后退式注漿輔以真空降水技術(shù)在軟弱圍巖隧道中的應(yīng)用

鄧青

（江西省公路橋梁工程有限公司，江西 南昌 330000）

某省交通運(yùn)輸“十三五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目加西公路3標(biāo)第一合同段里程樁號(hào)k95+430～k14+425，全長8.99km。其中大通摩天嶺1號(hào)隧道進(jìn)口端位于大通縣李家堡村。該隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，隧道左線長1746m，右線長1708m，圍巖級(jí)別V級(jí)，隧道洞底最大埋深約217.02m，隧道軸線總體走向約為292°。

一、注漿施工方案的選擇

由于掌子面圍巖基本為全風(fēng)化砂巖夾薄層泥巖且含水量極大，超前探孔顯示前方富水。如果不對(duì)掌子面圍巖進(jìn)行加固而盲目采用CD法小進(jìn)尺掘進(jìn)，在后續(xù)施工中極有可能出現(xiàn)突水涌泥等情況，對(duì)既有初期支護(hù)造成破壞，還會(huì)導(dǎo)致掌子面出現(xiàn)大面積塌腔，繼而引發(fā)更大的施工安全問題。因此需要對(duì)掌子面圍巖進(jìn)行注漿加固，及時(shí)排除內(nèi)部明水，加強(qiáng)圍巖自穩(wěn)性，保障后續(xù)施工的安全性。如采用常規(guī)施工方法（前進(jìn)式注漿工藝）進(jìn)行注漿，首先需要反復(fù)鉆孔與注漿，工序繁瑣，耗時(shí)較長。同時(shí)因圍巖含水量大且強(qiáng)度極低，鉆機(jī)不易成孔，還極易發(fā)生塌孔。其次注漿時(shí)漿液容易在止?jié){墻附近冒漿，導(dǎo)致圍巖前方內(nèi)部漿液的有效固結(jié)效果極差。結(jié)合工程實(shí)際，選取后退式分段注漿工藝，可保證掌子面圍巖由內(nèi)向外有效加固。因圍巖內(nèi)部含有流動(dòng)水，其走向不明，在圍巖內(nèi)的滲透性較強(qiáng)，為提高注漿效果，輔以真空降水工藝。

故采用后退式分段注漿輔以真空降水措施加固掌子面圍巖，開挖采用CD法施工繼續(xù)掘進(jìn)。

二、后退式注漿施工方案

（一）工藝原理

后退式分段注漿是指利用雙芯注漿鉆桿將一定比例配制而成的漿液在鉆頭處混合后直接注入孔內(nèi)，漿液在液壓和氣壓的共同作用下，通過空隙充填、擠密擴(kuò)孔、劈裂流動(dòng)等方式滲透擴(kuò)散到巖層孔隙中并迅速凝固，與四周破碎巖層共同固結(jié)成具有一定強(qiáng)度的結(jié)石體以增強(qiáng)穩(wěn)定性。整個(gè)注漿過程中應(yīng)遵循由下而上、由里向外、邊注邊退（壓力達(dá)到3MPa，后退鉆桿0.5米，再注漿）的順序，即層層“抬水”方式，在隧道周邊及掌子面形成一個(gè)固結(jié)止水加固區(qū)，將水封堵至固結(jié)范圍以外，切斷地下水流通路，阻止水流動(dòng)，以此達(dá)到固結(jié)止水效果，保持圍巖穩(wěn)定，增強(qiáng)施工安全性。

（二）后退式注漿技術(shù)特點(diǎn)

鉆注一體機(jī)體型較小，移動(dòng)方便，適用較復(fù)雜的施工環(huán)境。同時(shí)操作簡(jiǎn)捷，從鉆孔至注漿完畢，能夠不間斷作業(yè)，施工效率高，節(jié)約施工成本。

使用的雙芯鉆桿能夠直接鉆孔至設(shè)計(jì)深度，然后直接用以注漿。當(dāng)采用雙液漿時(shí)，鉆桿外管充注水泥漿，內(nèi)管充注水玻璃，鉆桿頭自帶漿液混合器，兩種液體在混合器內(nèi)充分混合并迅速注入圍巖內(nèi)。較常規(guī)工藝，漿液混合器能夠使液體充分混合，可有效防止雙液漿在注漿管內(nèi)因停電、故障等原因發(fā)生凝固，堵塞注漿管。

