黃土隧道工程中的過軟塑層注漿加固施工技術

謝經臣

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津301700）

1 工程概況

上閣村隧道建設于甘肅省慶陽市寧縣境內，為典型的黃土臺塬區，施工現場地勢較為平坦，由塬面中心向四周逐步緩傾，該處高程介于1030～1280m，產生的最大高差約250m。該隧道樁號范圍DK207+517.55～DK214+300，總施工長度6782.45m，設置25‰縱坡，最大埋深102m。根據施工要求，設置3 座斜井（520m、175m、650m），主要為正洞施工作業提供支持。

2 工程地質

根據現場勘察結果得知，DK210+257～DK211+000 段地質環境特殊，該處通過軟塑夾層，區域內地下水豐富，部分為軟塑狀，經開挖作業后圍巖穩定性隨之下降，伴隨有變形、坍塌等問題，不利于正常施工作業。

2.1 工程問題

DK210+905～DK210+884 出現塌方事故，該處拱頂至地表埋深較大，約為61m，含有大量硬塑圍巖，部分區域為軟塑狀，拱部設置于地下水位線周邊區域。實際開挖結果表明，中、下臺階兩側均出現較明顯的滲水現象，在此影響下圍巖長期處于浸泡狀態，為松軟結構，且伴隨拱部掉塊的問題，圍巖的穩定性明顯不足，多為Ⅴ級圍巖。

2.2 處理方法

為確保施工安全，針對DK210+884～DK210+740 段（總長144m）采取地表袖閥管注漿措施，在控制土層滲透現象的同時盡可能增強地層穩定性，給開挖作業創造安全的環境。

3 整體設計

確定注漿孔設置方案，采取等邊三角形梅花形布置方式，以現場情況為準，注漿擴散半徑設定為1.3m，通過注漿的方式實現對該段的加固處理。

3.1 加固范圍

橫向：針對隧道橫向左右兩側5m 位置的加固處理，提升該區域的穩定性。

豎向：針對隧道兩側的加固處理，自仰拱底部開始加固，持續至拱頂上方5m 處；針對洞身的加固處理，即隧道拱部以上3m 以及拱頂以上5m 2 部分。

3.2 注漿參數

注漿加固參數具體見表1。

表1 注漿加固參數表

3.3 注漿材料

所用材料為P·O42.5 硅酸鹽水泥單液漿，水玻璃35～40°Bé，模數2.4。

3.4 袖閥管加工

以無縫鋼管（規格為φ76mm、厚3.5mm）為原材料經特定工藝制得，單節長度控制為5～9m，通過插管外接頭焊接的方式實現各節段的穩定連接。

3.5 施工工藝流程

袖閥管注漿施工工藝流程具體見圖1。

圖1 袖閥管注漿施工工藝流程圖

3.6 注漿施工

3.6.1 鉆孔

使用到全站儀以及相關輔助設備確定注漿孔的合適位置。利用地質鉆機展開鉆孔施工作業，孔位偏差應得到有效控制，即水平方向≤5cm，垂直方向≤1/150【1】。準確記錄鉆孔中的各項參數，以便為后繼續注漿施工提供指導；輔以膨潤土泥漿護壁措施，重點關注易塌孔的區域，該處采取套管護壁的方式。掌握鉆孔作業實際情況并將其完整記錄，為注漿施工提供指導；成孔后，通過人工作業的方式緩慢下放袖閥管，并為之注入套殼料。

3.6.2 安裝剛性袖閥管

結束鉆孔作業后完成退鉆桿操作，通過焊接的方式將各節段袖閥管連接成整體結構，下放到孔底，注入套殼料；處理孔口處，可利用速凝水泥砂漿填充，此舉可避免后續注漿時出現返漿現象。

3.6.3 漿液配制

通過試驗的方式確定合適的注漿工藝參數，在此基礎上明確各攪拌桶的實際配比，考慮攪拌桶容積量，經計算后求得漿液體積，漿液配制工作中，使用到專用計量桶，操作中安排專員檢查，在攪拌桶相應刻度處做好標記工作，隨后向攪拌機中摻水，運行設備后摻入適量水泥并持續性攪拌，確保各類材料達到均勻混合的狀態。

