿，注漿液為水玻璃雙液漿，注漿完成單榀開挖后再次出現(xiàn)涌水突泥和掌子面坍塌，分析原因?yàn)樽{施工技術(shù)水平不高使得注漿效果打折扣，下一步邀請(qǐng)資深隧道專家和隧道處治專業(yè)注漿隊(duì)伍進(jìn)行研究，提出適用的土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)方案。

1 當(dāng)前土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)的重要性

建筑工程十分繁雜，不僅包括建筑修建的策劃，還包括建筑修建的工作，以及后面維修養(yǎng)護(hù)的工作。隨著科技的飛速發(fā)展，建筑技術(shù)也不斷的成熟，注漿技術(shù)也有一定程度的提升，而且可以更好的使用與建筑過程中，但是在運(yùn)用的過程中也遇見了很多大大小小的問題，這不僅需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行努力解決，還需要國家多頒布政策激勵(lì)大家進(jìn)行解決。

土巖組合地區(qū)富水砂層特點(diǎn)導(dǎo)致隧道施工注漿難度大，需要應(yīng)用超前深孔注漿和帷幕注漿加固技術(shù)來保障施工質(zhì)量控制的效果，尤其是在上軟下硬地層應(yīng)用科學(xué)合理的施工關(guān)鍵技術(shù)來防治隧道滲漏水問題，技術(shù)人員需要重視施工現(xiàn)場的信息勘驗(yàn)和監(jiān)測收集，通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、深入研究分析開挖取樣的數(shù)據(jù)，分析土巖組合地層適用性。富水砂層位于隧道拱頂范圍內(nèi)，施工對(duì)于技術(shù)水平要求高，采用超前深孔注漿的效果控制難度大，注漿效果難以把握，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的隧道滲漏水問題，排出隧道內(nèi)滲流水系至關(guān)重要。當(dāng)砂層位于富水砂泥巖隧道拱頂以上采用帷幕注漿，更容易控制洞內(nèi)變形現(xiàn)象，施工過程中應(yīng)當(dāng)以更加優(yōu)化的注漿效果與工人技術(shù)水平來滿足泄水降水、超前預(yù)加固的要求。例如廣州地鐵某線施工過程中，基于HP3 中間風(fēng)井~HP3 施工掘進(jìn)過程中多為上軟下硬地層，其中上部為富水砂層，導(dǎo)致施工速度慢，出現(xiàn)了噴涌、超挖問題，破壞施工效益，降低了施工速度，還很容易導(dǎo)致過大的地面沉降。因此洞內(nèi)超前注漿加固施工對(duì)于施工掘進(jìn)的安全非常重要，需要嚴(yán)格對(duì)比超前深孔注漿、帷幕注漿材料、參數(shù)。（圖 1）

圖1 止?jié){墻與初支連接示意圖

注漿工藝在富水砂泥巖隧道的施工建設(shè)中起到了較大的作用，通過發(fā)揮漿體的粘合和密封作用，能夠在很大程度上提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?？偠灾?，使用注漿工藝能夠有效提高隧道工程的質(zhì)量，推動(dòng)施工的效率提升，減少了許多施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)避了許多可能發(fā)生的安全隱患。富水砂泥巖隧道施工中必須避免初支開裂、變形，采取超前注漿加固方法，避免地下水滲入隧洞周圍土體，改良周圍及前方地層土體，隧道成洞后需要拆除臨時(shí)中立柱，加強(qiáng)監(jiān)控量測，熟悉掌握現(xiàn)場動(dòng)態(tài)變化，做好隧道開挖支護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)管理。隨著科技時(shí)代的到來，高質(zhì)量砂泥巖段施工技術(shù)在富水砂泥巖段隧道工程項(xiàng)目中運(yùn)用范圍和需求都越來越廣泛，在隧道工程施工的實(shí)際過程中，注漿材料種類及配比調(diào)整和支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用能夠在很大程度上提升隧道施工的精準(zhǔn)度和工作效率，不斷調(diào)整土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)方案，提高技術(shù)方案的適用性和科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)于富水砂泥巖段隧道工程環(huán)境的高質(zhì)量控制。通過加強(qiáng)富水砂泥巖段隧道工程的施工技術(shù)，綜合分析內(nèi)外部因素對(duì)于富水砂泥巖段施工技術(shù)運(yùn)用效用的影響，重視富水砂泥巖段隧道工程運(yùn)作的管理理念和富水砂泥巖段施工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，在注漿加固和參數(shù)設(shè)計(jì)中及時(shí)把握富水砂泥巖段施工技術(shù)運(yùn)用過程中的技術(shù)要點(diǎn)。注漿工藝在掘進(jìn)過程中容易出現(xiàn)許多施工問題，注漿技術(shù)難度本身比較大，需要在過程中合理解決隧道滲漏水問題，推動(dòng)工程的順暢掘進(jìn)?，F(xiàn)階段土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)具備更加明顯的高效性，能夠滿足實(shí)踐中的施工需求，落實(shí)隧道工程掘進(jìn)過程的注漿材料、參數(shù)對(duì)比分析，隧道施工技術(shù)措施本身具備更加強(qiáng)大的功能性，這也是提升砂層施工注漿強(qiáng)度和高效性的要求。土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿過程中必須綜合考慮機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況的影響。同時(shí)，滿足砂層施工注漿的標(biāo)準(zhǔn)和要求，隧道工程隧道施工的技術(shù)性、高效性是非常重要的，也是優(yōu)化超前深孔注漿、帷幕注漿效果的重要部分，只有充分把控超前深孔注漿、帷幕注漿技術(shù)的實(shí)際情況和性能需求，才能不斷推進(jìn)注漿技術(shù)的功能發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)更加良好的承載力、防水效果。我國土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)規(guī)模逐步加大，注漿技術(shù)工作是一個(gè)復(fù)雜的過程，受到許多主客觀因素影響，項(xiàng)目部相關(guān)部門必須確保土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)的質(zhì)量與性能，實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)良的承載力、防水效果。

