公路隧道軟弱圍巖大變形段注漿加固的施工技術

李鵬

（中鐵十二局集團第三工程有限公司 山西太原 030024）

公路隧道軟弱圍巖大變形段注漿加固的施工技術

李鵬

（中鐵十二局集團第三工程有限公司 山西太原 030024）

軟弱圍巖在公路隧道的施工中是比較常見的，其容易造成大變形段的問題。因此，在實際施工中需要通過一定的加固技術對軟弱圍巖區段進行加固處理，使其達到隧道施工的基本要求。注漿加固在軟弱圍巖的加固處理中應用廣泛，本文針對軟弱圍巖變形的力學原理作了簡單分析，對注漿加固半徑和時間的確定進行了探討，最后分析了注漿加固的具體工藝，以期對公路隧道施工能夠起到一定的參考作用。

公路隧道；軟弱圍巖；大變形段；注漿加固

引言

隧道對于公路建設而言是重中之重，不僅因為隧道可以大幅縮短公路的距離，還因為其施工難度很高，所以必須對其施工予以關注。軟弱圍巖大變形段的存在給隧道施工造成了很大的負面影響，尤其是施工安全和施工質量這兩個方面，更是遭受到嚴峻的考驗。因此，必須加強對大變形段注漿加固的研究分析，找準加固半徑和注漿時間，確保加固效果最好。

1 公路隧道軟弱圍巖大變形段力學原理

之所以在進行隧道施工的時候會出現軟弱圍巖變形，其根本原因就是隧道進行開挖時對原本的圍巖造成了破壞，使得其平衡狀態被打破，應力分布發生變化，超過軟弱圍巖具有的極限強度，進而發生塑性變形或是彈性變形。在塑性變形和彈性變形不能及時得到阻止的情況下，就會引起圍巖產生大變形段，嚴重情況下發生圍巖失穩破裂等問題，給公路隧道施工造成很大的負面影響。在開挖公路隧道的過程中，會形成一個松動圈，其具有明顯的可循規律，這就給清楚認知隧道軟弱圍巖變形提供了途徑，進而能夠通過合理的施工手段對其進行處理，避免塑性變形或是彈性變形造成圍巖破壞。

在分析軟弱圍巖的過程中，可以將其劃分為彈性區和松動圈兩個部分，在這兩個部分內，圍巖應力達到峰值后可以處在塑性和彈性狀態，其簡化為模型之后可以被看做軸對稱平面應變問題。通過簡化模型，可以將復雜的軟弱圍巖受力關系清晰地表達出來，為分析其變形特性提供可靠的參考。不僅如此，還可以對松動圈的大小進行計算，對隧道開挖過程進行精確的掌控，從而對注漿加固的半徑和時間更為有效的控制。

2 公路隧道軟弱圍巖大變形段注漿加固半徑和時間的確定

2.1 半徑確定

確定注漿加固的半徑是非常重要的，只有在合理的半徑范圍進行注漿加固，才能確保整個大變形段具有良好的強度，不會因為施工出現破壞。根據圍巖破壞的基本原理，可以建立一個等式關系，即隧道凈空變化可測量值和圍巖松動體積可以按照一定的關系建立等式，通過對隧道凈空變化值進行測量，可以計算出圍巖松動體積，確定圍巖松動范圍，進而就可以明確注漿加固的范圍。具體說來，可以假設公路隧道開挖松動圈和凈空半徑是關于時間t的函數，暫定隧道的初始半徑是ro（t），對應的松動圈半徑是rs（t）。在隧洞經過dt時間開挖之后，隧道凈空半徑和松動圈半徑分別變化為ro（t）+r1o（t）dt和rs（t）+r1s（t）dt，則在dt這一段時間之內，隧道開挖引起的空間體積變化量為dv1=2πro（t）r1o（t）dt，而圍巖松動圈體積的變化量為dv2=2πkrs（t）r1s（t）dt，其中k是擴容系數。

通過對比兩個式子不難看出，dv1的產生是松動圈擴張導致的，加之隧道凈空在彈性變形作用下發生的變化很小，幾乎可以忽略，進而可以得出dv1+dv2=0。將前邊兩個式子帶入該式中，就可以得到ro（t）r1o（t）dt+krs（t）r1s（t）dt=0。這個式子就是對圍巖松動圈擴展和隧道收斂變形之間的規律進行了描述，揭露了其內在規律。根據上述公式也可以精確計算出任意時刻的隧道凈空半徑以及圍巖松動半徑，據此就可以得出注漿加固的半徑范圍。