施工中鉆桿可以旋轉(zhuǎn)，不會(huì)出現(xiàn)卡鉆、漿液溢流等狀況，節(jié)約一次性投入費(fèi)用。

漿液對(duì)土層有很強(qiáng)的滲透性，可通過調(diào)節(jié)配合比和注漿壓力的方法控制注漿加固范圍。

對(duì)于隧道注漿，可實(shí)現(xiàn)多角度傾斜注漿，調(diào)整好注漿壓力，也能夠進(jìn)行水平超前注漿作業(yè)。

（三）施工流程及控制要點(diǎn)

1.施工工藝流程

圖1 后退式注漿施工流程圖

2.操作要點(diǎn)

（1）掌子面處理

采用該工藝注漿時(shí)須預(yù)留4m圍巖作為止?jié){巖盤。首先對(duì)掌子面破碎圍巖進(jìn)行清理，根據(jù)此段情況采用掌子面掛φ8鋼筋網(wǎng)+C25噴射混凝土作為止?jié){墻。

（2）注漿材料的選擇

普通水泥單液漿，特點(diǎn)是加固體具有很高的抗壓及抗剪強(qiáng)度，可極大提高圍巖的承載能力，且抗?jié)B性較強(qiáng)；缺點(diǎn)是顆粒粒徑較大，在致密的黏土及微小裂隙條件下滲透困難，當(dāng)巖層內(nèi)含水量較大時(shí)，凝結(jié)時(shí)間不易調(diào)節(jié)，極易造成漿液流失。適用于一般地層且地層內(nèi)無動(dòng)水、含水量較低等圍巖加固。

水泥-水玻璃雙漿液是以水泥和水玻璃為主劑，該漿液克服了水泥漿凝結(jié)時(shí)間長且難以控制、流動(dòng)條件下凝結(jié)率低等缺點(diǎn)，提高了注漿效果，能夠有效控制注漿范圍。適用于隧道涌水、涌泥封堵及含水量大呈流塑狀地層的加固。

該工程實(shí)例圍巖含水量大且呈現(xiàn)流塑狀，故采用水泥-水玻璃雙液漿加固。

（3）鉆孔施工

測(cè)量布孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況利用測(cè)量儀器將掌子面孔位按照設(shè)計(jì)布置圖進(jìn)行布設(shè)。要嚴(yán)格控制好孔口位置，孔口位置允許偏差±5cm,孔底位偏差小于30cm。

設(shè)備就位。根據(jù)孔位布設(shè)位置搭設(shè)工作平臺(tái)，將鉆機(jī)、注漿機(jī)、攪漿設(shè)備、備料車依次擺放在工作平臺(tái)上，要保證設(shè)備固定平穩(wěn)并檢查設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、管路情況，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。后盤調(diào)制好漿液，并保證連續(xù)供應(yīng)，方可進(jìn)行施工作業(yè)。

鉆機(jī)鉆進(jìn)方向定位。作業(yè)前要進(jìn)行試鉆，以保證鉆孔質(zhì)量及作業(yè)安全性。作業(yè)時(shí)需用測(cè)量儀器準(zhǔn)確定出鉆機(jī)鉆進(jìn)方向并不斷調(diào)整鉆機(jī)方位，將鉆具調(diào)整對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)終孔空間點(diǎn)位。

鉆具準(zhǔn)備。注漿孔采用ZLJ-700D型鉆注一體機(jī)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)前必須準(zhǔn)確定位鉆桿導(dǎo)向器。

（4）注漿壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)：在注漿前要進(jìn)行壓水試驗(yàn)（壓力設(shè)定為3MPa），以評(píng)價(jià)巖體的滲透性，判定巖體透水性的強(qiáng)弱，測(cè)定巖層吸水量，從而進(jìn)一步確定漿液的初始濃度和預(yù)估注漿量。同時(shí)能夠測(cè)定注漿壓力損失情況，確定注漿終壓，保證注漿效果，還可以檢查各管路連接密封性，是否耐壓，有無漏水情況。