2 現(xiàn)階段富水砂層隧道施工注漿中存在的問題

2.1 施工中超前深孔注漿、帷幕注漿技術(shù)等技術(shù)難度大

項(xiàng)目部現(xiàn)有的施工隊(duì)伍沒有做超前深孔注漿、高壓水平旋噴樁、帷幕注漿的技術(shù)能力，需要專業(yè)的綜合注漿施工隊(duì)伍協(xié)同完成?，F(xiàn)有施工地段拱部遇富水砂層，需要先監(jiān)測砂層厚度，分析進(jìn)行隧道開挖可能導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)采取安全措施來避免再次出現(xiàn)坍塌和已完成初支段的沉降、收斂，增強(qiáng)施工現(xiàn)場安全管理的效果，強(qiáng)化富水砂泥巖段貫通施工技術(shù)效果，需要技術(shù)人員在掌子面拱頂將要進(jìn)入砂層前，經(jīng)過分析數(shù)據(jù)信息，采用科學(xué)合理的洞內(nèi)超前注漿技術(shù)加固地層。另一方面，工作人員必須在注漿技術(shù)過程中嚴(yán)格落實(shí)微臺(tái)階開挖施工技術(shù)，重視泄水降水、超前預(yù)加固的技術(shù)規(guī)范，其中，拱頂?shù)刭|(zhì)條件為含大量地下水的粗砂層地段需要注意進(jìn)行方案的調(diào)整，由于裂隙水的大量出現(xiàn)，施工條件較差，施工過程中需要進(jìn)行綜合考量和多方面的方案比選，在采用超前帷幕注漿工藝進(jìn)行施工的過程中，需要對(duì)上半斷面開挖輪廓線范圍進(jìn)行注漿加固和止水，采取多方面的技術(shù)措施來防控涌砂涌泥涌水和坍方問題，經(jīng)過比對(duì)注漿方案來提升整體的技術(shù)水平，增強(qiáng)隧道安全掘進(jìn)施工過程中的牢固程度，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的泄水降水、超前預(yù)加固，加速推進(jìn)富水砂泥巖隧道的施工進(jìn)程。

超前深孔注漿、高壓水平旋噴樁、帷幕注漿技術(shù)是非常重要的，實(shí)踐中常出現(xiàn)超前深孔注漿、高壓水平旋噴樁、帷幕注漿技術(shù)不好的問題，耗費(fèi)在施工過程的時(shí)間和精力會(huì)破壞工程施工效率，施工中隧道地質(zhì)條件存在差異，穩(wěn)定性較差。在富水砂層隧道施工期間，容易破壞隧道砂層本身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于現(xiàn)階段富水砂層隧道施工中對(duì)于注漿技術(shù)工作的關(guān)注度還很不足，與此同時(shí)，隧道工程的砂層施工注漿與注漿材料、參數(shù)對(duì)比分析不具備應(yīng)有的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、防水效果，注漿材料、參數(shù)對(duì)比分析強(qiáng)度和執(zhí)行力度不夠，施工穩(wěn)定和安全未能得到完善的保障。因此，施工中對(duì)于注漿技術(shù)的關(guān)注度不足一方面損害了工程應(yīng)當(dāng)具備的經(jīng)濟(jì)效益和使用功能，在注漿技術(shù)之中增加了不必要的資源和能源消耗。實(shí)踐中砂層施工注漿技術(shù)與注漿工藝存在許多問題，這個(gè)現(xiàn)象必須得到施工單位的重點(diǎn)關(guān)注，減少由于注漿材料、參數(shù)對(duì)比分析而導(dǎo)致的質(zhì)量缺陷，更好地保障注漿材料、參數(shù)對(duì)比分析的效益性和技術(shù)性、高效性。

