探討高速公路隧道地表深孔注漿施工技術

李安森

中鐵隧道集團三處有限公司

摘要：本文結合工程實例，對高速公路隧道地表深層注漿施工工藝和方法進行了詳細探討，可供同類工程參考。

關鍵詞：高速公路；隧道地表；深層注漿；施工工藝

1、工程概況

廣樂高速公路龍歸隧道左線原設計里程ZK97+555～ZK98+120（565米），明洞增長后變更后里程ZK97+492～ZK98+130（638米）。龍歸隧道右線原設計里程YK97+520～YK98+160（640米），變更后里程YK97+520～YK98+165（645米）。經上級主管部門召開了廣樂高速公路韶關段工程技術協調會后，決定采用龍歸隧道地表注漿方案。為了加固左右線中夾巖柱，最大限度的使雙洞獨立受力，同時為了加固右線洞頂圍巖以促其形成安全可靠的承載拱，采用Φ108 鋼花管進行地表深孔注漿。

2.深層注漿工藝和方法

2.1工藝流程

施工順序：放線→鉆機就位→鉆孔→清孔→插入鋼管→孔口密封處理→鋼花管注漿→補漿→進入鋼花管注漿循環→分析評價注漿效果。

2.2鉆孔

本次注漿試驗鉆孔采用了兩種成孔方法：一是風動潛孔鉆，二是地質鉆。風動潛孔鉆采用φ130鉆頭，地質鉆采用φ108巖芯管。地質鉆成孔速度慢，每臺鉆機需4～5天才能成一孔；潛孔鉆成孔相對較快，一天能成2～3個孔。但潛孔鉆遇到漏風、卡鉆和吹渣困難（特別是地下水豐富的軟巖中）時，需換地質鉆成孔。而且在隧道洞頂部位的鉆孔，潛孔鉆定位偏差相對較大，需地質鉆成孔。采用地質鉆成孔時，嚴格按間隔2孔原則鉆孔，否則可能由于地質鉆循環水滲漏嚴重，影響隧道安全。

① 測量定位。根據設計測量孔位，孔位允許偏差不大于50mm，在孔位插上竹簽，綁上紅塑料袋子，并在紅袋子上寫明孔號和孔深，尤其注意隧道頂上鉆孔。

② 修整鉆機平臺。因山坡地表地勢較陡，鉆機擺放不下，需用勾機適當修整，才夠放得下鉆機，并確保施工安全。

③ 鉆孔方法。地質鉆機鉆進時，首先要擺正、墊穩鉆機，做好泥漿池，調試漿泵，做好開鉆前的準備工作。在類軟土地層，開孔時可用三葉鉆頭或取土器成孔3.0～5.0m，然后換鉆頭鉆進，施工中，在半土半巖地層一般用套鉆的方法，即先用合金鉆頭鉆進，遇到較硬的孤石，鉆進較慢時就換金剛石鉆頭，鉆過硬的孤石后又換合金鉆頭；在弱風化地層，則主要用鋼砂鉆頭鉆進，雖然鉆進速度較慢，但比金剛石鉆頭和合金鉆頭成本要低。

用潛孔鉆機時，先將鉆機由水平方向改裝為垂直方向，并用支撐架固定，不得有松動，鉆進中要做到“一聽、二看、三記錄”原則。一聽：根據潛孔錘在地層下沖擊發出的聲音，分析地層情況；二看：根據吹出來的巖塵樣，分析巖層的變化情況，決定操作進度快慢，進鉆壓力大小；三記錄：各機臺填好機臺報表，及時記錄鉆進時間、回次、鉆進深度、漏風卡鉆情況、巖層、地質水文情況。

④ 成孔驗收。鉆孔垂直偏差允許值1%，鉆孔到設計深度后，測量深度，并用測繩先試下放一次，確認可以下到設計深度后，開始正式下鋼花管。

2.3注漿

注漿分第一次常壓注漿和第二次分段劈裂注漿。

注漿前先將水泥從儲存區轉運至制漿區，同時保證蓄水池要有足夠的水。然后按配合比制漿，注漿。注漿量按設計量的1。3～1。5倍控制。

2.3.1一次常壓注漿

一次注漿配合比為水泥：水=1：0.45～0.5，從一次常壓PVC管注漿，注至空孔冒漿為止，注漿體填充鋼管與鉆孔間的空隙，鋼管內無水泥漿。壓力一般為0.2～0.5MPa。

2.3.2二次劈裂注漿

一次常壓注漿間隔5～12小時后，當一次注漿體的軸心抗壓強度不低于5MPa時，進行二次劈裂注漿。二次劈裂注漿配合比水泥：水=1：0.6～0.8，以鋼管作為二次劈裂注漿的注漿管，通過劈裂一次注漿的注漿體，漿體向四周擴散，加固巖體。瞬間劈裂壓力一般為2～3MPa。

