綜合注漿技術在烏鞘嶺公路隧道斷層地段的應用

王瑞

摘要：本文結合烏鞘嶺公路隧道含水逆斷層地段施工實踐，詳細闡述了環向超前止水注漿、超前預加固注漿、徑向加固注漿技術在含水逆斷層地段的施工應用和技術要點，步驟清晰，數據翔實，對今后類似地質條件隧道施工具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：綜合注漿技術 隧道 斷層 超前支護

1 工程概況

烏鞘嶺隧道位于甘肅省天祝縣境內，屬祁連山高寒亞干旱區，區內海拔高程為2850～3050m。烏鞘嶺隧道在YK2389+900～YK2390+200、YK2391+140～YK2391+378通過區域斷層F4和F5，斷層破碎帶寬度分別為300m、238m，總長度占隧道總長的11.02%。受構造影響，斷層巖體極為破碎，特別在斷層與下盤地層接觸地帶，涌水量較大，隧道開挖過程洞身巖體易產生較大塑性變形。含水逆斷層破碎帶隧道施工過程中可能出現突泥、突水等地質災害，給現場施工帶來極大風險并給隧道結構遺留安全隱患。

2 工藝原理

采用環向小導管超前劈裂式注漿，利用漿液滲透充填于掘進斷面外圍，一定范圍內破碎圍巖體固結形成止水圈，起堵水加固作用；采用自進式管棚超前注漿，利用漿液固結開挖面松散圍巖和鋼管共同作用，在掌子面前方形成一圈人工拱保障開挖、支護作業安全；采用徑向注漿小導管向垂直于拱圈方向圍巖注漿，對初支段一定范圍內的松動圈進行加固，減少周邊圍巖對初支的應力，彌補錨桿不能有效固結在松散、破碎圍巖的缺陷。最后發揮三種注漿在不同空間的固結效果，保證開挖、支護作業和后期運行的安全。

3 施工工藝

3.1 工藝流程。通過工藝試驗三種情況下的漿液配比→施作超前注漿止水小導管→注漿→施作自進式注漿管棚→注漿→開挖掘進、施作初支→施作徑向注漿小導管→監控量測→施作防水層、二次襯砌。

3.2 施工要點

3.2.1 施作超前注漿止水小導管。現場掘進采用“三臺階法”開挖，利用預留核心土，跟進掌子面掘進施做超前注漿止水小導管。①加工Φ42×4mm花鋼管。加工6.0m長Φ42鋼花管36根，間距30cm×30cm梅花形布置注漿孔，孔徑1cm，靠近注漿管尾部1m不予鉆孔。②施作環向超前止水注漿小導管。先施鉆、清孔，風槍送進Φ42超前注漿小導管，再封閉并進行注漿。

3.2.2 導管注漿。①注漿方式：采用前進式注漿，第一循環完成后再進行下一循環的注漿，伴隨掘進施工進行注漿作業。②注漿壓力：注漿壓力為3.0～4.0MP，只有足夠的壓力才能克服富水、承壓水。③注漿量：按劈裂注漿的注漿量采用下式：Q=V（W-Wp）fGs/（1+e）

式中：Q——注漿量；V——受注巖體體積；W——巖體自然含水量；Wp——塑性限界，用小數表示；f——加壓系數，一般取1.1～1.6。

④注漿孔：全斷面封閉注漿的為全斷面布孔，周邊注漿沿隧道開挖輪廓線外周邊布孔，孔間距拱部及邊墻取1.0m、仰拱取2.0m；劈裂注漿漿液擴散半徑2m。⑤注漿材料：采水泥、水玻璃雙漿液。突水地段漿液配比W/C=1：1；使用35Be濃度的水玻璃時，C/S=1：（0.8～1.0）：1。⑥注漿設備：注漿采用GJZB雙注漿泵2臺、水泥漿攪拌機2臺。

3.2.3 施作超前自進式管棚。①在初支鋼拱架肋板中部預留直徑7cm圓孔，作為超前自進式管棚的導向孔，在進行噴射混凝土作業時，用編織袋填塞預留孔，噴錨作業結束后及時將預留孔清理出來。②在完成噴射混凝土后，使用YT-28氣腿式風動鑿巖機，利用連接釬維套筒將R51L×7mm自進式管棚以8°～10°外插角送入掌子面前方圍巖，每環43根，環向間距30cm，長3.0m，搭接1.5m，每開挖掘進1.5m施做一環。③對自進式管棚進入圍巖處使用錨固劑塞填密實，并對掌子面噴射C25早強混凝土5cm作為止漿墻。④將砼管棚配套使用的注漿閥安裝在管棚根部。

