公路隧道軟巖大變形段小導管后注漿法施工技術

魯海峰

0 前言

隨著公路建設的發展，公路交通網在西部交通中起著主導作用，隧道呈現“數量多、長大隧道多、風險隧道多”的“三多”現象。其中軟弱圍巖隧道占有相當大的比例。如何提高軟巖隧道施工水平，預防大變形、塌方，充分利用圍巖的自穩能力，確保施工安全是隧道施工關鍵技術。公路隧道軟巖大變形段小導管后注漿法施工技術就是針對特殊的圍巖構造、通過徑向打設小導管分階段注漿的方法，控制隧道圍巖沉降、收斂，抑制炭質頁巖隧道產生大變形，處理變形侵限等方面效果顯著。

1 工程地質描述

某隧道穿過淺埋偏壓帶和F2大斷層帶，巖層破碎，穩定性差。隧道進口圍巖巖性主要以中風化及強風化炭質頁巖為主，夾少量炭質板巖。炭質頁巖為含大量植物化石和碳化有機質的沉積巖，黑色軟風化，節理發育，礦物成分主要為粘土礦物，濕度較高。

2 施工技術特點

2.1 初襯完成后讓圍巖先變形在隧道周邊產生松動圈，通過監控量測根據變形量分階段注漿。

2.2 根據監控量測數據注漿主要分為全斷面注漿和局部注漿，達到進度成本可控。

2.3 小導管注漿施工方便成本低，注漿效果要優于大管棚和錨桿。杜絕了管棚注漿壓力過小，施工難度較大及自進式錨桿施工時的斷桿、卡鉆等現象。

3 施工工藝技術原理

3.1 炭質頁巖礦物成分主要為粘土礦物，在未發生變形前圍巖密實度較好，在此階段進行注漿施工，漿液無法很好地與圍巖形成整體，當圍巖開挖后應力重分部形成的二次應力狀態，將超過洞壁周圍的巖體屈服強度，產生較大的塑性變形，使隧道圍巖周邊產生一松動圈，通過監控量測顯示，在此階段進行注漿使洞壁圍巖形成一定強度的加固帶，在注漿小導管作用下形成較大范圍的“自成拱”。

3.2 采用小導管注漿，易于操作施工，減少了大型機械設備對圍巖的擾動，通過提前鉆孔送管的方式，減少了采用自進式錨桿鉆進難度大，卡鉆、斷桿現象。

3.3 分階段全斷面及局部注漿，由于炭質頁巖的膨脹性及徐變特性，當進行一次注漿后圍巖與小導管漿液形成加固圈，圍巖變形得到抑制，變形量減少至最初變形的30%，但隨著時間的位移變形量有增大的趨勢。根據監控量測數據適時進行二階段注漿施工，在此階段完成后圍巖變形大幅減少，圍巖基本趨于穩定，二襯施做完成后承受的應力較小，二襯混凝土未出現裂縫。由于隧道圍巖局部段落存在偏壓，變形量進洞兩側不均勻，鑒于此種狀況采用分階段局部注漿加固的方法，達到進度及成本雙控。

4 確定注漿時間

4.1 初期支護完成后及時布置測點進行監控量測，采用斷面儀、全站儀、收斂儀相結合的方式進行，及時進行數據分析處理，通過監控量測數據可以看出，松動圈快速擴張主要集中在初期，大約2周時間，在此時間段內，地下水對圍巖峰后擴容的影響較為劇烈。因此，在隧道開挖初期，圍巖破壞強烈，松動圈擴展速度快。隨著時間的推移，圍巖松動圈向內遷移，圍巖破壞減弱，松動圈擴展速度迅速降低。

由監控量測數據及理論計算相結合得出：圍巖變形達到10cm～11cm時圍巖松動范圍在3m左右，通過應力重分部后圍巖裂隙增加、空隙率增大，在此階段進行注漿，圍巖、漿液、小導管固結形成整體，監控量測數據顯示最初變形量每天4cm～5cm，一階段注漿時與掌子面距離6～8m，注漿與掌子面施工平行作業。當一階段注漿完成變形后圍巖變形速率降低，采用位移計監測圍巖松動圈在4m左右，監控量測顯示該階段變形量達18cm～20cm，在此階段注漿完成后圍巖變形基本趨于穩定，當一階段注漿完成后變形趨于穩定將不再進行二次注漿施工工作。

