深孔注漿技術在隧道碎屑 流地層圍巖加固中的應用

摘要：文章結合工程實踐，介紹了采用深孔注漿技術超前加固隧道碎屑流地層圍巖的施工技術，通過實踐證明該施工技術的應用使得破碎地層得到有效加固改良，提高了圍巖的承載力，取得了良好的效果，為同類工程施工提供了參考。

關鍵詞：深孔注漿技術；碎屑流地層；隧道施工；圍巖加固

中圖分類號：U455文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）18-0064-02

1工程概況

蘭新鐵路第二雙線從甘肅蘭州引出，穿越甘肅、青海和新疆，止于烏魯木齊，建成后，從蘭州至烏魯木齊的時間將減少一半。照壁山隧道位于世界上海拔最高的蘭新鐵路第二雙線甘肅青海段大通縣境內，隧道地處大阪山中高山區，平均海拔2 800 m，最高海拔3 489.5 m。隧道起訖里程DK 253+792~DK 259+116，全長5 324 m，為雙線隧道，洞內線路縱坡為20‰的單面上坡。

隧道出口端上臺階施工到DK 257+960時發生碎屑流，掌子面右拱腰處斜上方于在立架時出現掉塊現象并有水往外噴，緊接著又有碎屑涌出，隨后碎屑流速變大，碎屑流涌出量達到280 m3，碎屑流在上臺階處堆積平均高度1 m?，F場發生碎屑流情況后，施工單位立即對掌子面噴砼進行封閉，并停止了施工。經現場勘查分析，決定采用深孔注漿措施對圍巖進行加固，確保施工安全和施工進度。

2工程地質情況

掌子面地層巖性主要為石英片巖，褐紅色，呈碎塊狀鑲嵌結構，節理很發育，結構面結合力差，易分離剝落，局部差異風化嚴重，巖質性脆，巖體非常破碎。局部涌水呈雨簾狀，圍巖整體性差，拱部極易掉塊、剝落，多次出現碎屑流。

3深孔注漿加固施工

3.1注漿加固原理

利用壓力原理通過注漿管將漿液注入到掌子面上臺階碎屑流地層中，漿液以填充、滲透和擠密的方式，將巖石裂隙中的水分和空氣排除后占據其位置，經過一定時間后，漿液在隧道開挖輪廓線外將松散巖石膠結成一個整體，形成具有一定厚度和一定抗水壓能力的穩定固結體，從而改善圍巖的物理力學性質，達到穩定圍巖的目的。

3.2注漿孔布置

隧道出口上臺階深孔注漿注漿孔布置如圖1所示。注漿孔分A、B、C三類孔，外加大管棚注漿孔，A類孔環向間距70 cm，距離開挖輪廓線50 cm，主要是加固開挖輪廓線；B類孔環向間距70 cm，距離開挖輪廓線110 cm，主要是掌子面右側圍巖較差，在右側增加一環注漿孔進行加固；C類孔位于掌子面中心部位，主要起到加固掌子面中心部位，防止掌子面垮塌。

3.3施工工藝

上臺階深孔注漿施工工藝：施工準備→施做止漿墻→測量放線并標注鉆孔位置→搭設工作臺架→鉆機就位固定并鉆孔→安設孔口管→配制漿液→前進式分段注漿（分段長度5~8 m）→注漿至設計深度→鉆孔檢查注漿效果→判定是否符合注漿結束標準（不符合重新注漿）→鉆孔注漿結束。隧道出口上臺階深孔注漿孔位布置圖如圖1所示。

3.4止漿墻施工

止漿墻厚2.5 m，采用C25砼澆筑而成，施工時封閉止漿墻與掌子面之間及止漿墻與拱部初期支護間的空隙，同時在止漿墻上預埋了4根鋼管作為預留注漿孔。為了增大止漿墻抗壓能力，止漿墻下部深入基巖50 cm，同時在初期支護上打設Φ22錨桿，錨桿長度2 m，外露50 cm，環向50 cm布置，防止止漿墻外移。止漿墻澆筑24 h后拆模，達到規定養護期限后對預留孔進行注漿。

3.5鉆孔施工

鉆機采用SM-14多功能鉆機，在止漿墻上標定好孔眼位置（如圖1所示）。為防止鉆孔間相互穿漿，每次鉆孔順序采用間隔2個孔鉆孔，A類鉆孔順序為：A1、A4、A7、A10、A13、A16；A2、A5、A8、A11、A14、A17；A3、A6、A9、A12、A15。

B類孔與A類鉆孔順序類似，區別為間隔一個孔位鉆孔。由于圍巖破碎易卡鉆，故采用前進式注漿，鉆孔施工要求如下：

①先用鉆機開孔深1.6 m，孔直徑為114 mm的鉆孔，安設固結1.8 m長、Φ108 mm孔口管。

②通過孔口管鉆設Φ90 mm注漿孔，鉆孔深度8 m。鉆孔方向控制：鉆孔方向縱向基本與隧道軸線方向一致，但兩側拱架孔位受制于鉆機限制向外插角5 #778;~8 #778;，水平方向均采用水平尺控制鉆眼方向，每米抬升3~5 cm。

