灌漿法加固施工技術在公路隧道工程中的應用

何凱波

（湖南省醴婁高速公路建設開發(fā)有限公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概況

某隧道工程位于我國南部，在該項目中，隧道產生了明顯的裂縫，寬度達5mm，深度達4mm，對隧道運營的穩(wěn)定性和安全性造成了負面影響，因此，施工時選擇采用灌漿加固法實施加固。

2 灌漿法加固原理

隧道施工時可能會遇到復雜性較高的地層環(huán)境。灌漿加固技術是利用外界作用的壓力，通過灌漿管道將與巖石結構有融合性的漿液注進地層結構。由于漿液具有重力作用和流動作用等物理特征，因此會慢慢滲透和填充地層結構，然后擠出巖石縫中具有不穩(wěn)定性的物質結構，包括空氣和水等。在經過一段時間靜置干燥后，原先地層組織中具有的松散組織和巖石會被漿液包裹，然后形成完整的物質結構，從而增大了結構的整體強度，并提升其化學結構穩(wěn)定性和防水性能。

灌漿法是先將水泥、砂、土或一些高分子化學溶液按照合適的比例混合，待混合完成后利用氣壓和水力在地基或建設工程的裂縫處或斷裂帶進行灌漿，以此改善橋梁的化學或物理性能[1]。灌漿會在裂縫中形成漿柱，凝聚成整體，切實增強橋梁的穩(wěn)定性和承載力，降低橋梁出現(xiàn)不均勻沉降的可能性。

3 灌漿法加固施工技術

3.1 鉆孔

（1）鉆孔方法。灌漿前必須做好鉆孔工作，為保證整體施工質量，必須確保鉆進和成孔順利開展。表層灌漿進行鉆孔工作時可以選擇使用沖擊旋鉆、硬質合金鉆頭的旋挖鉆機或沖擊鉆。使用沖擊鉆或沖擊旋鉆時，需要對清理裂縫和鉆孔加強操作。使用任何一種鉆進工藝時都需要嚴格按照操作規(guī)范進行施工。

鉆進過程中需要認真做好記錄工作，特別是一些重要信息和異常情況，主要包括巖層、掉鉆、塌孔、鉆速變化、回水變色、失水、涌水等。以試驗區(qū)巖石的發(fā)育程度、裂縫以及滲透率為依據(jù)，需要在鉆進過程中綜合考慮實際的送漿能力和巖性的變化情況，科學調整鉆壓和鉆進長度，若巖體由硬到軟，需要合理降低泵容積，并提升轉速。若鉆速不下降，應適當加大壓力，堵塞巖心，再取出巖心；當鉆孔遇到溶洞時，如果孔洞塌陷或下陷較快則鉆孔困難，可在鉆孔前進行灌漿處理[2]。

（2）鉆孔的方向和孔直徑。鉆孔的方式、巖性和深度以及鉆孔類型都是決定鉆孔直徑類型的因素。一般情況下灌漿鉆孔直徑為5.9cm 和7.5cm，如果灌漿孔需要滿足特殊要求，則可以適當增大。鉆孔方向的選擇需要保證單位深度的鉆孔能穿透最多的巖層，且鉆孔方向選擇垂直巖層或裂隙面。一般情況下，為方便施工，在地面灌漿時會和地面垂直，需要按照設計好的孔方向進行鉆孔。若將孔設置成垂直孔，需要在垂直方向進行鉆孔；若設計的鉆孔是斜孔，需要根據(jù)規(guī)定的方位角和傾角進行鉆孔。

（3）鉆進標準。灌漿孔位置與設計空間的坐標偏差控制在10cm 以內，相鄰兩個孔的底部最大偏差距離控制在孔距的1/2內，孔斜度偏差值在50以內，保證鉆深滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，并按照設計要求記錄實際孔位、孔深等內容。

（4）鉆孔維護。暫停鉆孔施工時應妥善保護孔眼，防止異物和污水進入；鉆孔結束后沖洗鉆孔，這一流程是固定的，并且孔底厚度不能高于0.2m。

3.2 裂隙沖洗及壓水試驗

（1）沖洗裂縫。所有的灌漿孔和注前測試孔參考的標準均為鉆孔結束后的鉆孔條件和鉆孔方式以及鉆孔深度，并考慮夾層風化較強、巖體破碎、結構較緊密或結構面巖屑含量較高等復雜情況，通過綜合考慮，選用高壓風水聯(lián)合沖洗、高壓風或者壓力水洗的方式。灌漿的壓力需要控制在80%之內才可以進行壓力水沖洗，并不超過1MPa，沖洗到回水澄清后10min 即完成，總時間控制在0.5h 內。在進行風水聯(lián)合沖洗鉆孔過程中，其壓力是灌漿壓力的一半，且不超過1MPa，首先將水管打開，再注入水，待水達到一定高度時，將氣管打開，通入壓縮空氣，促使孔內的水和空氣充分混合；沖水10min 后待回水澄清結束沖洗，所需總時間僅為30min。