2.2 注漿材料、參數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜、操作水平偏低

實(shí)踐中富水砂泥巖隧道的施工難度大，常常出現(xiàn)掌子面坍塌、涌水突泥、洞內(nèi)變形收斂問題，注漿材料、參數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜、操作水平偏低，容易出現(xiàn)拱頂沉降、拱腰收斂等問題，注漿技術(shù)帶來的安全問題必須在隧道工程實(shí)踐中得到及時(shí)解決，工作人員在施工中未能采取更加優(yōu)化的注漿技術(shù)措施，導(dǎo)致富水砂層隧道采取的施工措施未能發(fā)揮出應(yīng)有的效果。另一個(gè)重要因素是富水砂層隧道施工注漿與上軟下硬地層施工之中工程存在質(zhì)量問題，如果注漿材料、參數(shù)對(duì)比分析不符合有關(guān)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)施施工掘進(jìn)中無法滿足工程的使用要求，降低了整個(gè)砂層施工注漿施工的質(zhì)量和隧道本身的承載性能。

3 強(qiáng)化隧道工程富水砂泥巖隧道施工質(zhì)量的策略

3.1 強(qiáng)化富水砂泥巖隧道工程施工過程管控

經(jīng)過討論研究，香山2 號(hào)隧道計(jì)劃采用的注漿工藝為：結(jié)合地層特點(diǎn)采用鉆桿后退式分段注漿、前進(jìn)式分段注漿與水平袖閥管束分段注漿相結(jié)合的施工工藝，前進(jìn)式注漿分段長度5~8m，鉆桿后退式注漿分段長度2~4m，水平袖閥管束注漿工藝為先鉆孔至終孔，然后在孔內(nèi)下入2~3 根φ25mm 水平袖閥管，實(shí)現(xiàn)分段注漿。注漿前鉆設(shè)3~5 個(gè)注漿孔對(duì)掌子面前方地層進(jìn)行判別并確定注漿工藝。注漿材料以普通水泥-水玻璃雙液漿和硫鋁酸鹽水泥單液漿為主，普通水泥單液漿為輔，單液漿配比W∶C=（0.6~0.8）∶1，普通水泥-水玻璃雙液漿配比 W∶C=（0.8~1）∶1，C∶S=1∶1。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以壓力為主要控制標(biāo)準(zhǔn)，注漿終壓3~5MPa，現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際注漿情況可進(jìn)行調(diào)整。施工中強(qiáng)化富水砂泥巖隧道工程施工過程管控首先需要合理安排施工順序，做到土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)的高質(zhì)量進(jìn)行，在鉆孔之前對(duì)超前鉆孔進(jìn)行注漿施工，帷幕注漿施工過程中采用潛孔鉆機(jī)成孔，注漿完成開挖，以超前探孔分辨弱水區(qū)或強(qiáng)水區(qū)，再分析監(jiān)測數(shù)據(jù)以確定鉆注順序，鉆孔和注漿過程中需要按照由外向內(nèi)、自上而下、間隔跳孔原則進(jìn)行施工，科學(xué)合理地落實(shí)鉆孔注漿的排序原則，有效改善了圍巖的強(qiáng)度性質(zhì)，控制隧道收斂變形，提升富水砂泥巖隧道的施工質(zhì)量，強(qiáng)化隧道砂泥巖段施工技術(shù)效果。只有合理調(diào)整超前深孔注漿與帷幕注漿這兩種方案效果，在適當(dāng)?shù)氖┕ざ尾捎萌滓淮巫{配合前進(jìn)式分段注漿，才能做到有效控制洞內(nèi)變形問題，避免出現(xiàn)掌子面坍塌、涌水突泥、洞內(nèi)變形收斂現(xiàn)象，加強(qiáng)涌水段的導(dǎo)水排水，以高技術(shù)水準(zhǔn)的集水坑的防滲防漏措施來滿足施工中所需要的注漿效果與工人技術(shù)要求，不斷增強(qiáng)注漿效果及注漿效率，并對(duì)隧道內(nèi)存在的滲漏水點(diǎn)采用回填注漿，技術(shù)人員需要更加科學(xué)合理的技術(shù)措施來提升注漿施工技術(shù)水平，優(yōu)化注漿效果，在工程施工過程中資深隧道專家和隧道處治專業(yè)注漿隊(duì)伍來進(jìn)行研究，不斷調(diào)整土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)方案，提高技術(shù)方案的適用性和科學(xué)性?？傊?，為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化富水砂泥巖隧道工程施工過程管控的目標(biāo)，土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿需要強(qiáng)化砂層工程施工過程管控，避免頂部下沉變形，必須加強(qiáng)砂層施工注漿與上軟下硬地層施工環(huán)節(jié)的技術(shù)控制，重視注漿技術(shù)方案、注漿工藝的技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)的高質(zhì)量完工。（圖 2）

