隧道軟弱圍巖二次劈裂注漿加固施工技術

王勝利

（中鐵十一局集團第二工程有限公司，湖北 十堰 442013）

1 工程簡介

某隧道起訖里程D2K303+167~D2K306+785，全長3618m，隧道拱頂以上最大埋深209.4m。D2K303+167~D2K306+650 范圍內坡度16.4‰，坡長3483m；D2K306+650~D2K306+785 范圍內坡度7‰，坡長135m。在隧道的硐室及橋梁的樁基施工過程中，由于降雨下滲和應力分布發生變化等原因，山體的穩定性發生了變化。

為了實現隧道洞結構的安全，經過相關技術人員的評定，需進行加固支護施工，在二襯襯砌施工結束之前通過鋼花管對初支背后的洞周圍巖注漿的方式來實現。鋼花管采用（75×4） mm 無縫鋼管制作，長16~20m；注漿孔在初支表面間隔為2.5m，呈梅花狀布置，鋼花管合計5082m。采用潛孔鉆風動成孔，孔徑要求130mm，材料為P·O42.5 級水泥制備的純水泥漿，運用二次劈裂注漿工藝。

2 漿液原料的確定及其相關參數

2.1 注漿原料

1） 水泥類原料。水泥類原料較容易獲取，且成本較于與其他原料也具有經濟性，同時凝固后漿層強度高、綠色環保、對土體影響小。所以該類型原料使用頻率較高也是用料量最大的原料[1]。根據施工實際情況所需，注漿水泥參數如圖1 所示。

2） 化學原料。①水玻璃：水玻璃作為溶液類原料，其優點是經濟性高、凝固時間可控、取材容易和注漿簡易等，應用面較廣，但是該原料耐久性不理想、固結性較差。水玻璃-水泥漿液也屬于該類型原料，也較為常見；②有機高分子：該類型原料包括不飽和酯類漿材和聚氨酯漿材、丙烯酰胺類漿材、環氧樹脂類漿材。

表1 注漿用水泥參數表

2.2 加固圈厚度確定

該注漿施工段的加固厚度將以圍巖塑性圈理論、厚壁圓筒理論為基礎進行計算后取值，然后依照工程和類別比法對最終厚度進行確定。公式（1） 為厚壁圓筒理論計算：

式（1） 中：B—加固圈厚度，m；R0—隧道開挖半徑，m；σ—圍巖固結體允許抗壓強度，MPa；P-最大靜水壓力。

圍巖塑性圈厚度通過修正的芬納公式（2） 完成計算：

式（2） 中：RP-為塑性圈半徑；P0—圍巖初始地應力；Pi—作用于支護結構上的圍巖壓力；c—塑性圈內圍巖粘聚力；φ—內摩擦角。通過式（1） ~（2） 計算后，再與工程類比法相結合，確定該注漿施工段的加固厚度。

2.3 注漿確定

在工程施工過程中，由于山體的力學性質和地質情況較為復雜，為了提升注漿效果，在注漿之前需要設定科學的注漿參數，技術人員應在現場進行注漿試驗來確定注漿量、最佳配合比、注漿時間和注漿壓力。注漿孔布置見圖1。

注漿的方法采用二次注漿，首先進行靜壓注漿，利用內徑為20mm 的鋼化管作為注漿管，漿液配比為注漿水泥：水~1∶0.5，靜壓注漿過程中要嚴格控制壓力，出現漿液溢出的情況要立刻停止注入，然后封閉注漿孔60s，旨在為二次注漿提供條件。二次注漿通過劈裂注漿的方式進行。使用鋼化管作為注漿管，漿液配比為水泥：水~10∶7，壓力控制在1.75~0.25MPa，二次注漿與一次注漿的時間間隔為3h，在間隔時間過程中一次注漿的漿液已經出現凝固現象。二次注漿的原理是利用漿液壓力將松散巖體和一次注漿的漿液劈裂，沿著巖體裂隙擴散，從而實現填塞的目的。注漿結束后土質的抗壓能力有所提升。每延米注漿量按式（3） 計算：

