胡麻嶺隧道注漿漿液配合比優化設計

王 冠

(中鐵十九局集團有限公司，北京 100176)

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胡麻嶺隧道注漿漿液配合比優化設計

王 冠

(中鐵十九局集團有限公司，北京 100176)

摘要：介紹了在胡麻嶺隧道第三系富水全風化粉細砂圍巖段的施工過程中，對圍巖進行注漿加固時所用純水泥漿流動度試驗，以及在水泥漿+水玻璃雙液漿中摻入不同濃度水玻璃的凝結時間試驗等。通過試驗和工程實踐得到了單漿液適宜的注漿圍巖段落以及優化的注漿壓力和水灰比，雙液漿中適宜的水玻璃摻入濃度和最佳配合比等，注漿加固效果很好，保證了施工安全。對富水軟弱圍巖的注漿加固施工有指導意義。

關鍵詞：隧道施工；富水軟弱圍巖；注漿加固；漿液配合比；水灰比

隧道施工中遇到富水的軟弱圍巖時施工難度會非常大，一般都需要采取全斷面帷幕注漿和加強超前支護等預注漿措施，對圍巖進行加固。在胡麻嶺隧道施工中就遇到了富水全風化粉細砂巖圍巖。在施工過程中對注漿加固所用的注漿漿液及其配合比進行了試驗，在此主要介紹試驗情況及試驗結果對現場施工的指導意義。

1 工程概況

新建蘭州至重慶鐵路夏官營至廣元段土建工程LYS-1標段胡麻嶺隧道位于甘肅省榆中縣和定西市境內，隧道全長13 608 m，進口里程DK68+626，出口里程DK82+234，為一單洞雙線隧道，洞內線間距4.4 m，隧道最大埋深295 m。除了3段曲線以外，隧道其余段落均處在直線段上，隧道縱坡分別處在+8‰、+12.8‰、+13‰、+3‰的單面上坡上。

隧道洞身穿越黃土高原的黃土梁峁區。山間發育著切割較深、縱坡較大的沖溝，只是匯水面積不大，沖溝內沒有常年流水，雨后卻有短時較大的水流。

隧道地表土層主要是黃土和粗圓礫土。基巖主要是白堊系砂巖、泥巖。地下水為孔隙潛水和基巖裂隙水，隧道最大涌水量為Q=9 012 m3/d，地下水對圬工不具侵蝕性。

隧道有長度近4 000 m的圍巖是第三系富水全風化粉細砂圍巖段，這種全風化粉細砂巖具有II級自重濕陷性和膨脹性。這段地層的地下水水位在隧道拱頂以上40 m，地層富水。圍巖滲透系數較小，含泥量高并伴有板結層，降水難度大。圍巖開挖后汗狀滲水較為普遍，并時常伴有小股水流、核心土崩塌、基底軟化、圍巖持續層剝離的現象，開挖、支護難度大。往往會有流塑狀流砂從掌子面或初期支護背后流出，常出現邊挖邊流的現象，造成開挖及支護無法施工，流砂流出后在初支背后形成空洞，容易引起初期支護變形和塌方，高壓富水區段還容易發生大型突水涌泥，安全風險極高，施工難度大。針對上述的不利情況，在隧道開挖之前，必須對圍巖進行預先注漿加固處理。

2 隧道施工方案

第三系富水全風化粉細砂圍巖段隧道根據其不同段落的圍巖等級，分別采用CRD法或雙側壁導坑法施工。但隧道開挖前必須預先采取超前帷幕注漿和超前小導管注漿的加固措施[1]。超前支護按V級圍巖加強段設置，拱部144°范圍內設L=10.0 m、?89 mm×5 mm、環向間距0.33 cm的超前中管棚，搭接長度≮3.0 m，注純水泥漿；拱部144°范圍內設L=4.0 m、?42 mm×3.5 mm、環向間距0.33 m的超前小導管，每1.8 m(3榀)施作一環，搭接長度≮1.0 m，注純水泥漿。必要時還要增加L=5.0 m、?42 mm×3.5 mm、插入角為45°、環向間距0.33 m的預注漿小導管，注純水泥漿，對掌子面前面的圍巖進行層層注漿加固。

