富水軟弱圍巖隧道施工中的超前注漿加固技術(shù)

中圖分類號(hào) U459 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）08-0071-03

0 引言

在隧道施工中，尤其是在穿越富水軟弱圍巖等不良地質(zhì)段時(shí)，由于隧道圍巖自穩(wěn)能力和抗干擾能力極差，施工風(fēng)險(xiǎn)極高。富水軟弱圍巖隧道施工面臨著諸多挑戰(zhàn)，如承壓水、溶洞等不良因素，這些不良因素都給施工帶來(lái)了極大的困難[1]。為了保障施工的安全和順利進(jìn)行，必須采取有效的加固措施。

超前注漿加固技術(shù)是指在地下開(kāi)挖工程前，通過(guò)注槳設(shè)備將漿液注入預(yù)定地層中，以填充空隙、裂縫，并改善土體的物理力學(xué)性能，從而提高土體的承載能力和穩(wěn)定性。其原理主要是利用漿液的流動(dòng)性和滲透性，將漿液注入土體或巖體的裂隙和空隙中，形成固結(jié)體，提高整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性[。在富水軟弱圍巖隧道施工中，超前注槳加固技術(shù)不僅可以加固地層，提高隧道的穩(wěn)定性，還可以起到堵水的作用，減少地下水對(duì)隧道施工的影響。因此，超前注漿加固技術(shù)在富水軟弱圍巖隧道施工中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[3]。

該文結(jié)合具體的工程實(shí)例，對(duì)富水軟弱圍巖隧道施工中的超前注漿加固技術(shù)進(jìn)行深入探討，通過(guò)分析該技術(shù)的加固原理，設(shè)計(jì)施工方案，以期為類似工程的施工提供借鑒和參考。

1富水軟弱圍巖隧道施工中的超前注漿加固技術(shù)

1.1工程概況

1.1.1工程軟弱圍巖含水率分析

為分析富水軟弱圍巖隧道施工中的超前注槳加固技術(shù)的應(yīng)用效果，該文以某地區(qū)的高速公路隧道工程為例展開(kāi)相關(guān)研究，該公路全線隧道比例較大，占據(jù)全線比例約為 6 8 % 左右，其中約為 20 % 的隧道穿越富水軟弱土層，其類型主要以黃土層為主。

該工程的隧道開(kāi)挖面為 ，對(duì)沿線土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面勘察后確定：黃土層整體呈現(xiàn)垂直節(jié)理發(fā)育，含水率較高，黃土層具備一個(gè)顯著特點(diǎn)，即在含水率較大時(shí)會(huì)呈現(xiàn)顯著的流速性質(zhì)，穩(wěn)定性較差，但是當(dāng)含水率較低時(shí)又會(huì)呈現(xiàn)較好的穩(wěn)定性和較高強(qiáng)度。結(jié)合土層勘察結(jié)果對(duì)該地區(qū)的黃土層含水率進(jìn)行分類，以此更精準(zhǔn)地判斷土層狀態(tài)，為后續(xù)施工提供可靠依據(jù)，分類結(jié)果如表1所示。

依據(jù)該分類結(jié)果對(duì)全線隧道的含水率進(jìn)行分析，部分隧道的含水率在 20 % 以上，另一部分隧道土層含水率在 2 8 % 以上，已經(jīng)最大限度接近飽和。因此，該隧道工程圍巖均屬于中高含水率以上。

1.1.2 施工難點(diǎn)

結(jié)合上述土層含水率的分析結(jié)果可知，該工程土層屬于典型的高含水率，會(huì)導(dǎo)致隧道圍巖強(qiáng)度較低，因此，在開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、地表開(kāi)裂、下沉等情況，甚至容易誘發(fā)突然性塌方[4，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。同時(shí)，勘測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，地下水位線埋深在 5 0 m 左右，位于隧道開(kāi)挖斷面上，在施工過(guò)程中豐富的地下水會(huì)導(dǎo)致隧道發(fā)生涌水情況。如果隧道單位長(zhǎng)度的正常涌水量和最大涌水量分別用 （ ）和 （ ）表示，其計(jì)算公式分別為：

式中， L —隧道計(jì)算長(zhǎng)度 τ（ m） ； —隧道單位長(zhǎng)度最大涌水量 ）； ——隧道單位長(zhǎng)度正常涌水量 ；{經(jīng)驗(yàn)系數(shù)； K ——含水層滲透系數(shù) （ m / d ） ；r 隧道橫斷面等價(jià)圓半徑（m）。