3 注漿效果分析

1）滲透填充作用

通過水泥漿液的滲透，直接填充了強風化破碎灰巖、砂巖、泥質粉砂巖等較硬質巖體的溶洞、溶槽、溶隙、軟巖和土體中的空隙、開挖引起的松動裂縫塌落空洞。

2）劈裂擠密作用

水泥漿在一定的壓力作用下，軟巖和土體擠密，在薄弱部位進行劈裂，并延劈裂面滲透漿液。

3）對地下水的抑制作用

通過注漿，堵塞了地下水和遠處地下水的補給通道，阻止了地下水向注漿加固區補給；同時，改善了注漿加固區地下水的儲存條件。由于巖土體中的裂隙、空隙、溶洞、溶槽、溶隙、松動裂縫、塌落空洞被填堵，阻止了地下水在注漿區的富集。

抑制地下水，既防止了炭質巖、泥質巖和粘性的強度軟化，也阻止地下水向隧道洞滲漏，減少了地下水對隧道結構體的直接壓力。從而，減小了隧道地質條件的長期惡化。

4.結論

針對龍歸隧道建設期發生的歷次病害，從地質條件、開挖擾動、地下水作用進行了分析總結；根據試驗段現場試驗，對地表深層注漿的工藝方法進行總結提煉，對注漿的工程效果進行了分析評價。通過試驗提出以下主要結論：

1）龍歸隧道地質條件不良是導致隧道病害的內因

龍歸隧道穿過地層主要是石炭系測水組地層，巖性由炭質灰巖、炭質頁巖、泥質砂巖、砂巖和殘積粘性土，巖體破碎褶皺，軟硬分布不均，受水后風化速度快，強度易軟化。在地形上存在一定偏壓。巖體中發育溶洞、溶槽、溶隙、裂隙裂面。在自然狀態下，龍歸隧道的巖土結構體可概括為軟弱破碎體。

2）開挖擾動是導致隧道病害直接外因

在地質不良的山體中，開挖間距33m的雙線隧道，引起了大范圍的松動變形，其松動破裂角60.3°～66.20°；根據鉆孔揭露的異常情況，洞頂以上8～12m為極嚴重松動區，，12～24m為嚴重松動區，在此厚度范圍內裂縫發育；以上至地表為牽引松動區。而且，左右洞松動范圍搭接，隧道變形相互影響。

在松動區產生變形松動裂縫，直至地表，且由于下部塌落形成許多空洞。開挖的直接作用導致建設期發生一系列隧道病害：

①松動區產生地質偏壓，和地形偏壓共同作用造成隧道偏壓側推，洞體結構開裂錯位；

②粉質粘土淺埋段隧道塌方冒頂；

③灰巖溶洞發育部位發生塌方沉陷；

④基礎軟硬過渡段發生不均勻沉降開裂；

⑤開挖地段引起老滑坡復活，形成了新滑坡；

⑥出口淺埋偏壓段發生頂板塌落沉陷。

3）地下水的長期作用構成隧道運營安全的長期隱患

松動區為地下水的補給和密集提供了良好的條件，地下水的長期作用導致松動區巖土體強度軟化，和松動區的進一步擴展，地質偏壓的問題越來越嚴重，致使在運營期間可能再次產生：

①隧道偏壓側推力增加，結構開裂錯位；

②基礎軟硬不均勻地段沉降開裂；

③溶洞和空洞繼續塌落，踏空區域增大，增加洞體受力；

④大量的地下水不斷向松動區密集，隧道滲漏水越來越嚴重。

4）洞頂地表深層注漿效果明顯

通過試驗段現場試驗，注漿量較大，但漿液都集中在有效加固區內，不存在四處跑漿的異常情況。根據注漿過程現場調查，漿液平面流動范圍為，平面順隧道縱向擴散半徑為25-45m，垂直隧道橫向擴散半徑不足10m。通過注漿控制注漿方法，二次注漿控制在洞底至洞頂以上10m的高度范圍內。對這一空間范圍內，所有漿液對加固隧道，改善地質條件和圍巖體結構都起到了有效作用，不存在漿液浪費現象。

5）提出的地表深層注漿工藝和方法可行

由于注漿區地質破碎、巖性軟硬分布不均，溶洞、空洞、裂隙、裂縫發育，加之孔深，成孔技術難度大。通過試驗，總結了地質鉆結合潛孔鉆的成孔工藝和方法，并提出了塌孔、卡鉆、掉鉆等特殊問題的技術處理方法。通過探索和總結，提出了長大豎向鋼花管的制作加工和安裝就位的方法和工藝。針對成孔過程中遇到的不同的地層情況，提出三種注漿控制方法：一是，溶洞、空洞區，采用在二次劈裂注漿段頂封孔，封孔以上采用一次封孔注漿，封孔以下采用二次填充注漿；二是，裂隙、裂縫發育地段，注漿量較大時采用了總注漿量控制的方法；三是，二次劈裂注漿出現二次劈裂壓力時停止注漿的方法。

以上總結提煉的成孔、鋼花管制安、控制注漿工藝和方法有效可行。

參考文獻：

[1]王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術，2009，（08）：38-61.