3.6.4 注漿施工

此處為單孔注漿方式，單次注漿段長度穩定在0.5～1m，結束首段注漿作業后，緩慢后退注漿芯管，以便展開第二段的注漿作業，遵循上述流程完成整體注漿施工。在此過程中，需做好注漿參數的記錄工作，檢測凝膠時間，對不足之處進行調整，確保注漿質量。

3.7 注漿順序

針對袖閥管的注漿作業，遵循先外后內的順序，采取間隔跳孔注漿的方式。

3.8 注漿結束標準

引入頂壓定量相綜合的控制方式，以此作為評定注漿結束的標準，要求終壓為2～3MPa，與此同時，檢驗每米注漿量，該值若未超過1000L，即可結束注漿。

采取單孔注漿的方式時，若要結束注漿作業，要求實際注漿量應達到設計值的1.5 倍，或是滿足設計要求后再維持該狀態10min。

3.9 回填封堵

完成鉆孔作業后設置袖閥管，本工程采取的是后退式注漿的方式，封堵區域為加固范圍至孔口之間，材料使用的是速凝水泥漿。

3.10 注漿后地表處理

針對注漿加固段展開二次襯砌施工作業，隨后處理地表以下2m 區域內的所有袖閥管，對其采取切割處理措施，并輔以土壤換填操作，要求有效土壤厚度達到0.5m，其壓實系數至少為0.83。

4 施工常見問題及應對措施

根據工程經驗，注漿時易出現串漿等不良問題，需為之采取針對性處理措施。

1）鉆孔作業時若出現空腔，將對正常鉆進造成影響，需填充雙液漿，此后再次鉆進。

2）針對孔間串漿現象，其主要原因在于注漿壓力過大、孔距偏小，應及時調整注漿參數，調節好注漿壓力與速度，將其穩定在合理范圍內，或轉變為間歇注漿的方式。

3）若注漿壓力上升遲緩，將帶來漿液流失現象，諸如漿液濃度不足、注漿方式不合理等均是常見的原因【2】。基于此，以間歇注漿的方式較為可行，或是合理調整漿液凝結時間。

5 注漿效果評定

結束注漿作業后，需選取合適的方法評定注漿加固效果，現階段較為可行的方法較多，以下對3 種典型的方法加以分析：

1）分析法。獲取注漿作業時的各項信息，將其整合后展開對比分析，通過定性、定量相綜合的方式評定施工效果。基于施工信息，形成P-Q-t 曲線，進一步評定注漿效果。通常而言，若P-t 曲線表現出上升的趨勢，Q-t 曲線表現出下降的趨勢，并且結束注漿作業后實際壓力達到了設計要求，實際注漿速度也在許可范圍內，此時可認為注漿效果良好。

2）漿液填充率反算法。建立在總注漿量的基礎上，通過反算的方式求得漿液填充率，若該值超過80%，則認為注漿效果良好。

3）檢查孔取芯法。完成注漿作業后，分析注漿量分布特性，并綜合考慮現場地質環境，形成P-Q-t 曲線圖，確定注漿薄弱之處，針對性地檢查該孔，基于觀察、取芯相結合的方式評定施工效果。此環節中，嚴格控制好檢查孔數量，以鉆孔總量的3%～5%為宜，并滿足取孔芯率＞70%的要求。

6 結語

黃土隧道施工環境復雜，拱頂易出現明顯的變形現象，且該處施工難度較大，因此拱頂施工控制措施尤為關鍵。通過注漿前后拱頂狀況的對比分析得知，采取注漿的方式可有效控制拱頂位移。但注漿加固施工復雜度較高，需注重如下3 點內容：（1）做好注漿前的檢查工作，要求機具管路具有優良密封性，各接頭穩定；（2）做好漿液配置工作，實際操作中相關人員應當佩戴好防護用品，隔離水泥漿液，以免對皮膚造成損傷；（3）注漿作業時做好現場監測工作，明確注漿壓力實際情況，若出現泵壓驟增現象時，表明管路的順暢性不足，應采取處理措施；若泵壓提升幅度較慢，則要從漿液黏度入手解決問題。