內外結合注漿在淺埋偏壓隧道施工中的應用

王科

1 工程概況

齊家灣隧道是宜萬鐵路高風險隧道之一。隧道為雙線隧道，進口里程DK155+954，出口里程DK156+084，全長130 m，隧道內軌頂面處襯砌內輪廓凈寬10.0 m，內軌頂面至隧道拱頂襯砌內輪廓凈高8.4 m，隧道最大開挖斷面寬度13.0 m，最大開挖斷面高度12.47 m，開挖斷面面積約135.84 m2。全隧均為Ⅴ級圍巖，山體表層覆蓋第四系坡積殘積粉質粘土，褐色，硬塑，土層厚2 m～9 m;下伏基巖為三疊系中統巴東組第一段粉砂巖夾頁巖、強～弱風化;地下水主要為基巖裂隙水，由大氣降水補給。進口、洞身DK156+000～DK156+040段及出口淺埋，土層較厚，易塌方冒頂，特別是DK156+000～DK156+040超淺埋段地面距隧道開挖輪廓頂部僅1.2 m，且線路右側山體明顯對隧道形成偏壓，掘進過程中偏壓山體邊緣出現裂縫，根據地表監控量測結果，開裂部分下沉明顯，能否安全通過該地段是本隧道施工的重難點。

2 方案形成

隧道除洞口段結合地形、地質條件設置明洞外，暗洞均按照新奧法原理設計，以柔性支護結構體系為主要受力結構的復合式襯砌。由于隧道所在之處存在地表覆蓋土層厚、洞身主要穿越強風化巖層、地質條件差、淺埋偏壓嚴重等不利因素，經研究決定采取地表注漿和洞內注漿結合的方案。

3 超淺埋段內外結合注漿加固方案設計

3.1 注漿位置

1)長度。對隧道DK156+000～DK156+050段共50 m進行洞內橫向和徑向注漿加固;對隧道DK156+005～DK156+050段共45 m進行地表注漿和垂直偏壓山體坡面注漿加固。2)寬度。洞內注漿橫向加固范圍至開挖輪廓線外6 m;考慮該地段上方山體偏壓影響因素，地表注漿加固寬度為40 m，其中Ⅰ線線路中線左側15 m，右側25 m。3)深度。洞內頂部徑向注漿至開挖輪廓線外1.5 m;洞外地表注漿加固深度為隧道頂部到襯砌外緣，隧道兩側地表注漿加固深度至巖體破裂面以下1 m，且伸入基巖長度不應小于1 m。

3.2 注漿方式

采用注漿花管由高壓注漿泵全孔壓入式注漿。

3.3 注漿孔布置

洞外地表注漿和垂直偏壓山體坡面注漿按照梅花形布置實施注漿，間距1 m;洞內沿開挖輪廓線橫向注漿同樣按照梅花形布置實施注漿，間距2 m。各注漿孔分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，Ⅰ序孔為低壓注漿孔，Ⅱ序孔為高壓注漿孔，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔交錯布置。

洞內徑向注漿(常稱為超前小導管注漿)孔沿開挖輪廓線按照40 cm間距均勻布置，注漿管孔口與鋼架搭接，注漿孔每環按照1～45的順序進行編號。

3.4 鉆孔孔徑及注漿管

洞外垂直偏壓山體坡面注漿孔、洞內橫向和徑向注漿孔鉆孔深度為開挖輪廓線外6 m，采用甘肅天水YT-28型鑿巖機鉆孔，鉆頭直徑50 mm，成孔孔徑55 mm～60 mm。以上三部分注漿孔鉆孔時，先采用3 m鉆桿嚴格按照設計孔位布置要求定位并在初步成孔后，再換6 m鉆桿鉆至設計深度終孔。隧道洞身范圍內地表注漿鉆孔深度為從地表至隧道輪廓線頂外0.5 m，隧道兩側洞外地表注漿鉆孔深度為到巖體破裂面以下1 m，且伸入基巖長度不應小于1 m。巖體破裂面根據鉆機鉆進速度判斷，最大鉆眼深度為從地表至隧底。鉆孔采用輕便型ZS30電氣潛孔鉆機成孔。孔內采用注漿鋼花管，孔外采用高壓膠管。注漿花管采用直徑42 mm，壁厚3.5 mm無縫鋼管。在注漿管前端鉆設孔徑1 cm、間距40 cm、呈梅花形布置的花孔。注漿花孔鉆設范圍根據孔深情況調整，Ⅰ序注漿花管孔口2 m范圍及Ⅱ序注漿管表層范圍不開花孔。

3.5 表層止漿

在地表和掌子面分別設置止漿盤和止漿墻，地表止漿盤采用噴射30 cm厚雙層鋼筋混凝土，鋼筋網采用直徑為8 mm鋼筋，網格間距30 cm×30 cm。止漿盤設置在注漿區域及周邊孔外2 m。為防止管孔間裂隙往上冒漿對止漿盤造成隆起破壞而影響注漿效果，在距離止漿盤邊緣30 cm處，斜向下與水平方向呈45°角打設一排φ22砂漿錨桿，錨桿間距2 m，嵌入基巖1 m。此外，對管孔間縫隙進行糊縫處理，糊縫材料為CS膠泥和速凝砂漿，并準備一些木楔，當管間串漿時塞緊串漿孔管。

對偏壓山體滑動層注漿加固設置止漿墻，止漿墻采用噴射25 cm厚鋼筋混凝土，鋼筋網采用直徑為8 mm鋼筋，網格間距20 cm×20 cm。止漿墻與止漿盤鋼筋進行可靠焊接，止漿墻與止漿盤連接地帶為薄弱點，該地帶噴射混凝土應加厚至40 cm。止漿墻設置在注漿區域及周邊孔外2 m。同樣地，為防止管孔間裂隙往上冒漿對止漿墻造成隆起破壞而影響注漿效果，采取糊縫處理和防串漿措施。