結(jié)合上述公式對(duì)該工程的涌水量進(jìn)行計(jì)算后確定 和 的取值分別為 和

基于上述分析：該工程施工時(shí)會(huì)面臨圍巖強(qiáng)度低、隧道涌水量大的問(wèn)題。因此，在施工時(shí)，需有效完成上述問(wèn)題處理，以此保證最佳的施工質(zhì)量和施工安全。

1.2 圍巖加固方案

1.2.1鋼護(hù)拱支護(hù)方案

綜合考慮工程情況，工程中設(shè)計(jì)鋼護(hù)拱 + 超前注漿聯(lián)合加固方案，該方案先進(jìn)行圍護(hù)加固處理[5]，使用工字鋼護(hù)拱進(jìn)行隧道支護(hù)加固，并且保證護(hù)拱的縱向間距和原始的拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)的間距一致，保證加固拱架和原始拱架之間緊密結(jié)合，其加固設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該加固方案的主要自的是提升圍巖的自穩(wěn)能力，鋼護(hù)拱具有高強(qiáng)度和剛度，可以有效抵抗圍巖的變形壓力和松動(dòng)壓力，防止圍巖的進(jìn)一步變形和破壞，保證隧道的整體穩(wěn)定性。

1.2.2超前注漿加固技術(shù)

（1）注漿方案設(shè)計(jì)。

完成鋼護(hù)拱的加固處理后，則進(jìn)行超前注漿，為保證最佳的注漿效果[5]，綜合圍巖的實(shí)際情況，在隧道斷面上設(shè)計(jì)7個(gè)注漿孔，孔深均在 4 m 以上，且不超過(guò) 5 m 孔之間的間距在 2 . 5 m 左右，超前注槳方案的設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

通過(guò)超前注漿與鋼護(hù)拱支護(hù)相結(jié)合能夠更好地提升隧道圍巖的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，避免圍巖在施工時(shí)發(fā)生破壞。

（2）超前注漿施工工藝。

注漿工藝是超前注漿加固技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括注漿孔的布置、注漿參數(shù)的設(shè)定、注漿設(shè)備的選擇以及注漿施工的操作等。注漿孔的布置應(yīng)根據(jù)工程的具體情況和土層的性質(zhì)來(lái)確定，注漿參數(shù)包括注漿壓力、注漿量、注漿深度等，這些參數(shù)需要根據(jù)土層的性質(zhì)、施工條件等因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。注漿設(shè)備需要具有較高的壓力和流量，以滿足不同施工條件下的注漿需求。注漿施工需要按照預(yù)定的注漿參數(shù)和工藝要求進(jìn)行，確保注漿效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

為保證注漿施工效果，采用中空自攻式麻花鉆桿進(jìn)行施工，該鉆桿自帶出料孔，并且能夠保證漿料注射的均勻性，在圍巖中均勻擴(kuò)散和滲透。其整體施工工藝流程如圖3所示。

（3）注漿關(guān)鍵要點(diǎn)。

要點(diǎn)1：注漿方式確定。針對(duì)地層特性，綜合運(yùn)用多種注漿工藝，包括前進(jìn)式分段注漿、鉆桿后退式注漿以及集束水平袖閥管分段注漿，綜合多種工藝的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)復(fù)雜多變的地層條件。在實(shí)施注槳作業(yè)之前，會(huì)預(yù)先鉆設(shè) 3 ～ 5 個(gè)注漿孔，用以評(píng)估掌子面前方的地層狀況，并據(jù)此選定最為適宜的鉆孔注漿技術(shù)，確保注漿效果達(dá)到最佳。

要點(diǎn)2：注漿參數(shù)確定。在注漿過(guò)程中，注漿參數(shù)的合理性直接影響注漿加固的效果和質(zhì)量，因此，需結(jié)合工程的實(shí)際情況，確定合理的注漿參數(shù)。其中，注漿壓力作為關(guān)鍵施工參數(shù)，直接影響漿液的擴(kuò)散范圍、注漿密實(shí)度等，因此，需保證足夠的注漿壓力，以此克服靜水壓力和地層阻力，如果注漿壓力用 P （MPa）表示，其計(jì)算公式為：

式中： η —靜水壓的2倍（MPa）； ——為靜水壓（MPa）。

除注槳壓力外，注漿量 G （ ）也是影響注漿效果的主要因素。

式中： R 1 -漿液擴(kuò)散半徑（m）； —注漿孔長(zhǎng)度（m）； n 土層裂隙 （ % ） ； α ——填充系數(shù)；x漿液消耗率 （ % ） 。

