長大隧道穿越沖溝超淺埋段地表注漿加固技術

趙繼偉，高楊

（中國建筑一局（集團）有限公司，北京 100161）

1 工程概況

羅漢山2#隧道是荊門市西城區荊山大道控制工程，是連接深圳大道與象山大道的重要通道，隧道按城市主干路標準設計，設計時速50km/h，雙向4車道，全長2 489.5m，根據地勘資料顯示隧道覆土較淺最小埋深僅為2m，圍巖主要為強風化砂巖，巖體較軟，層理走向于線路方向垂直，且傾角大，巖體節理十分發育。在隧道開挖過程中極易發生洞頂坍塌冒頂的事故。因此，該段隧道施工前必須制訂安全可靠、切實可行的施工方案，才能保證施工安全順利進行。

2 施工方案的選擇

羅漢山2#隧道右線YK5+350～YK5+425區段橫向坡度較大，隧道覆土較淺，初步設計該段施工前需采用水泥穩定土（摻5%水泥）進行反壓回填，再通過暗挖完成隧道施工。實際施工條件因現場征地困難，擬采用地表注漿方式，加固淺埋土體。該方案具有以下的優勢：

1）將原有松散的土質固結改善圍巖的力學性能，減小圍巖對初期支護和二襯的壓力；

2）注漿鋼花管懸掛巖土體，防止塌方冒頂；

3）注漿可以封堵地表水下滲通道，可防止地表水下滲軟化圍巖。

綜合考慮結果，確定采用地表注漿加固地層和堵水的方案。

3 地表注漿方案

3.1 注漿范圍

隧道縱向為YK5+350～YK5+425段，長共計75m，僅對該范圍內覆土厚度小于5m的區段進行注漿加固。隧道橫斷面方向寬度按照左右側起拱線以外0.5m，寬共計12.85m。

3.2 注漿小導管

采用φ42mm×3.5mm熱扎無縫鋼管，鋼花管長度4.5～10m不等，另在端部留1m不打孔作為注漿施工時的止漿段。

3.3 注漿孔布置

橫縱間距1.5m×1.5m，梅花形布置，具體入土深度，視具體隧道斷面頂部覆蓋層厚度進行布置，深入至風化巖層1m。

3.4 注漿材料

注漿采用水泥漿（另加5%水玻璃）。水泥漿液原材料中的水泥采用 P·O42.5 水泥，水灰比 1∶1（重量比）。

3.5 注漿壓力

注漿壓力控制在0.5～1.0MPa。

3.6 注漿量

計算公式為:

式中，Q為總注漿量，m3；A為注漿范圍巖層體積，m3；n為圍巖空隙率，全強風化砂巖層取5%；α為漿液充填系數，取0.8；p為注漿材料損耗系數，取0.1。最終注漿量需以施工現場實際用量為準。

4 地表注漿施工技術

4.1 施工工藝流程

地表注漿施工主要包括鉆孔、注漿等。施工工藝流程為：測量放樣→坡面處理→鉆孔、清孔→鉆孔檢驗→安裝小導管→注漿試驗→注漿→效果檢查。

4.2 鉆孔施工

清表完成后，根據測量技術交底標注出的鉆孔位置和深度，不可侵入隧道開挖凈空,使用地質鉆機垂直于清表后坡面的方向進行鉆孔[1]。鉆孔孔徑必須大于小導管管徑10mm，成孔后，檢查其深度、孔徑等滿足要求。

4.3 施作小導管

小導管管頭做成10cm的尖端，尾部用φ6.5mm鋼筋焊接環向加強箍，距尾部15cm處設止漿環，尾部1m范圍內不打孔，作為注漿時的止漿段，其余部分四周鉆四排8mm壓漿孔，單排孔間距15cm，各排注漿孔梅花形交錯布置。清孔完成，將小導管用鉆機頂入孔內。

4.4 注漿

注漿施工分2步進行，首先，在各分區（孔深不同的部位）中和不同土質中，選取典型斷面上的孔位分別進行注漿試驗，以確定不同孔深、不同土質中的土的空隙率，以及在施工中合理的施工工藝，檢查機械設備和各種管路的性能[2]。其次，注漿試驗完成后，方可在注漿試驗成果的指導下，組織進行大面積施工。（1）采用“鉆一孔→檢驗一孔→注一孔”全孔一次性注漿的施工工藝。（2）地勢較陡峻部位注漿時采用單孔注漿，地勢較平緩部位采用群管注漿，一次注漿管數可為3～5孔，以加快施工進度。

4.5 注漿結束標準

注漿時，安排專人要全程監控注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿和漏漿。采用注漿量和終壓控制2項指標進行雙控，注漿壓力從小到大，當單孔注漿量達到注漿試驗確定的注漿量,注漿壓力達到要求終壓可結束本孔注漿，當注漿壓力達到要求終壓，而注漿量仍達不到注漿試驗確定的注漿量，且10min內注漿量無明顯增加時，亦可結束本孔注漿。

4.6 注漿效果檢查

查閱注漿過程中的記錄資料，觀察注漿量和注漿壓力變化是否合理，是否達到設計要求。

4.7 注漿注意事項

注漿注意以下事項：

1）地表注漿施工必須對已埋設的地表沉降觀測樁點的保護；

2）鉆孔施工與注漿施工要連續進行，合理銜接，鉆孔檢驗合格后及時完成注漿，盡快固結下部土體，截斷地表及地下水的滲流通道；

3）注漿過程中安排專人要全程監控注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿和漏漿；

4）注漿過程中必須做好注漿記錄，以便分析注漿效果。

5 注漿效果評價

注漿施工從 2020年6月10日開始至6月20日止，通過此次施工取得如下效果：

1）確保了施工安全和施工質量目前該段隧道施工已順利通過，通過地表注漿加固，使隧道拱部形成1層具有一定強度和承載能力的殼狀覆蓋層，確保了開挖與初期支護過程中隧道的穩定[3]。

2）采用此方法加快了施工進度，保證了隧道施工工期。地表注漿完成后，注漿施工范圍內土體得到固結，隧道開挖過程中洞內未出現塌方、涌水等現象。

6 結論

1)本隧道施工的關鍵是固結土體防止開挖過程中出現冒頂、塌方等現象，采取地表注漿加固土體能夠有效地防止上述現象發生 。

2)通過地表注漿將整個松散體固結形成完整性好、強度高的土巖混合體，同時，配合洞內超前支護、環形開挖預留核心土法等施工工藝，保證了施工質量及施工安全。

3)嚴格科學的注漿管理是取得良好效果的有力保證，施工過程中應嚴格控制注漿壓力、進漿量等參數，及時調整注漿參數以達到理想的注漿效果。