3.2.4 超前自進式管棚注漿。①注漿方式：采用單雙號超前管棚交替注漿作業。②注漿壓力：注漿壓力為1.0～2.0MP，穩壓1min以上，充填注漿以加固掌子面前方圍巖為目的。③注漿量：試用劈裂注漿公式，注漿以終壓注漿壓力為1.0～2.0MP，穩壓在1min以上。④注漿孔：全斷面封閉注漿的為全斷面布孔，周邊注漿沿隧道開挖輪廓線外周邊布孔，孔間距取1.0m；填充注漿漿液擴散半徑1.5m。⑤注漿材料：采水泥、水玻璃雙漿液。突水地段漿液配比W/C=1：1；使用35Be濃度的水玻璃時，水玻璃取水泥質量比的5%～15%，盡量保證松散圍巖中充分擴散并進行固結。⑥注漿設備：注漿采用GJZB雙注漿泵2臺、水泥漿攪拌機2臺。

3.2.5 開挖掘進、施作初支。三臺階七步法開挖技術，自進式錨桿、雙層鋼筋網片、C25鋼纖維噴射混凝土、C25噴射混凝土結合作用的柔性支護技術，I20a鋼支撐50cm間距的剛性支護技術。

3.2.6 施作徑向注漿小導管。①加工Φ42×4mm花鋼管。加工3m長Φ42×4mm鋼花管35根，間距15cm×15cm梅花形布置出漿孔，孔徑1cm，靠近注漿管0.5m不予鉆孔。因為注漿預固結主要是加固開挖過程造成的松散圈，減少破碎帶圍巖對于初期支護和二襯的應力，所以僅在拱部和邊墻進行徑向注漿加固。②注漿設計與工藝：a注漿方式：采用單雙號超前管棚交替注漿作業。b注漿壓力：注漿壓力為1.0～1.5MP，充填注漿以加固周邊松散圈為目的，穩壓應持續在2分鐘以上。c注漿量：以終壓壓力和穩壓時間確定。d注漿孔：全斷面封閉注漿的為全斷面布孔，周邊注漿沿隧道開挖輪廓線外周邊布孔，孔間距取1.0m；填充注漿漿液擴散半徑1.0m。e注漿材料：采水泥、水玻璃雙漿液。突水地段漿液配比W/C=1∶1；使用35Be濃度的水玻璃時，水玻璃取水泥質量比的5%～15%，盡量保證松散圍巖中充分擴散并進行固結。f注漿設備：注漿采用GJZB雙注漿泵2臺、水泥漿攪拌機2臺。

由于先前施工的超前注漿止水小導管和超前自進式管棚對拱圈圍巖已經進行了有效地固結，所以徑向注漿小導管可在現場施工中根據開挖實際情況進行調整。

3.2.7 監控量測。分別在隧道拱頂、上導邊墻、下導邊墻布設監控量測點，對洞內的初期支護進行變形、沉降觀測。①洞內監控點的布設。主洞采用分臺階開挖的施工方法，上導施工地段分別在拱頂、兩側（離上導地面3m高處）每隔5～10m布設兩側凈空位移量測點及拱頂下沉量測點。②沉降觀測精度及測量頻率。拱頂沉降觀測應采用精密水準測量（使用徠卡高精度水準儀及配套測尺），其主要技術要求如下：a往返較差、附和或環線閉合差：△h=Σa-Σb≤l■，表示測站數（或△h=Σa-Σb≤1.0■，L表示觀測路線距離）；b前后視距：≤30m；c前后視距差：≤1.0m；d前后視距累積差≤3.0m；e沉降觀測點相對于后視點的高差容差：≤0.1mm。邊墻收斂量測采用JSS30A系列收斂計，其主要技術要求如下：測量范圍：0.5m～20m；數顯示值：0.5m～30m；測量精度：0.1mm；分辨率：0.01mm；數顯示值穩定度：24h內不大于0.01mm。③數據采集、整理。所有監控量測點按規范、驗標要求的頻率進行日常觀測，根據觀測的數據繪制變形及收斂曲線圖，當隧道水平位移收斂速度為0.1～0.2mm/天，拱頂下沉位移速度為0.1mm/天時，認為此段圍巖基本穩定。④洞內監控量測的注意事項。在施工初期或地質較差時，或位移下沉量及速度較大時，應適當增加量測斷面及量測頻率；測點設置應可靠，并妥善保護（烏鞘嶺隧道監控量測點全部采用反光片設置）；各測量項目應盡可能布置在同一斷面，測量點應盡可能選擇具有代表性的地方，以便測量數據的分析為以后的工作提供經驗。

4 結束語

永古高速公路烏鞘嶺隧道逆斷層地段施工過程中應用本項技術，極大提高了含水破碎斷層在多工況下的安全系數，保證了含水斷層安全快速施工，取得了月均進尺45m，最高月進尺達65m，為實現全線開通節點目標奠定了堅實基礎。伴隨著國家經濟實力的增強和隧道施工工藝的快速發展，將會面臨越來越多的復雜地質隧道，在含水逆斷層段采用超前止水注漿、超前預固結注漿和徑向加固注漿相結合的綜合注漿技術，對今后進行研究和探討具有重要的現實意義。

參考文獻：

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