根據(jù)圍巖的裂隙發(fā)育情況和壓水試驗(yàn)結(jié)果對(duì)單孔注漿量進(jìn)行估算，該鉆注一體機(jī)注漿量為7.5 m/h。正式注漿時(shí)，先采用水灰比為0.7的漿液進(jìn)行試注漿，正常后再逐漸提高漿液濃度使其達(dá)到設(shè)計(jì)值。其中水泥漿∶水玻璃=1∶0.6～1∶1（體積比），水泥漿水灰比為0.8 ∶1～1 ∶1，水玻璃模數(shù)為2.6～2.8，濃度為30～40Be。注漿過程中要隨時(shí)觀察壓力表及注漿數(shù)量是否在正常范圍內(nèi)，出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)調(diào)整施工并查找原因。注漿前要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，緊張有序，有條不紊，防止出現(xiàn)抱鉆、堵管等現(xiàn)象，影響注漿質(zhì)量。

（5）注漿施工

材料參數(shù)。由于圍巖內(nèi)含水量較大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況準(zhǔn)備超細(xì)水泥及水玻璃雙等材料，采用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿作業(yè)，水灰比W/C=0.6～1.1，水泥漿與水玻璃體積比=1∶0.5，凝膠時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)情況而定，注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化。

注漿順序。整個(gè)注漿過程中應(yīng)遵循由下而上，由里向外，邊注邊退（壓力達(dá)到3MPa，后退鉆桿0.5米，再注漿）的順序進(jìn)行，即層層“抬水”方式，在隧道周邊及掌子面形成一個(gè)止水加固區(qū)，將水封堵至固結(jié)范圍以外，以此達(dá)到固結(jié)止水效果。

注漿方式。鉆孔鉆至設(shè)計(jì)深度后，由雙液注漿機(jī)向鉆桿內(nèi)注入水泥-水玻璃雙液漿，使其在鉆桿頭混合器內(nèi)混合并注入巖層，當(dāng)壓力達(dá)到3MPa，進(jìn)漿量小于100L/min，壓力升高較快，則將鉆桿后退0.5m，再接著注漿，直至該孔注漿完成。最大注漿壓力不得超過5MPa。

3.注漿完畢

注漿結(jié)束后應(yīng)將鉆桿沖洗干凈后全部收回，對(duì)注漿孔進(jìn)行封堵，恢復(fù)原狀。

（四）材料與設(shè)備

表1 主要材料

表2 主要機(jī)械

（五）質(zhì)量控制

注漿過程中應(yīng)根據(jù)圍巖情況和設(shè)計(jì)要求等確定注漿壓力；注漿結(jié)束后應(yīng)及時(shí)對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，若不合格應(yīng)補(bǔ)漿，檢查合格后要對(duì)注漿孔及檢查孔封堵密實(shí)；注漿配合比應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整確定；注漿孔間距、孔深及鉆孔偏位允許偏差應(yīng)符合規(guī)定。

注漿過程必須要嚴(yán)格按照施工作業(yè)流程進(jìn)行，控制好注漿壓力，注漿作業(yè)須由專人操作。當(dāng)出現(xiàn)壓力驟升或冒漿現(xiàn)象，應(yīng)立刻停止注漿，每段注漿量要符合設(shè)計(jì)要求，跑漿時(shí)，應(yīng)采取處置措施確保注漿量滿足要求。

每道工序設(shè)專人負(fù)責(zé)操作記錄，并留存好第一手?jǐn)?shù)據(jù)和影像資料。

三、真空降水施工方案

（一）工藝原理

真空降水由鋼花管（兼做過濾管）、集水管、閥門等形成管路系統(tǒng)，真空泵啟動(dòng)后，將鋼花管內(nèi)及其周邊一定范圍內(nèi)空氣抽走，形成真空狀態(tài)。而鋼花管附近的流動(dòng)水因壓力作用進(jìn)入鋼花管被強(qiáng)力吸入到集水管內(nèi)，進(jìn)而使鋼花管周圍的流動(dòng)水減少。抽真空過程中，鋼花管周圍的流動(dòng)水位與真空區(qū)域以外的流動(dòng)水位之間會(huì)形成壓力差，在壓力差及重力作用下，掌子面圍巖內(nèi)的流動(dòng)水會(huì)明顯減少。

