隧道超前預注漿施工探討

李小嬌

【摘要】超前預注漿是一種在工程開挖前通過注漿充填圍巖縫隙的施工工藝，具有阻塞水流、加固圍巖的作用。本文圍繞灌漿參數設計、注漿施工方案、超前預注漿施工技術要點，探討了超前預注漿施工技術在隧道工程中的具體應用，以供參考。

【關鍵詞】隧道工程;超前預注漿;施工技術

超前預注漿是隧道施工中的常用技術，在加固隧道圍巖、抑制地層位移、防范地表沉降等方面起到關鍵作用。由于隧道工程的施工難度普遍較大、影響因素較為復雜，因此需在使用超前預注漿工藝前完善施工準備與安全防護工作，加強對注漿方案、材料、工藝、設備等要素的把控，便于達成最優注漿效果。本文以某市地鐵二號線穿越巖溶區段為背景，根據該段地鐵隧道的拱頂沉降監測數據，結合注漿加固原理和漿液滲透理論，通過分析注漿材料和注漿參數，得到巖溶區段注漿后形成的復雜受力狀態特征和位移變形分布規律，最終給出地鐵隧道穿越巖溶區合理的處治方案。

1、注漿參數的確定

注漿過程涉及到注漿參數的確定，包括：注漿壓力、注漿量、擴散半徑和注漿段長度。

1.1注漿壓力

注漿壓力指漿液克服流動阻力，在地層間擴散、充填和壓實所需力。注漿壓力與注漿地點的水頭壓力、巖土體孔隙狀態、土層與漿液之間的摩擦系數、注漿斷面面積、漿液凝固時間等因素有關，并沒有統一標準，通常根據現場注漿試驗來確定。

1.2注漿量

注漿量是指注入地層中漿液的使用量，可分為單孔注入量與注漿段總注入量，注漿量應根據工程地質概況、水文條件、注漿方案、所選漿材和預期注漿效果來確定。

1.3擴散半徑

擴散半徑是指在注漿壓力下，漿液從注漿孔沿地層間孔隙向四周擴散，逐漸填滿地層孔隙，最終凝結硬化巖土體的范圍，可近似認為注漿范圍呈球形分布。

1.4注漿段長度

根據注漿方式可分為全段一次注漿與分段注漿，分段長度不同，所取得的加固效果、消耗的經濟成本、施工的難易程度不一樣。所取段長越短，注漿壓力作用越顯著、漿液擴散越均勻、加固效果越好。

2、注漿設計

2.1注漿范圍

本文巖溶形狀近似為長方體，考慮到堵水加固的目的，為避免勘察的不完全性，注漿的范圍大于溶洞本身范圍。在巖溶兩端沿隧道軸向各延伸3m，注漿段起訖里程為AK3+217～AK3+253;在垂直于隧道軸向方向，考慮到地鐵隧道的安全穩定性，以隧道軸線為中心線，向兩邊各延伸隧道直徑的1倍，即兩邊各延伸12m;在巖溶高度方向，其最大高度為21m，由于隧道頂部土層厚1.05m，隧道底部土層厚13.95m，隧道直徑6m，因此高度方向注漿23m，其中隧道頂部以上注漿2.0m，隧道底部以下注漿15.0m。也即注漿最大范圍為36m×24m×23m。在鉆孔注漿過程中，沿豎向打到巖層內部2m深度范圍內即可。

2.2注漿材料

由于巖溶內部充填物主要為紅黏土，且夾有少量石灰石碎屑，漿液很難通過滲透注漿方式注入，故選擇懸濁型漿液，采用劈裂注漿方式進行注漿。選用水泥?水玻璃（CS）漿液，可方便調節膠凝時間，水泥采用425號新鮮普通硅酸鹽水泥，無受潮結塊現象，注漿用水可選擇自來水廠飲用淡水，但要嚴格控制注漿用水的酸堿度，水灰比選用1∶1，水玻璃要求符合國家標準。

2.3注漿孔布置

全孔采用Φ110套管，Φ108鉆頭鉆進，護壁套漏出地面0.5m。注漿管間距1.5m，多排注漿孔布置，注漿孔采取梅花形排列，由巖溶外圍逐漸向里推進，共鉆孔400個。