CRD法和雙側壁導坑法施工、超前帷幕注漿、超前注漿小導管、45°插入角小導管預注漿等均按常規方法施工，在此不再贅述。本文僅就開工前和施工過程中對注漿使用的漿液配合比的設計和配制所做的一些研究加以介紹。

3 單液注漿液配合比試驗

針對粉細砂無強度、松散、遇水液化流失的特性，對水灰比為0.4∶1～0.7∶1純水泥漿的流動度進行了試驗[1-2]。

3.1 水泥漿流動度試驗

試驗方法：水泥漿流動度采用ZNN-D6型六速旋轉黏度計測定。試驗條件：純水泥漿水灰比分別為0.40∶1，0.50∶1，0.55∶1，0.60∶1，0.65∶1，0.70∶1。水泥：使用PC 32.5R復合硅酸鹽水泥。試驗用水：水質符合相關規定。

試驗得出的不同水灰比時純水泥漿的流動度見表1。

表1 不同水灰比時純水泥漿的流動度

3.2 現場注漿試驗結果分析

根據現場注漿試驗得出，影響純水泥漿流動性的主要因素是漿液中的水泥固體含量，水灰比越大，純水泥漿的流動性就越差；純水泥漿的固化時間隨著水灰比的增大而縮短。試驗證明，當注漿壓力在0.2～1.0 MPa，水灰比為0.55∶1時最適合在粉細砂圍巖中使用。

由于單液漿的凝結時間是水泥的終凝時間，其終凝時間比較長，再加上單液漿的早期強度比較低，強度增長比較緩慢，漿液受地下水流動的影響比較大。因此，單液漿注漿只適用于受力部位較小的圍巖、地下水相對不太發育的地段或施工進度比較緩慢的地段。

4 雙液漿的凝結時間試驗

4.1 試驗條件

試驗環境：模擬現場溫度13 ℃。試驗方法：兩種漿液同時摻入小型攪拌器中，開始攪拌并計時，直至漿液凝結。從兩種漿液摻入到漿液開始凝結不能停止攪拌，以防止兩種漿液發生不均勻沉淀。試驗所用材料：水玻璃，濃度40 Be′，模數3.2，原液加水分別稀釋到20 Be′和15 Be′；水泥漿液配合比，1∶1。水泥，使用PC 32.5R復合硅酸鹽水泥。試驗用水，水質符合相關規定。

4.2 試驗設計

(1)試驗1。將40 Be′水玻璃原液稀釋到20 Be′，摻入水灰比為1∶1的水泥漿液中，雙液漿在不同體積比時的初凝時間如表2所示。

表2 雙液漿在不同體積比時的初凝時間

(2)試驗2。將40 Be′水玻璃原液稀釋到15 Be′，摻入水灰比為1∶1的水泥漿液中，雙液漿在不同體積比時的初凝時間如表2所示。

4.3 試驗成果分析

從兩組試驗可以得出[2]：

(1)水玻璃的摻入量是雙液漿初凝時間的最主要影響因素，水玻璃的摻入量越大，可以縮短雙液漿的初凝時間；雙液漿中的水泥漿液水灰比的大小對雙液漿的初凝時間影響不大。

(2)雙液漿中水玻璃漿液的濃度越大，漿液的初凝時間越短。

(3)水泥漿液的水灰比是影響被加固圍巖土體強度的最主要因素，而水泥的品種和水玻璃的摻入量的影響比較小。

(4)雙液漿的固化時間隨著水灰比的增大而縮短，隨著水玻璃的摻入量的增加而縮短。

(5)試驗結果證明，當地下水豐富且有流動的情況時，應該選用水玻璃摻入量較大或水玻璃濃度較大的雙液漿進行注漿。

(6)水泥漿液與水玻璃雙液漿的固結和硬化是由于硅酸鹽水泥水化過程中產生氫氧化鈣，水玻璃中的硅酸鈉與水泥漿混合后，二者會迅速反應產生一種水化硅酸鈣的膠凝體，這種膠凝體隨著氫氧化鈣的不斷產生而不斷增多，被加固土體的強度也會越來越高。所以，雙液漿中的水泥漿液水灰比越小(水泥用量越大)，對注漿效果的影響越大。

