隧道軟弱圍巖淺埋段地表加固技術研究

謝韜

摘 要 坪崗二號隧道地表鄰近水庫區淺埋段，涌水量大，圍巖為砂土狀強風化花崗巖，大部分已風化成土狀，泡水易崩解，巖體自穩性級差，防止淺埋段洞內用水和坍塌是該段隧道施工的關鍵所在，采用淺埋段地表注漿加固技術可以有效地起到圍巖加固、止水的效果，進而保證該淺埋段順利通過。本文結合工程實例，隧道軟弱圍巖淺埋段地表加固技術做一些研究和探討。

關鍵詞 隧道軟弱圍巖；淺埋段；地表加固技術

1 工程概況

坪崗2#隧道為分離式雙洞，左右線相距約20m，左線ZK67+330～+370及ZK67+420～+460段（總長80m）為山間溝谷；右線ZK67+320～+445段（125m）為山間溝谷，地表鄰近水庫區，隧道建筑凈空為8.75m×6.92m，最大開挖斷面面積為111.07m2。左線ZK67+320～+380（60m）、ZK67+410～+470（60m）和右線YK67+310～+455（145m）為Ⅵ級圍巖淺埋段，圍巖為全風化花崗巖，風化劇烈，大部分已風化成土狀，泡水易崩解，層厚7.4～17.9m，隧道洞身主要穿過此地層；隧底基巖為砂土狀強風化花崗巖和碎塊狀強風化花崗巖，砂土狀強風化花崗巖為砂土夾少量碎塊，裂隙發育，呈碎石土狀。地下水在溝谷段主要以砂層中的孔隙水為主，水量集中在溝谷，受地表降水補給的影響大，溝谷內有洪水或季度性水流經過。圍巖飽水性差，遇水后的自穩能力會大幅降低，如不對淺埋圍巖進行處理，墻腰易開裂，隧道開挖中極易發生塌方、突水、突泥[1]。

2 地表注漿加固方案

在Ⅵ級圍巖淺埋隧道開挖前，采用三重管高壓旋噴樁從地表加固洞身圍巖，加固地層主要為全風化花崗巖，旋噴至路面深度。沿洞軸線兩側布置15～16列旋噴孔，橫向布置范圍為16.5m，樁孔列間距為a=0.9m（橫向間距），排間距為b=0.8m（縱向間距），梅花形布置。旋噴擴散半徑R=0.5m，成樁直徑大于1.0m，咬合大于10cm。從地表鉆進至襯砌外輪廓線處，置換土體成孔，再旋噴水泥漿液，提升噴頭旋噴形成樁體，樁體長度為3～4m，拱部外側樁體長度為3m，邊墻外側樁體為4m，旋噴樁組合固結形成混凝土應力環。旋噴鉆機是通過高壓水、高壓氣對土體進行切割成孔，高壓噴入水泥漿置換土體或部分土體空間，旋噴形成固結體，達到改良地層和圍巖的目的。旋噴漿液水泥用量為400km/m（初噴100kg/m，復噴300kg/m），水灰比選用0.8：1，成樁無側限抗壓強度大于1.5MPa。

3 旋噴樁施工工藝介紹

3.1 施工準備

（1）修建臨時生活設施，平整場地，接通施工用水、用電，設置回漿池。檢查機器運轉情況并做好各易損件的儲備工作。

（2）在施工現場取樣按設計要求進行室內配合比試驗，確定漿液最佳配比。

（3）進行成樁工藝試驗，確定各項技術參數，檢驗成樁效果，試樁數量不少于2根。通過試樁確定以下技術參數：①噴嘴型號及規格，噴嘴直徑與個數，注漿壓力；②壓縮空氣的風壓③水的噴射壓力與流量；④注漿管提升速度與旋轉速度；⑤成樁直徑、強度。⑥水灰比值及水泥摻入量；⑦成樁直徑；⑧成樁強度。

（4）施工環境調查：地下埋設物狀態，地下水位高程、流量、流向等，附近有無溶溝、暗河及其分布狀態，地下水有無腐蝕性物質及其成分與含量，施工現場附近居民情況。

3.2 測量放樣

運用導線控制法，使用全站儀和鋼尺進行控制點布設，其精度要求：距離中誤差：±5mm，角度中誤差：±10S；參照場地情況，將主軸線控制點引至不受破壞的位置，且加以保護；在復驗合格的控制點基礎上，進行樁位點的放樣，其精度要求為±30mm。

3.3 鉆機就位

鉆機調平、對準樁位，依機架兩邊所吊線錘平行機架為準，亦可用水平靠尺調整，傾角不大于0.5°。高壓設備與管路系統暢通，符合安全要求。管路系統的密封良好，各通道和噴嘴內不能有雜物。

3.4 鉆進成孔

先空載起動空壓機，待運轉正常后，再空載起動高壓泵，然后同時向孔內送風和水，使風量和泵壓逐漸升高至規定值，鉆進至設計樁頂標高再減緩鉆進速度，使孔徑達到設計要求。

3.5 注漿工藝

高壓旋噴樁注漿固結體的質量因素較多，本工程采用三重管注漿，注漿工藝是影響固結體的重要因素之一。

（1）旋噴。高壓旋噴注漿，自下而上，連續進行，若施工中出現了停機故障，待修好后，需向下搭接不小于500mm 的長度，以保證固結體的整體性。本工程地質主要為亞黏土應適當放慢提升速度和旋轉速度或提高旋噴壓力等。

