隧道軟弱圍巖淺埋段地表加固技術(shù)研究

謝韜

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

關(guān)鍵詞 隧道軟弱圍巖；淺埋段；地表加固技術(shù)

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(qū)，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(fēng)化花崗巖，風(fēng)化劇烈，大部分已風(fēng)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(qiáng)風(fēng)化花崗巖和碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為砂土夾少量碎塊，裂隙發(fā)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(bǔ)給的影響大，溝谷內(nèi)有洪水或季度性水流經(jīng)過。圍巖飽水性差，遇水后的自穩(wěn)能力會大幅降低，如不對淺埋圍巖進(jìn)行處理，墻腰易開裂，隧道開挖中極易發(fā)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(fēng)化花崗巖，旋噴至路面深度。沿洞軸線兩側(cè)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(kuò)散半徑R=0.5m，成樁直徑大于1.0m，咬合大于10cm。從地表鉆進(jìn)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(cè)樁體長度為3m，邊墻外側(cè)樁體為4m，旋噴樁組合固結(jié)形成混凝土應(yīng)力環(huán)。旋噴鉆機(jī)是通過高壓水、高壓氣對土體進(jìn)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(jié)體，達(dá)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(fù)噴300kg/m），水灰比選用0.8：1，成樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于1.5MPa。

3 旋噴樁施工工藝介紹

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）修建臨時生活設(shè)施，平整場地，接通施工用水、用電，設(shè)置回漿池。檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況并做好各易損件的儲備工作。

（2）在施工現(xiàn)場取樣按設(shè)計要求進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn)，確定漿液最佳配比。

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

（4）施工環(huán)境調(diào)查：地下埋設(shè)物狀態(tài)，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(tài)，地下水有無腐蝕性物質(zhì)及其成分與含量，施工現(xiàn)場附近居民情況。

3.2 測量放樣

運(yùn)用導(dǎo)線控制法，使用全站儀和鋼尺進(jìn)行控制點(diǎn)布設(shè)，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(diǎn)引至不受破壞的位置，且加以保護(hù)；在復(fù)驗(yàn)合格的控制點(diǎn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行樁位點(diǎn)的放樣，其精度要求為±30mm。

3.3 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)調(diào)平、對準(zhǔn)樁位，依機(jī)架兩邊所吊線錘平行機(jī)架為準(zhǔn)，亦可用水平靠尺調(diào)整，傾角不大于0.5°。高壓設(shè)備與管路系統(tǒng)暢通，符合安全要求。管路系統(tǒng)的密封良好，各通道和噴嘴內(nèi)不能有雜物。

3.4 鉆進(jìn)成孔

先空載起動空壓機(jī)，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再空載起動高壓泵，然后同時向孔內(nèi)送風(fēng)和水，使風(fēng)量和泵壓逐漸升高至規(guī)定值，鉆進(jìn)至設(shè)計樁頂標(biāo)高再減緩鉆進(jìn)速度，使孔徑達(dá)到設(shè)計要求。

3.5 注漿工藝

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

（1）旋噴。高壓旋噴注漿，自下而上，連續(xù)進(jìn)行，若施工中出現(xiàn)了停機(jī)故障，待修好后，需向下搭接不小于500mm 的長度，以保證固結(jié)體的整體性。本工程地質(zhì)主要為亞黏土應(yīng)適當(dāng)放慢提升速度和旋轉(zhuǎn)速度或提高旋噴壓力等。

（2）復(fù)噴。在不改變旋噴技術(shù)參數(shù)的條件下，對同一土層作重復(fù)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(jié)體的直徑或長度并提高固結(jié)體強(qiáng)度，復(fù)噴時全部噴漿，復(fù)噴的次數(shù)愈多固結(jié)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(guān)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(guān)系，具體控制方法：

（1）若水泥量剩余措施如下：① 適當(dāng)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(dāng)減少壓力；②噴嘴直徑適當(dāng)減少；③保證樁體強(qiáng)度的情況下適當(dāng)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(jìn)行攪拌，確保定量的水和水泥比例進(jìn)行拌制水泥漿，通過調(diào)整以上參數(shù)可保證水泥量滿足設(shè)計要求；針對水泥漿下沉現(xiàn)象（水泥漿液密度較大），采取自樁頂向下3.0m 進(jìn)行復(fù)噴，可保證樁體上部水泥土強(qiáng)度。

3.7 冒漿處理

在旋噴過程中，往往有一定數(shù)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(shù)合理性等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量20%為正常現(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿時，應(yīng)查明原因及時采取相應(yīng)措施。對于冒出地面的漿液，可經(jīng)過選擇和調(diào)整濃度后進(jìn)行前一根樁返漿回灌，以防止空穴現(xiàn)象。

（1）流量不變而壓力突然下降時，應(yīng)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(xiàn)不冒漿或斷續(xù)冒漿時，或系土質(zhì)松軟則視為正常現(xiàn)象，可適當(dāng)進(jìn)行復(fù)噴；如系附近有空洞、暗道，則應(yīng)不提升注漿管，繼續(xù)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(yīng)，注漿量大大超過旋噴固結(jié)所需的漿量所致；①提高旋噴壓力（噴漿量不變）；②適當(dāng)縮小噴嘴直徑（旋噴壓力不變）；③加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。

3.8 固結(jié)體控形

固結(jié)體的形狀，可以通過調(diào)節(jié)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(shè)計固結(jié)體的形狀為圓柱形，在施工中采用邊提升邊旋轉(zhuǎn)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(fù)旋噴或降低噴嘴的旋轉(zhuǎn)提升速度，而且針對不同土層（硬土）可適當(dāng)加大壓力和降低噴嘴的旋轉(zhuǎn)提升速度，使固結(jié)體達(dá)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(jī)應(yīng)間隔開孔旋噴；在高壓縮土層應(yīng)適當(dāng)減小噴漿壓力；加快提升速度和旋轉(zhuǎn)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(jìn)行軟弱圍巖淺埋段地表加固在施工中體現(xiàn)出了較多優(yōu)點(diǎn)：

（1）旋噴樁固結(jié)體形成了良好的應(yīng)力環(huán)，承受外部砂土地層的土壓力，減小了洞內(nèi)系統(tǒng)鋼架、噴射混凝土和網(wǎng)片的受力。原設(shè)計隧道開挖方法為雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖，現(xiàn)采用上下臺階預(yù)留核心土法開挖，節(jié)省成本，加快了施工進(jìn)度。隧道開挖過程中無塌方，偏拱、墻腰薄弱處鋼架無劈裂現(xiàn)象。

（2）旋噴樁固結(jié)體有較強(qiáng)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(wěn)定性較好。未旋噴加固的YK67+455～+490地段有大量滲水，圍巖自穩(wěn)能力大大降低，鋼架、錨噴網(wǎng)支護(hù)須緊跟開挖面。

5 結(jié)束語

通過坪崗二號隧道軟弱圍巖淺埋段加固技術(shù)的應(yīng)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(hù)后的監(jiān)控量測顯示，隧道周壁任意點(diǎn)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(dá)到了預(yù)期目的。隧道安全順利地通過了Ⅵ級圍巖淺埋段，隧道內(nèi)基本無滲水，因此，用高壓旋噴樁這種地表加固技術(shù)，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(xiàn)

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