結(jié)合上述公式確定該工程的注漿相關(guān)參數(shù)結(jié)果，如表2所示。

1.2.3 注漿質(zhì)量控制

啟動(dòng)注漿流程后，需持續(xù)監(jiān)控注漿壓力，確保其波動(dòng)幅度不超過(guò)預(yù)設(shè)注漿壓力的 20 % ；一旦觀測(cè)到壓力急劇上升，應(yīng)立即中止注漿作業(yè)，防止管道破裂造成人員傷害。精確計(jì)量吸漿量，據(jù)此評(píng)估并適時(shí)調(diào)整水灰比，同時(shí)密切監(jiān)測(cè)漿液的關(guān)鍵性能指標(biāo)（如比重、灰分含量等），以保持漿液性能的最優(yōu)化狀態(tài)。

為避免漿液過(guò)早阻塞滲透路徑及防止?jié){液過(guò)度擴(kuò)散至帷幕區(qū)域外，灌漿時(shí)應(yīng)遵循濃度由低到高的逐步調(diào)整策略。當(dāng)注漿量達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)后，改用高濃度漿液對(duì)潛在的滲漏通道進(jìn)行封堵。對(duì)于注漿孔周邊存在裂隙水滲流的情況，應(yīng)采取相反的注漿策略，即從高濃度開(kāi)始逐漸過(guò)渡到低濃度，讓首批高濃度漿液與地下水一同流動(dòng)并在通道中固化，從而有效阻斷地下水外泄路徑。隨后，改用稀漿，并精確控制漿液轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)，通過(guò)注漿孔向出水通道加壓注入。轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)的把握至關(guān)重要，過(guò)早可能無(wú)法有效封堵出水通道，而過(guò)晚則可能阻礙后續(xù)漿液的順利壓入。

2 結(jié)果分析

采用超前注槳加固技術(shù)完成富水軟弱圍巖隧道加固施工后，為分析其加固效果，文中對(duì)加固過(guò)后的圍巖進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析其變形情況。在隧道的斜井及正洞鄰近段落上設(shè)置對(duì)比監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)有、無(wú)注漿加固措施條件下的拱頂沉降和邊墻水平收斂變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3所示。

對(duì)表3測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析后得出：在沒(méi)有進(jìn)行超前加固施工前，隧道拱頂沉降明顯，最大沉降值達(dá)到 5 0 . 2 c m ，并且水平收斂結(jié)果最大值為 2 2 . 6 c m ；采用該文研究的超前注漿加固技術(shù)進(jìn)行加固后，隧道拱頂沉降值明顯下降，最大沉降僅為 1 8 . 6 c m ，并且水平收斂結(jié)果最大值為9 . 5 c m 。因此，超前注漿加固技術(shù)能夠較好地實(shí)現(xiàn)富水軟弱圍巖加固，提升圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證隧道施工安全和施工質(zhì)量。

3結(jié)論

為保證富水軟弱圍巖隧道施工效果，該文以實(shí)際工程為背景，研究超前加固技術(shù)，結(jié)合工程實(shí)際情況確定鋼護(hù)拱 + 超前注漿聯(lián)合加固方案。鋼護(hù)拱的安裝和超前注漿的施工可以相互配合，形成連續(xù)的施工流程，縮短工期，提高施工效率，減少圍巖的變形和沉降，為隧道施工安全提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡書(shū)洪.富水炭質(zhì)千枚巖隧道集束水平袖閥管注漿加固施工技術(shù)[J].價(jià)值工程，2024（17）：70-74.

[2]趙向鋒，盛俊云，莊昭斌，等.凍結(jié)與注漿聯(lián)合加固技術(shù)在富水軟弱淺埋暗挖隧道中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2022（15）：106-110.

[3]丁祥，姚建青，柴金飛.新近系富水砂巖隧道注漿加固圈厚度研究[J].中國(guó)鐵路，2023（6）：32-40.

[4]張舜，蔣云東，王余.公路隧道軟弱圍巖大變形段的注漿加固施工分析[J].建筑安全，2022（10）：70-73.

[5]陳鈺斌.隧道地層施工中注漿預(yù)加固技術(shù)的應(yīng)用[J]科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（30）：81-84.

[6]楊萬(wàn)精，陳崢，馬川.淺埋暗挖法區(qū)間富水砂層超前加固技術(shù)研究[J].工業(yè)建筑，2023（S1）：465-468.

[7]周秀蘭.注漿加固技術(shù)在地鐵隧道中的應(yīng)用研究[J]工程技術(shù)研究，2024（6）：64-66.