（2）復噴。在不改變旋噴技術參數的條件下，對同一土層作重復注漿（噴到頂再下鉆重噴該部位），能增加土體破壞有效長度，從而加大固結體的直徑或長度并提高固結體強度，復噴時全部噴漿，復噴的次數愈多固結體直徑加長的效果愈好。

3.6 水泥用量的控制

在噴漿提升過程中，控制水泥用量是關鍵。水泥的用量與噴漿壓力、噴嘴直徑、提升速度及水灰比等有直接關系，具體控制方法：

（1）若水泥量剩余措施如下：① 適當增加噴漿壓力；② 加大噴嘴直徑；③ 減慢提升速度。

（2）若水泥量不夠措施如下：①保證樁徑的情況下適當減少壓力；②噴嘴直徑適當減少；③保證樁體強度的情況下適當加快提升速度；④加大水灰比值；針對本工程具體情況，每根樁分次進行攪拌，確保定量的水和水泥比例進行拌制水泥漿，通過調整以上參數可保證水泥量滿足設計要求；針對水泥漿下沉現象（水泥漿液密度較大），采取自樁頂向下3.0m 進行復噴，可保證樁體上部水泥土強度。

3.7 冒漿處理

在旋噴過程中，往往有一定數量的土顆粒，隨著一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面，通過對冒漿的觀察，可以及時了解土層狀況，判斷旋噴的大致效果和斷定參數合理性等，根據經驗，冒漿（內有土粒、水及漿液）量小于注漿量20%為正常現象，超過20%或完全不冒漿時，應查明原因及時采取相應措施。對于冒出地面的漿液，可經過選擇和調整濃度后進行前一根樁返漿回灌，以防止空穴現象。

（1）流量不變而壓力突然下降時，應檢查部位的泄漏情況，必要時撥出注漿管，檢查其封密性能；

（2）出現不冒漿或斷續冒漿時，或系土質松軟則視為正常現象，可適當進行復噴；如系附近有空洞、暗道，則應不提升注漿管，繼續注漿直至冒漿為止，或撥出注漿管待漿液凝固后，重新注漿直至冒漿為止，必要時采用速凝漿液，便于漿液在注漿管附近凝固；

（3）減少冒漿的措施：冒漿量過大的主要原因，一般是有效噴射范圍與注漿不相適應，注漿量大大超過旋噴固結所需的漿量所致；①提高旋噴壓力（噴漿量不變）；②適當縮小噴嘴直徑（旋噴壓力不變）；③加快提升和旋轉速度。

3.8 固結體控形

固結體的形狀，可以通過調節旋噴壓力和注漿量，改變噴嘴移動方向和提升速度，予以控制。由于本工程設計固結體的形狀為圓柱形，在施工中采用邊提升邊旋轉注漿，考慮到深層部位的成形，在底部噴射時，加大噴射壓力，做重復旋噴或降低噴嘴的旋轉提升速度，而且針對不同土層（硬土）可適當加大壓力和降低噴嘴的旋轉提升速度，使固結體達到勻稱，保證樁徑差別不大。

3.9 防止串孔的措施

在施工過程中，鉆機應間隔開孔旋噴；在高壓縮土層應適當減小噴漿壓力；加快提升速度和旋轉速度。

4 高壓旋噴樁地表加固效果分析

采用高壓旋噴樁方法進行軟弱圍巖淺埋段地表加固在施工中體現出了較多優點：

（1）旋噴樁固結體形成了良好的應力環，承受外部砂土地層的土壓力，減小了洞內系統鋼架、噴射混凝土和網片的受力。原設計隧道開挖方法為雙側壁導坑開挖，現采用上下臺階預留核心土法開挖，節省成本，加快了施工進度。隧道開挖過程中無塌方，偏拱、墻腰薄弱處鋼架無劈裂現象。

（2）旋噴樁固結體有較強的止水效果，開挖掌子面和噴身混凝土表面干燥無水，圍巖穩定性較好。未旋噴加固的YK67+455～+490地段有大量滲水，圍巖自穩能力大大降低，鋼架、錨噴網支護須緊跟開挖面。

5 結束語

通過坪崗二號隧道軟弱圍巖淺埋段加固技術的應用，左線ZK67+320～+380、ZK67+410～+470和右線YK67+310～+455段圍巖得到了較好的加固。通過開挖支護后的監控量測顯示，隧道周壁任意點的相對累計位移值小于6cm，拱頂沉降速度小于0.09mm/天，墻腰收斂速度小于0.12mm，達到了預期目的。隧道安全順利地通過了Ⅵ級圍巖淺埋段，隧道內基本無滲水，因此，用高壓旋噴樁這種地表加固技術，可以對軟弱圍巖起到明顯的加固作用，對防止隧道坍塌、變形，保證隧道順利通過淺埋段具有顯著的效果。

參考文獻

[1] 劉建超.高壓旋噴注漿技術在高速公路軟弱地基上的應用[J].公路交通科技，2006，2006，（7）：17-19.