（二）施工流程及控制要點(diǎn)

1.施工流程

圖2 真空降水施工流程圖

2.操作要點(diǎn)

真空降水泵就位。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將真空泵就近安裝，應(yīng)規(guī)范施工用電管理，要做到“一機(jī)、一閘、一箱、一保護(hù)”，線路接通后，設(shè)置專人管理真空泵并進(jìn)行試運(yùn)行。

測(cè)量放樣點(diǎn)位。結(jié)合掌子面附近出水點(diǎn)布置點(diǎn)位，可在掌子面布設(shè)點(diǎn)位，也可在既有初期支護(hù)布設(shè)點(diǎn)位，具體視情況而定，可做適當(dāng)調(diào)整。

成孔、放置鋼花管。過濾管采用φ50削尖打孔鋼花管外包200目碳纖維濾網(wǎng)而成，長度4m，可視情況而定。成孔采用YT28氣腿式鑿巖機(jī)成孔，圍巖較堅(jiān)硬時(shí)，可先成孔并對(duì)其清理后安置過濾管，圍巖極軟弱時(shí)，可直接將削尖鋼花管利用鑿巖機(jī)頂入至設(shè)計(jì)深度，埋入掌子面土體內(nèi)3.5m，外露不小于0.5m。

充填砂礫、孔口封堵。采用砂礫將鋼花管周填充砂礫石孔口0.8m處，并采用砂漿對(duì)孔口進(jìn)行封堵，封堵長度0.8m，以便形成真空環(huán)境。

接通集水管。將鋼花管口通過集水管與真空泵連接起來，要保證連接良好，接口密封，以保證真空降水順利實(shí)施。

開泵抽水。管路連接完成后即可開始抽水，若漏氣，就對(duì)管路系統(tǒng)重新進(jìn)行檢查。正常工作后，為避免沉降顆粒物，盡量保持工作連續(xù)性，切勿隨意間斷。

3.控制要點(diǎn)

要控制好點(diǎn)位布設(shè)距離及范圍，距離過大易影響降水效果；距離過小，易造成資源浪費(fèi)；孔口封堵要嚴(yán)格控制密實(shí)度及封堵長度，保證空氣不滲入；抽水過程中，要對(duì)出水量、含泥量等進(jìn)行定期記錄；通過聽管內(nèi)水流，管子是否振動(dòng)等方法判斷管路系統(tǒng)是否堵塞。

綜上所述，后退式分段注漿具有節(jié)省人力、物力及財(cái)力的優(yōu)點(diǎn)，通過一次性將鉆桿后退式分段注漿技術(shù)能有效控制軟弱圍巖的變形，一次注漿成功率高，大大減小了地表沉降、初支收斂變形，同時(shí)注漿效率較高，施工速度較快，加快了隧道開挖的進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量安全。

四、結(jié)語

在進(jìn)行隧道工程施工時(shí)，采用后退式注漿輔以真空降水施工技術(shù)成功穿越了飽和軟土、富水砂層等不良地質(zhì)段落，相較于傳統(tǒng)的注漿加固施工方法，該技術(shù)具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：鉆注一體機(jī)體型較小，移動(dòng)簡(jiǎn)便，受作業(yè)空間制約較?。徊僮骱?jiǎn)便，人員配備較為精簡(jiǎn)；工序簡(jiǎn)便，可操作性強(qiáng)；可以邊注漿邊退鉆桿，提高了施工速度，確保注漿的有效性；鉆桿一次性深鉆入孔底，使得注漿漿液能夠盡可能發(fā)揮有效作用，減少了漿液的浪費(fèi)，同時(shí)也避免了常規(guī)注漿辦法中漿液大量外滲的情況，節(jié)省了資源。