（2）測試水壓。首先清理鉆孔至干凈狀態(tài)，然后對其進行水壓試驗了解注入巖體的透水性。不需要在巖溶泥質充填物和遇水易變質的巖層開展灌漿加固過程中進行水壓試驗和裂隙沖洗。試驗時具體通過簡易水壓試驗法和標準五點水壓試驗法進行。測試孔數(shù)應至少是總孔數(shù)的5%。通常使用自下而上的分段式插頭，試驗長度控制在5.0～8.0m即可。

五點水壓法可分五級壓水，分0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa、0.6MPa、0.3MPa 五種壓力。入侵流量的穩(wěn)定性在各級別水壓下的標準是：在穩(wěn)定壓力的前提下，間隔3min 測量并讀取一個數(shù)據(jù)，如果連續(xù)四次讀取的數(shù)據(jù)最大值與最小值的差值在最終值的10%或處于1L/min的范圍內，則可以中斷加壓水位。

3.3 制漿與漿液儲存

3.3.1 漿液的制備

可以選擇使用一次制漿或二次制漿的配置方案進行現(xiàn)場灌漿。一次制漿時需要按照設計要求的漿液配合比進行漿液制作；二次制漿是利用集中制漿站制作稠漿液，然后應用管道輸送至灌漿區(qū)并稀釋到設計配比，最后進行灌注。應根據(jù)灌漿規(guī)模、灌漿區(qū)域的空間和孔數(shù)確定制漿方案[3]。

具體制漿過程中應根據(jù)規(guī)定的漿液比來計算，控制誤差在5%以內。水泥等固體物料按重量（質量）稱重法計算。必須均勻攪拌漿液，測試漿液的密度，嚴格按照順序添加，首先將一定量的水加入高速攪拌機中，然后按照規(guī)定邊攪拌邊加入一定量的水泥，待攪拌均勻后倒入摻合料，一般需要在4min 內完成加料，常用水泥漿液規(guī)范如下：

（1）利用高速攪拌機攪拌純水泥漿時，時間需超過30s，如使用普通攪拌機則必須超過3min。使用前必須篩選泥漿，從配置準備到完成的時間不得超過4h。

（2）當高速攪拌機對穩(wěn)定漿液和細水泥漿液進行攪拌時，需要適當添加減水劑。攪拌時間需要根據(jù)試驗確定。應特別注意，需要在2h 內完成細水泥漿液的配置和使用。

集中制漿站配置時，將純水泥漿水灰比設置為0.5，且流速在輸送泥漿的管道中達1.4～2.0m/s。需要對每個灌漿地點從輸漿站或制漿站輸送來的漿液密度進行測試，經過合理調整再用于施工中。

3.3.2 漿液的儲存

漿料溫度必須保持在5～40℃。如果使用熱水攪拌，水溫不得超過40℃。在不同季節(jié)，機械和管道必須做好防寒和防熱保護，選用合適的防凍和防曬方法。

3.4 灌漿方法

根據(jù)不同工程的要求和地質，可以選擇孔口灌漿、全孔一次性灌漿、由下至上分段灌漿、由上至下分段灌漿或綜合灌漿的方式進行隧道表面加固灌漿。

3.4.1 灌注方式的選擇

（1）沖壓式灌漿：即所有的漿液到達巖體裂隙時不再出現(xiàn)孔內返回現(xiàn)象。這種方式比較適合滲透性小或淺孔中裂隙不發(fā)育的孔段中。

（2）循環(huán)灌漿：將一定量的漿液通過灌漿泵進行輸送。當出現(xiàn)巖石的吸入量低于泵的灌漿量時，會有一部分漿液返出孔外，還有一部分滲入土壤和巖石中。該方法適用于成孔難度高、孔壁松散或裂隙發(fā)育的孔段，射漿管距孔底的距離控制在50cm以內。

3.4.2 灌漿順序的選擇

結合施工環(huán)境、地質情況和灌漿目的確定灌漿順序。通常以跳孔間隔灌漿的方式作業(yè)，從而避免發(fā)生串漿問題。如遇到一些特殊情況，例如存在地下動水流，流動的泥漿會有遷移效應，所以要從水頭高的位置先進行作業(yè)。會選用順序灌漿的方式進行表面加固和灌漿，先外周、后內周；如果在灌漿范圍外有邊界約束（阻礙漿液流動的障礙物），也可采用從內側依次到外側的灌漿法。

3.4.3 注漿段長度的選擇

灌漿段的長度通常在5～6m，如有特別情況可合理增長或縮短，最長需控制在10m 以內。隧道面固結時，如灌漿段長度在6m內應使用單次法；超過6m則使用分段灌漿法。如果應用底部分段灌漿法，在灌漿長度超過10m時需要采取有效的補救措施；如果使用的方式是由上而下的分段灌漿，可以選擇適當增加灌漿長度。