3.6 材料選擇及漿液配合比

水泥：42.5普通硅酸鹽水泥。

水玻璃：濃度35 Be'～40 Be'，模數2.8～3.4。

緩凝劑：Na2HPO4。

水泥漿水灰比(質量比)：0.6∶1～1∶1。

水泥漿水玻璃比(體積比)：1∶0.5～1∶1。

注雙液漿時摻加2%～4%緩凝劑。

3.7 注漿壓力及順序

Ⅰ序孔及洞內徑向注漿單數孔注漿壓力：0.5 MPa～1.5 MPa;Ⅱ序孔及洞內徑向注漿偶數孔注漿壓力：2 MPa～3 MPa。

為了滿足洞內施工與注漿施工平行作業，采取分段分片注漿。總體注漿順序為：先地表注漿，后洞內開挖橫向注漿;洞內注漿先注山體偏壓側拱墻，后注反山體偏壓側拱墻;由出口向進口的掘進方向分段順序進行;Ⅰ線、Ⅱ線地表注漿平行作業;每段注漿先注溝側周邊孔，后注山側周邊孔，注漿時先外圍后中間，并采取隔孔注漿的方式。

3.8 注漿結束標準

注漿結束標準以注漿終壓和注漿量進行綜合判定，Ⅰ序孔及洞內徑向注漿單數孔采用單孔注漿量控制，單孔注漿量達到設計注漿量時，即換孔注漿;Ⅱ序孔及洞內徑向注漿偶數孔采用注漿終壓控制，以保證注漿效果，達到設計注漿終壓后，穩定20 min～30 min即可停止注漿。

4 施工要點

1)注漿開始前對機械器具、儀表、管路、注漿材料、水、電等進行檢查及做必要的試驗。2)注漿過程中，觀測和記錄注漿壓力的變化情況，掌握注漿量。特別要注意止漿盤的變形和跑漿情況。如果止漿盤發生變形，應停止注漿，及時處理。發生跑漿時，用填塞棉紗、打木楔和糊塑膠泥或速凝砂漿的方法堵漏，必要時采用間歇式注漿方式來解決。3)為使砂漿在本孔一定范圍內擴散，而不致串漿或冒漿，影響注漿效果，在進漿量很大而壓力不上升的情況下，以注漿量控制注漿結束標準，當進漿量很小時，以注漿壓力來控制。

5 實際效果

淺埋偏壓段小導管內外結合注漿注漿孔數共700個，串漿孔數351個，共注水泥3 023.1 t，水玻璃852.21 t，通過小導管內外結合注漿對淺埋偏壓段加固取得如下效果：

1)確保了掘進施工安全。注漿施工完成后開挖掘進順利通過了該偏壓淺埋段，開挖與支護完成情況良好，施工中未發生任何掉碴和山體滑移事故，保證了工程的順利進行。

2)確保了施工質量。通過小導管內外結合注漿對淺埋偏壓段加固，有效地控制圍巖松弛范圍和既有裂縫的進一步擴展，提高了圍巖的自穩時間和自身承載力，改善了巖土體的物理力學性能，減少了初期支護的圍巖壓力，確保了初期支護的長期穩定，提高了支護結構的安全性。施工中對地表下沉、洞內收斂及拱頂下沉進行位移量測，量測結果均滿足施工需要，最大地表下沉值20 mm，最大拱頂下沉值26 mm，最大水平收斂值12 mm。從洞內初期支護觀察，噴混凝土層未發生開裂及滲漏水現象。

3)施工速度快，保證了工期。通過地表注漿加固，提高了圍巖的自穩能力，減少了洞內超挖數量，提高了掘進速度。由于地表注漿與洞內施工平行作業，互不干擾，Ⅴ級圍巖淺埋偏壓地段掘進速度較快，最終齊家灣隧道于2008年12月20日貫通，比業主要求提前了一個月。

6 結語

1)本隧道施工關鍵是防止隧道頂部土體坍塌和開挖變形產生的松弛區與既有山體裂縫連通貫穿，防止既有裂縫的進一步發展，避免山體滑移和側壓力進一步加大，防止地表下滲軟化圍巖。根據新奧法理論，采取地表注漿以加固巖體，充分利用巖體自身承載能力的施工方案，比僅靠強支撐的方案更符合巖體力學的原理，更加安全可靠。2)采用小導管內外結合注漿加固巖層，穿越齊家灣隧道淺埋偏壓軟弱圍巖地段是必要的，但洞內仍需按短開挖、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測的方法施工。支護與圍巖密貼接觸及支護系統的及時封閉，是防止圍巖變形和確保初期支護穩定的關鍵。3)在以往山嶺隧道地表注漿施工中一般采用澆筑雙筋混凝土作為止漿盤，厚度0.6 m～1.0 m，但由于沒有對管孔縫隙做糊縫處理，往往出現止漿盤隆起破壞，并影響深部巖層的注漿效果。在隧道地表注漿施工中，采用雙筋網噴混凝土和止漿環的聯合止漿方法簡單、易行、經濟、可靠，止漿效果良好，未出現止漿盤隆起、變形、開裂現象。4)實踐證明，雙線鐵路隧道穿越超淺埋偏壓地段施工采用內外結合注漿加固掘進暗洞的施工方法成功可行，安全可靠，經濟合理，值得今后在類似工程施工中借鑒采用。

［1］ 朱亮來.軟弱圍巖淺埋大跨隧道施工技術［J］.焦作工學院學報(自然科學版)，2002(3)：27-28.

［2］ 丁常國.特大跨超淺埋隧道施工技術［J］.地下空間，2002 (3)：11-12.