③在孔深8 m注漿結束后4~6 h立即開始清孔，再重新鉆孔，鉆孔深度13 m，鉆孔后立即注漿。

④在孔深13 m注漿結束后4~6 h再次開始清孔，再重新鉆孔，鉆孔深度19 m，鉆孔后立即注漿。

⑤在孔深19 m注漿結束后4~6 h第三次次開始清孔，再次鉆孔，鉆孔深度25 m，鉆孔后立即注漿。在鉆孔過程中如遇卡鉆則停止鉆孔，注漿初凝后再行鉆孔。

3.6注漿加固施工

為方便注漿管與注漿孔連接，同時確保在壓力增大情況下不漏漿，在每個孔口安裝孔口管。在施工之前，要做好注漿設備檢查工作，保證注漿一旦開始不出問題。水泥漿水灰比采用1‥1和0.75‥1兩種，雙液漿配比為1‥1。

進漿采用在自攪拌儲漿桶外加裝四個小桶，每個桶和儲漿桶相連，底部漿液互通，將進漿管安裝在小桶內，不影響儲漿桶攪拌。在注漿泵開起前先將進漿管放入小桶，由于注漿機有兩根進漿管，如單液漿注漿兩根進漿管均放入水泥漿桶內，如雙液漿注漿時則將一根放入水玻璃漿桶內。正常注漿采用單液漿，漏漿時注雙液漿。在確保連接完好后開起注漿機，即開始注漿。

注漿順序按“由外到內、由下到上、間隔跳孔”的原則進行，以達到控域注漿，擠密加固的目的。

注漿控制情況：注漿機開起后就連續注漿，注漿機效率30-60 L/min，可調控，開始時注漿壓力較小，注漿機效率調到最大，當注漿壓力增大到2 MPa時注漿機效率調小到40 L/min，當壓力增大到3 MPa以上時注漿機效率調最小，如壓力進一步增大，停止連續注漿，采用間隔注漿。間隔注漿根據壓力變化情況進行調整，如壓力增加快，則注漿時間短，停止時間長，如壓力增加慢，則注漿時間長，停止時間短，一般情況下注漿30 s，停20 s，通常維持30 min就停止注漿。如某一注漿孔注漿時間過長，壓力起不來，超過6~10 h，就存在漿液流失的可能，應加大水灰比或采用雙液漿注漿，盡快封堵漿液流失部位。

漏漿處理：漏漿通常分為管路漏漿和工作面漏漿。管路漏漿一般都是接頭沒有連接緊密，需重新連接或增加墊片等；工作面漏漿情況比較多，有泄水孔漏漿、掌子面漏漿、后方初期支護漏漿等，應先停止注漿，一般采用土工布或干水泥處理封堵漏漿部位，3~5 min后再開始注漿。

3.7注漿結束標準

單孔注漿結束標準：注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當注漿壓力達到3~4 MPa時，持壓3~5 min，即可結束該孔注漿。全段結束標準：設計的所有注漿孔均達到注漿結束標準，無漏注現象。

4深孔注漿加固效果

4.1檢查及評定

根據現場鉆孔所揭示的地質狀況，注漿結束后，可采取分析法即結合注漿過程中P-Q-t曲線分析及反算地層漿液的填充率來判斷注漿效果；根據注漿量分析漿液對地層裂隙的填充率，當漿液填充率達到80%以上，則滿足開挖要求；選擇可能出現的薄弱環節進行鉆孔檢查，保證不坍孔，不涌泥，涌水量小于0.2 L/m·min。

4.2效果

①按總注漿孔的5%~10%設計檢查孔，通過平行打設孔深25 m的檢查孔進行檢查，未出現塌孔現象，鉆至19~20 m處有少量出水，且檢查孔出水量均達到設計的0.2 L/m·min的控制標準要求，檢查孔鉆設過程中不卡鉆不坍孔，地層成孔性較好。

②根據注漿評定方案，現場選擇管棚注漿作為注漿評定主要依據，根據鉆孔結果顯示，管棚孔無塌孔卡鉆等異?，F象，滿足要求，但注漿量較深孔注漿量明顯減少，典型注漿P-Q-t曲線如圖2所示。

③經后期隧道施工開挖驗證，未出現碎屑流、坍塌等影響安全施工的問題，注漿加固碎屑流地層圍巖取得了很好的效果。

5結語

通過深孔注漿，松散碎屑流地層的出水裂隙及破碎巖體得到有效封堵，施工后期鉆孔出水量明顯減小，地層吸漿量減小，所有注漿孔均達到設計終孔結束標準，破碎地層得到有效加固改良。深孔注漿加固技術在照壁山隧道的應用是成功的，無論是經濟效益、安全性還是工期，都取得了較好的效果，為同類工程施工提供了參考。

參考文獻：

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[2] 羅長軍，李偉.灌漿技術在紫山灰場粉煤灰地層中的應用[J].巖土工程學報，2002，(3).