2.2 時間確定

對隧道軟弱圍巖大變形段進行注漿加固，時機的掌握是非常重要的。一般說來，注漿時間的基本依據是監控測量數據，在隧道進行初期開挖時，圍巖就會出現一定的形變，導致其內部產生裂痕，這就需要盡心圍巖注漿加固。對于部分軟弱圍巖而言，其內部巖體密實度較高，空隙率比較小，如果其內部沒有形成裂痕，注漿就會比較困難。所以，在實際的隧道施工中，都是通過實時監測數據對圍巖裂痕的變化情況進行全面監控，在其達到一定程度的時候，就可以及時進行注漿加固施工。

比如，某隧道K56+970斷面，對其進行注漿加固時，就是在隧道開挖初期就展開監測，其圍巖變形量每天維持在5cm左右，4d時間達到20cm。圍巖的內部裂痕增多、空隙變大，此階段就可以進行注漿施工。隨著施工持續進行，該階段的注漿斷面和實際的施工作業面會存在6～8m的差距，彼此間不會相互影響。在完成注漿加固之后，通過監測可以看出圍巖變形的速率顯著減小，但是也并未完全穩定。這主要是因為在第一階段的注漿加固中，加固漿液并沒有全部滲透到圍巖當中，在加固面之間的巖體還可以進一步生成裂痕，會引起外延的變形持續。在該變形量達到25～30cm的范圍時，就可以進行第二階段的注漿加固，確保加固漿液能夠充滿整個圍巖，使其趨于穩定。

3 加固注漿施工工藝

在公路隧道圍巖加固中的，分階段隔跳注漿加固工藝時最為常用的手段。根據其實際的操作流程，可以被劃分為小導管加工、打孔送管、注漿參數確定和封口施工等環節。

在上述隧道工程中，其注漿加固使用的小導管尺寸為長5m、直徑42mm、壁厚4mm，加工斷頭為錐形，且其端部1m以下梅花形打孔，以15cm作為孔間距，在小導管的端部需設置止漿閥。

打孔送管需要配合實時監測數據，合理進行施工。在上述隧道的第一階段中，打孔時需保持環向間距1m，縱向間距0.5m，同時對打孔的角度和深度進行嚴格控制，盡量保證孔深在導管深度的10～15cm之上。打孔完成后需及時清孔，清孔后應當及時送入導管，然后進行第一階段的注漿施工。在第一階段注漿完成之后，隨著圍巖變形達到第二階段注漿的要求，就可以進行第二階段注漿打孔，按照環向0.5m、縱向0.5m的標準進行打孔，然后重復注漿步驟。

注漿參數直接關系到加固效果，所以必須嚴格控制。一般將水泥漿液的水灰比控制在1：1～1：0.8之間，采用模數2.4、35波美度的水玻璃，按照水泥用量的5％進行摻雜。進行注漿時，壓力需控制在1.5～3.0MPa之間，并且按照分階段隔跳的方式注漿，具體如圖1所示。

圖1 分階段注漿

如圖1中所示，第一階段和第二階段的注漿加固是按照注漿孔的單雙號隔跳進行的。不僅如此，為了確保注漿質量可靠，還需對每孔反復多次進行注漿，盡量保證注漿次數在4～5次，間隔3～4min就重復一次，同時還需逐次增大注漿壓力。

在對每個孔完成注漿施工之后，就對其進行封口施工。封口時一般采用錨固劑對注漿孔進行填充密實，不僅如此，為了避免漿液在壓力作用下從注漿孔中噴出，需在完成封口之后對導管尾部進行處理，設置止漿閥避免漿液噴出。需要注意的是，設置止漿閥時必須確保其處于關閉狀態，以免漿液從止漿閥流出。

4 結論

在公路隧道施工中，對軟弱圍巖大變形段進行注漿加固處理是十分必要的。因此，必須對軟弱圍巖的變形原理清楚認知，同時對注漿半徑和注漿時間進行確定，最后根據實際情況利用分階段隔跳注漿法展開注漿施工，就可以實現加固軟弱圍巖的目的。

[1]張訸.公路隧道軟弱圍巖大變形段注漿加固施工方法探究[J].公路交通科技（應用技術版），2015（02）：19～20+66.

[2]李小坤.滇中紅層軟弱圍巖隧道變形開裂原因分析及處治措施研究[J].隧道建設，2012（01）：88～93+102.

U455.4

A

1004-7344（2016）02-0147-02

2015-12-22

李 鵬（1984-），男，山西臨汾人，技術員，大專，從事技術管理工作。