4.2 小導管加工

采用Ф42×4mm無縫鋼管，加工端頭呈錐形，長度為4m和5m的半成品，端部1m以下梅花形打孔，孔間距15cm。端部焊接對絲，長度以安裝止漿閥為宜。

4.3 打孔送管

4.3.1 一階段打孔送管

通過監控量測數據分析，進行小導管打孔施工，一階段縱向間距為0.5m環向間距1.0m，打孔前由現場技術人員進行布點，嚴格控制孔深及角度，鉆孔深度大于導管深度10cm～15cm，清孔完成后及時送管，防止出現塌孔縮孔等。

4.3.2 二階段打孔送管

當一階段注漿完成后監控量測顯示，變形量急劇減少變形量減少為最初變形量的30%，當變形趨于穩定后不再進行二次注漿，但當變形量持續數天后變形量增大，通過地質雷達及多點位移計監測，圍巖松動圈有擴大趨勢，圍巖變形量達到18cm～20cm，在此時進行二階段打孔，孔間距縱向0.5m，環向0.5m。小導管長度5m，孔深大于導管深度10cm～15cm。

4.4 封口安裝止漿閥

送管完成后進行封口作業，封口時采用錨固劑填塞搗鼓密實，確保注漿時由于漿液壓力過大，漿液從封口處噴出，影響注漿質量，封口完成后導管尾部焊對絲連接接止漿閥，止漿閥注漿前應關閉，防止漿液串流從管口流出，注漿完成后止漿閥取下進行殘留漿液清理，以備二次使用減少浪費。

4.5 分階段隔跳法注漿

一階段打孔送管完成后進行注漿作業，注漿前檢查注漿機工作情況、注漿管路連接情況。注漿采用水泥漿液，水灰比1：1，注漿壓力：0.5Mpa～2.0MPa，可注性差時取大值。注漿時采用隔跳注漿，環向先進行單號孔注漿，再進行雙號注漿，縱向孔位跳躍式注漿。同時為確保注漿質量每孔進行多次注漿，每孔反復注漿次數不小4～5次，每間隔3min～4min進行一次注漿。當一階段注漿施工完成后，通過監控量測數據適時進行二階段注漿施工。

4.6 注漿注意事項

4.6.1 制備水泥漿時嚴禁水泥塊進入漿液，放漿進入儲漿桶時要用濾網過濾，以防止堵塞注漿泵。配置好的漿液放置在低速攪拌桶內，防止漿液由于存放時間較長產生沉淀、離析現象。

4.6.2 注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔部位有無串漿現象，如發生串漿應立即停止注漿，并采取措施（如快硬性水泥或錨固劑封堵）或采用間歇式注漿封堵串孔，直至不再串漿再繼續注漿。

4.6.3 注漿過程應派專人負責填寫《注漿記錄表》，記錄注漿時間、漿液量、注漿壓力等數據， 觀察壓力表值。注漿結束標準：采用終壓及注漿量雙控的方式。

5 注漿前后對比

斷面注漿后對拱頂下沉和周邊收斂監控量測變形曲線圖分析可得，掌子面開挖后圍巖變形急劇，短時間內拱頂下沉達到10cm。針對此現象進行了第Ⅰ階段注漿，注漿完成后，圍巖變形曲線斜率變平緩，說明圍巖變形已得到有效的控制。在不間斷監控量測的基礎上進行掌子面掘進，當觀測累計變形量達到預留變形量的70%時，變形曲線斜率又一次變大，說明第Ⅰ階段注漿后形成的“自承拱”在圍巖進一步應力能釋放的情況下發生變形，這時進行第Ⅱ階段注漿，注漿后變形曲線斜率基本接近于零，這說明圍巖變形已完全得到控制。

6 結論

公路隧道軟巖大變形段小導管后注漿施工技術，在不影響掌子面正常掘進的情況下開辟了新的工作面，避免了因預注漿施工影響隧道的正常掘進而產生的大量窩工情況，施工產生的振動、噪音、粉塵等公害也得到了最大限度的降低。有效地降低了施工中的安全風險，工程建設采用技術后，噴射混凝土表面裂紋明顯減少，隧道初期支護再未出現屈服破壞現象，收斂變形趨于穩定后施做的二次襯砌也未出現裂縫。加快施工進度的同時，減小由于二襯凈空侵限，造成初期支護換拱，減少了掌子面施工與后續仰拱二襯施工的相互制約現象。同時采用小導管注漿法施工后未再出現初期支護換拱現象，經濟效益顯著。

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[責任編輯：楊玉潔]