2.4注漿方式與注漿分段長

采用地面預注漿方式，由于巖溶上部有6m厚的巖層，考慮采用分段上行式注漿。注漿分段長為4m，當巖溶高度不足4m時，采用全段一次注漿。

2.5膠凝時間與注漿壓力

巖溶內含水，但并未發現涌水現象，因此膠凝時間取3min。由于巖溶區域地層大部分為紅黏土層，注漿壓力考慮取為0.6MPa，并根據施工過程中出現的情況隨時調整漿液壓力。

2.6注漿量

漿液注入量應該保證充填率在50%左右，漿液注入量預設為4m3/m。根據以上各預設參數進行注漿，然后根據現場注漿實際情況調整相應參數，以期達到最優注漿效果。

3、注漿施工工藝

3.1施工準備

施工前對該巖溶段進行土層地質調查，詳細了解該巖溶的大小與分布情況，以確定注漿孔布置以及漿液制備;對土層成分進行成分分析，確保漿液與土層中某些成分之間的化學反應對于注漿效果不會產生影響，如若出現不利影響，應及時調整漿液成分，避免與預期效果相差較大;調查對地下水分布情況，測定自然水位，求出土層滲透系數，避免出現泡漿情況。通過試驗研究，分析地下水酸堿性對注漿效果、漿液膠凝時間、水泥硬度及耐久性的影響;對周邊環境進行調查，詳細掌握周邊建筑物的基礎類型，防止注漿施工期間對周圍構筑物產生不利影響。調查地下水井分布情況，對飲用水源采取保護措施，防止漿液流入井中，做到不污染地下水。完成上述調查之后，組織施工人員清理施工現場，進行設備調試，孔位測設，制備注漿材料。

3.2注漿孔施工

搭建施工平臺，采用多臺MG-50高壓旋噴鉆機同時鉆進，各鉆機對準已測設好的孔位進行鉆孔，要求孔位偏差不超過2cm，鉆孔一次性完成，鉆孔深度應超過設計深度0.3m以上。做好鉆探詳細記錄，記錄各鉆孔鉆進尺寸，巖土層變化區段，出現涌水位置等，根據鉆進速度判斷各巖土層強度。根據實際鉆孔情況，整個鉆孔過程中無涌水現象發生。

3.3安裝注漿設備進行壓水試驗

安裝完注漿設備之后，進行壓水試驗，注水量逐漸增大，注漿壓力比設計終壓大0.5MPa，檢查注漿是否有竄水、漏水現象出現，測定壓水流量，測定鉆孔吸水率，檢查止漿塞止漿效果。根據現場實際檢測結果發現注漿孔段吸水量Q為25L/（min.m），進水量不大。

3.4確定漿液配合比

根據壓水試驗所采集的試驗數據，選取水泥-水玻璃漿液，采用42.5號普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1。在配方中加入所需添加劑，先將少量組分與中等量稀釋劑混合，進行攪拌，再與大劑量漿液攪拌均勻，并在漿液中加入了適量惰性染色劑，為后續確定漿液滲透范圍分析所用。

3.5注漿

注漿順序先疏后密，先周邊后中間，漿液密度由稀到濃交替進行。先開水泥漿泵將孔中的水壓入裂隙，后開水玻璃漿液泵進行注入，實現雙液注漿。注漿全過程觀察并記錄注漿量與注漿壓力。當注漿壓力達到設計的0.6MPa時，若注漿流量穩定在100L/min時，即可停止注漿。

結語：

圍巖穩定性現已成為影響隧道施工質量與順利貫通的重要因素，采用超前預注漿施工技術可實現圍巖縫隙的有效充填，具有阻塞水流、加固圍巖等現實功用。在具體使用過程中還需強化對注漿參數、注漿方案、施工技術要點等環節的動態管理，完善注漿效果檢驗評價，進一步為隧道施工的質量與安全提供保障。

參考文獻：

[1]武衛星，朱敏，郭曉剛.地鐵工程穿越巖溶地區處理技術研究[J].人民長江，2011，42（1）：47-49