圖2 16m 注漿終孔斷面圖

3.2 落實(shí)隧道掘進(jìn)施工和砂層施工注漿工作

為了落實(shí)隧道掘進(jìn)施工和砂層施工注漿工作，首先需要重視信息監(jiān)測，把握施工過程中的信息反饋，以此為基礎(chǔ)科學(xué)化、合理化調(diào)整支護(hù)參數(shù)，注重同步注漿的量、注漿壓力、漿液配比、注漿順序等，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)掌子面變形、收斂等在合理范圍內(nèi)。在砂層施工注漿中使用合理技術(shù)和材料，在降低施工成本的基礎(chǔ)上能夠提升施工效率，采取不同的砂層施工注漿劑，施工人員在注漿技術(shù)的過程中，按照設(shè)計(jì)要求來落實(shí)注漿技術(shù)，具體問題具體分析，根據(jù)施工現(xiàn)場勘驗(yàn)工作得出的實(shí)際信息來設(shè)計(jì)富水砂泥巖隧道的方案，實(shí)現(xiàn)更加合理、協(xié)調(diào)的作業(yè)措施，必須加強(qiáng)土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)方案的調(diào)整力度，實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化的防水施工，做到土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)的高質(zhì)量進(jìn)行，隧道工程的施工過程中，必須重點(diǎn)監(jiān)控調(diào)整工程注漿技術(shù)方案和泄水降水、超前預(yù)加固措施，實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、防水效果，充分發(fā)揮注漿技術(shù)工作的效果，以嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范來提升工程運(yùn)作的效果和功能。首先，土巖組合地區(qū)富水砂層隧道施工注漿技術(shù)中施工注漿技術(shù)需要落實(shí)到位，做好嚴(yán)格的泄水降水、超前預(yù)加固措施，必須應(yīng)用于隧道工程控制與管理過程中。隧道工程的施工過程必須重視落實(shí)前期的施工準(zhǔn)備工作，優(yōu)化注漿技術(shù)方案[9]。

4 結(jié)語

香山2 號(hào)隧道左線出口富水砂泥巖出現(xiàn)掌子面坍塌、涌水突泥、洞內(nèi)變形收斂問題，水害是首要解決的問題，必須加強(qiáng)涌水段的導(dǎo)水排水，完善集水坑的防滲防漏措施，防止泥巖長時(shí)間被水浸泡發(fā)生軟化及微膨脹，同時(shí)加強(qiáng)班組管理，引進(jìn)綜合處治專業(yè)隊(duì)伍，整體提高綜合處理能力。施工過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測，熟悉掌握現(xiàn)場動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，每25 米做一次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以提高預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)沉降和收斂檢測，做到定崗定員。加強(qiáng)超前支護(hù)和初期支護(hù)，首先暫停掌子面的開挖，進(jìn)行全斷面注漿固結(jié)，有效加固掌子面前方圍巖和周邊圍巖。加強(qiáng)工序循環(huán)，仰拱和二襯逼近掌子面，核心思想是及時(shí)成環(huán)，及時(shí)跟進(jìn)仰拱和二襯。掌子面前方固結(jié)后采用微臺(tái)階推進(jìn)，核心土開挖后及時(shí)封閉成環(huán)[10]。

綜上所述，富水砂層隧道施工必須重視注漿技術(shù)，施工過程中需要進(jìn)行綜合考量和多方面的方案比選，在采用超前帷幕注漿工藝進(jìn)行施工的過程中，需要對(duì)全斷面開挖輪廓線范圍進(jìn)行注漿加固和止水，采取多方面的技術(shù)措施來防控涌砂涌泥涌水和塌方問題，經(jīng)過比對(duì)注漿方案來提升整體的技術(shù)水平[11]。另一方面，施工過程中技術(shù)人員需要重視信息監(jiān)測，把握施工過程中的信息反饋，以此為基礎(chǔ)科學(xué)化、合理化調(diào)整支護(hù)參數(shù)，增強(qiáng)隧道掘進(jìn)安全施工過程中的牢固程度，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的泄水降水、超前預(yù)加固，加速推進(jìn)富水砂泥巖隧道的施工進(jìn)程。