3.5 灌漿壓力及漿液配合比變換

3.5.1 灌漿過程壓力調整

灌漿壓力根據(jù)工程類比和地質條件相結合。如果施工現(xiàn)場的地質環(huán)境比較復雜，則應先開展試驗論證，從而得到較為合理的施工參數(shù)，再在具體施工時合理調整。施工時，前期灌漿壓力控制在0.5～1MPa 為宜，后期可稍微加大，具體為1.0～2.5MPa，但要控制在2.5MPa 以內。施工中注重科學調整灌漿壓力和灌漿率，以此保證灌漿質量。兩者的匹配原則為：

（1）當局部層有大量灌漿，即灌漿量較大時，應及時調整灌漿水灰比，一般采用低壓或“無壓”灌漿。

（2）當?shù)貙庸酀{量少、注入量低時，應盡快將壓力提高到最大，并及時調整水灰比。灌漿時，如果是灌漿率低的地層，應盡快達到設計灌漿壓力，如果是灌漿量大、易抬動的地層，則分階段慢慢增加壓力，還要控制好升壓速度。具體可根據(jù)以下規(guī)則執(zhí)行：①灌漿開始時，若灌漿量較大則采用最低級壓力；②需要在灌漿速率降至20L/min 時，增加一級的壓力；③如果注射速度降至10L/min 時，再增加一級的壓力；④按該方式持續(xù)進行，一直達到規(guī)定壓力灌漿降低至最終標準，則結束作業(yè)。

3.5.2 灌漿過程漿液配合比變換

（1）當灌漿壓力保持穩(wěn)定且灌漿量一直下降時，或出現(xiàn)壓力處于上升狀態(tài)時灌漿量穩(wěn)定，水灰比沒有變化。

（2）如果某級注入的漿液量高于300L或使用30min的灌漿時間，而且灌漿的壓力和速度不進行及時調整或不調整時，需要調整成為下一級的漿液濃度。

（3）如果進漿的速度大于30L/min，可以按照實際情況進行越級變濃。

3.5.3 灌漿過程突發(fā)情況處理

（1）施工時如果灌漿壓力或灌漿量突然提升或下降，需要盡快分析原因并采取措施[4]。

（2）如果發(fā)現(xiàn)漿液與設計指標不同，應立即確定問題的原因，并處理。

（3）施工中若需要將單液換成雙液，應將間隔時間控制在10min 之內，按照配合比，初凝時間必須大于間歇時間，不然有可能出現(xiàn)堵管情況。

3.6 灌漿結束及封孔

（1）灌漿終點的標準。終止灌漿的前提條件是孔的最終灌漿壓力達到設計值，并且最后一次灌漿壓力的總量接近設計值。如果出現(xiàn)本灌漿最大的設計壓力時就是完整的隧道固結標準，若容積不超過1L/min 時進行灌漿，需要持續(xù)30min完成灌漿。

（2）灌漿完畢后封孔。應封閉地面固結的灌漿孔，鉆體采用全孔封堵程序或管道防塵密封程序，并用砂漿和水泥覆蓋該孔[5]。采用全孔灌漿-封孔法時，待全孔灌漿結束后，先將濃漿注入管道，水灰比為0.5∶1，將剩余的漿置換入孔內。在孔開口處繼續(xù)使用該濃漿密封孔。封堵灌漿壓力采用孔內最大灌漿壓力，時間不少于1h；采用管道灌漿法時，全孔灌漿結束后應將管道（軟管、鐵管、鉆桿）下放到鉆孔底部，水灰比為0.5∶1，用灌漿泵將濃漿泵入管內。

3.7 灌漿后質量檢測

為保證工程整體質量，應注重施工過程質量控制和施工結束后的檢驗工作。按照規(guī)范和設計要求實際情況確定檢驗內容、方法和合格標準。選用聲波測試和孔壓水試驗進行隧道表面灌漿檢查，并且直觀觀測結石強度和水泥結石率，選用試驗結果作為標準，再根據(jù)結果數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)以及施工記錄相結合進行分析和綜合評價。灌漿完成后3d 或8d 需要在該部位進行水壓試驗，采用鉆孔巖芯、檢查豎井等方法目視檢查灌漿后巖體的充填情況。一般在灌漿孔全部完成后等待凝凍14d（見表1）。

表1 注漿效果檢測技術方法

4 結語

實施定期灌漿養(yǎng)護能夠防止工程出現(xiàn)質量問題，節(jié)約整體建設成本，并延長工程使用時間。本文結合某工程，探討了路橋隧道工程中經常出現(xiàn)的裂縫問題和處治技術。為徹底解決裂縫病害問題，除了在施工前期保證材料和工程質量外，后期做好維護保養(yǎng)工作也非常關鍵。