(7)影響被加固土體強度的主要因素是漿液中的水泥顆粒含量，被加固土體的強度隨著水灰比的增大而減小。但是，漿液中加入水玻璃會降低被加固土體的強度，摻入量越大，強度降低的越多。

在胡麻嶺隧道第三系富水全風化粉細砂巖圍巖段隧道施工過程中，根據不同地段的地下水狀況，分別采用過1∶0.70和1∶0.75的雙液漿配合比對圍巖進行注漿加固，取得了良好的效果。

試驗中，采用在4個注漿孔中間鉆測試孔檢測滲漏情況的方法來檢驗注漿加固效果，并且還要通過對注漿段開挖后的實際檢查來確定注漿加固的效果。

滲漏檢查時以測試孔中沒有連續水流出為標準，允許有少量的滴水，少量的滲水不會對施工造成大的影響。

5 結束語

胡麻嶺隧道第三系富水全風化粉細砂巖圍巖段隧道施工過程中，采用了全斷面帷幕注漿、超前小導管注漿和插入角為45°的小導管預注漿等綜合注漿加固技術。在預先試驗的基礎上，使用試驗給出的純水泥漿的水灰比和注漿壓力，在地下水相對不太發育的地段進行了單液漿注漿加固工作，收到了較好的注漿加固效果；在地下水比較發育的地段進行的雙液漿注漿加固工作中，利用試驗給出的水玻璃摻入濃度和雙液漿配合比，也取得了比較好的注漿加固效果。在注漿加固段隨后的開挖過程中可以看到，經過注漿加固后的圍巖土體密實度和粘結強度大大提高，達到了預期的加固效果，保證了施工安全。其經驗可供類似工程參考。

參考文獻

[1]徐長久.胡麻嶺隧道第三系粉細砂巖段施工關鍵技術[J].國防交通工程與技術, 2011(6)：55-58

[2]姜玉松，聶瓊，韓洪興.注漿漿液試驗方法與標準探討[C]//地基基礎工程與錨固注漿技術：2009年地基基礎工程與錨固注漿技術研討會論文集.北京：中國水利水電出版社，2009：243-249

On the Optimized Design of the Mix Ratio of the Mortar for the Humaling Tunnel

Wang Guan

(19th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Beijing 100176,China)

Abstract:The fact that the flow ability of the pure cement mortar used for slip-casting to consolidate the surrounding rock was tested and the setting time of the cement mortar+sodium silicate,when sodium silicate of different concentrations was added,was tested in the course of the construction of the 3rd system rich-watered,fully-weathered fine-sanded surrounding-rock section of the Humaling Tunnel,and other tests performed there and then are introduced in the paper.Through the tests and the practice of construction,the optimal slip-casting pressure and the appropriate water-cement ratio are obtained,and the appropriate concentration of the sodium silicate to be added and the optimal mix ratio and other parameters are also obtained for the surrounding-rock section of the tunnel. Upon the basis of the tests mentioned above,the slip-casting achieves very good effect of consolidation, with the safe construction ensured.The success in the project may help guide the slip-casting-consolidating construction in other rich-watered soft surrounding-rock projects.

Key words:construction of a tunnel;rich-watered soft surrounding rock;reinforced by means of slip-casting;mix ratio of the mortar;water-cement ratio

中圖分類號：U455.49

文獻標識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)02-0030-03

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.008

作者簡介：王冠(1984—)，男，工程師，主要從事土木工程施工技術管理工作15811139997@163.com

收稿日期：2015-11-30