式（3） 中：R—漿液擴散半徑，取1.Om；L—注漿深度，取1.0m；為巖土體孔隙率，取0.17；α—漿液填充率，取0.85；β—注漿材料損耗系數，取1.150。計算可得每延米所使用的注漿材料q=0.522m3。故每延米水泥用量為509.27kg。

3 二次劈裂注漿工序

1） 鉆機準備。在隧道洞內仰拱位置上設置滿足施工要求的腳手架，按照設計要求定位注漿孔，然后開始布置鉆機且對機器的位置進行合理微調，確保鉆孔結束后注漿孔能夠符合工程設計要求。

2） 清孔與鉆孔。鉆孔采用風動潛孔錘進行打孔，鉆頭直徑為140mm。若無特殊情況避免孔位發生變更，鉆孔還要與初支保持水平，傾斜度應≤12mm，鉆孔的深度可比設計深度深20cm，同時使用高壓風將雜物清除，杜絕帶水鉆孔。

3） 注漿管的安裝以及制作。第二次注漿所用的注漿管采用的是無縫鋼管，注漿孔間隔為10cm。鋼管上方1.5m 段打孔后焊封，鋼化管外壁使用膠布封閉，捆綁鋼管時要保證鋼管的潔凈，然后按照相應的設計要求進行套管焊接。將制作好的鋼化管放入到注漿孔中，盡量保證其居中進入以降低密封難度，同時在鋼化管一側安裝PVC 管作為第一次注漿管。

4） 一次注漿。在靜壓注漿過程中利用鋼化管作為注漿管，內徑一般為20mm，漿液配比為注漿水泥：水~1∶0.5，靜壓注漿過程中要嚴格控制壓力，出現漿液溢出立刻停止注入，然后封閉注漿孔60s，為二次注漿提供條件。

5） 二次注漿。二次注漿的時間應在靜壓注漿后的3h 后開始進行，運用分段劈裂注漿，每一段長度為1.5m±0.5m。將注漿管插入到安裝好的鋼化管內按照要求剪切，兩端四口設置在分段位置，通過密封蓋固定在鋼化管上，接下來關閉排氣閥門進行分段劈裂注漿，當注漿達到設計壓力時再提升注漿管，當全孔注漿結束后方可進行下個孔的注漿。

6） 注漿善后工作。當二次注漿結束后使用錨固劑密封并切割鋼化管，同時與隧道初支保持水平。整個注漿結束后拆除腳手架，現場人員需要進行清理以確保隧道內的衛生。

4 加固施工注意事項

4.1 加固效果分析

該進口段軟弱圍巖鋼花管注漿加固已經結束，注漿使用的原料量為2550t，平均每延米水泥用量501.8kg，試驗的相關參數與現場實際完全吻合。經過人員檢測可知初支背后圍巖密實，不存在空洞；同時經現場監控量測發現隧道初支沉降和收斂數據穩定，由此可見注漿效果良好。

4.2 注意事項

1） 鋼化管的運輸、安裝以及擺放過程中需要保證管壁膠帶不出現磨損，如果出現損壞現象及時修補；2） 嚴格控制漿液配比，水泥與水需要進行稱量；3） 將攪拌均勻的水泥漿進行過濾，目的是除去漿液中的顆粒和大塊物體，為注漿效果提供保障；4） 在注漿過程中需要不斷攪動漿液，防止出現沉淀現象，并密切關注相關參數以及漿量的變化；5）嚴格控制好漿液配比和按設計要求封閉；6） 控制好兩次注漿的時間間隔，確保二次注漿的順利進行和注漿效果；7）如果在注漿過程中出現異常情況，需要及時找出原因并采取有效措施解決。

5 結語

工程地點的土質條件是影響施工質量的重要因素，特別是在隧道施工中土質條件的影響更大，因此需要采用加固的方法來保證施工質量，二次劈裂注漿加固技術便是不錯的選擇。相關施工人員應熟練掌握該項技術并嚴格控制各環節質量，從而保證隧道施工的整體質量。