袖閥管注漿在隧道洞口地表加固中的應用

吉 佩

（內蒙古公路交通投資發展有限公司安公高速公路項目建設管理分公司，內蒙古自治區 錫林郭勒盟 026000）

1 工程概況

某隧道全長4 812 m，進口里程K229+945，出口里程K234 + 757，隧道洞身線路大體呈N-S向局布。進口標高約558.7 m，出口標高約572.2 m，最大埋深約564.3 m。其中K229+945~K230+040段為明洞，K230+040~K230+110段為淺埋暗挖段。地表地層為硅鈣質粉砂巖、粉質粘土，褐黃色，軟塑狀全風化圍巖，且富含大量地下水，自穩能力極差，故此，施工過程中采用袖閥管注漿（劈裂注漿）工藝穩定隧道洞口地層。

2 袖閥管注漿工作原理

2.1 袖閥管構造

注漿采用的袖閥管（塑料材質、管徑），包括花管段以及實管段（結構見圖1）兩個部分。在花管段間隔33 cm鉆一組射漿孔，一般一組射漿孔取6~8個，射漿孔呈梅花形布設，其外圍由長5~8 cm的橡皮袖閥包裹。

圖1 袖閥管構造示意圖

2.2 袖閥管注漿原理

袖閥管是一種只能向管外出漿，不能向管內返漿的單向閉合裝置。在注漿期間，注漿泵輸出的高壓漿液通過注漿軟管、注漿管后在袖閥管注漿管處集聚；在注漿壓力作用下漲開PVC管外包裹的橡皮袖閥并擠碎套殼料；隨著注漿壓力增大，注漿漿液在注漿加固區裂隙中擴散，膠結后可提高加固區強度。

如圖2所示袖閥管注漿原理示意圖，在壓力作用下注漿漿液進入到加固區地層中，當停止注漿時袖閥管漿液膠結后會封堵注漿口，從而避免加固區內地下水或者泥土流入到袖閥管內。

圖2 袖閥管注漿原理示意圖

3 注漿設計及施工

3.1 加固范圍及注漿參數

為保證隧道洞身淺埋暗挖段施工安全，在暗洞施工前，首先需要對DK230+040~DK230+110段進行地表注漿加固，以改善洞身淺埋段圍巖物理力學性能。

加固范圍為隧道左右邊墻外5 m，寬為22.86 m，加固深度為隧道拱頂與仰拱外5 m，高為21 m。

注漿采用袖閥管分段后退式注漿，地表設置20 cm厚C20混凝土止漿盤，在止漿盤中間設置Φ6鋼筋網，止漿盤上部鋪砌30 cm厚C25混凝土。其他地表范圍內采用水泥注漿。水泥注漿孔距為2 m×2 m；注漿材料為水泥漿液，水灰比0.8∶1~1∶1；注漿壓力為0.5~2 Mpa；漿液擴散半徑為1.5 m~2 m；注漿開孔直徑不小于90 mm，終孔直徑不小于70 mm。

袖閥管注漿采用Φ60 PVC塑料管，采取垂直布設注漿孔，注漿孔采取梅花型布置，袖閥管全長設置。孔距1.73 Rm，排距1.5 Rm。滿堂布置，孔深21 m，成樁直徑1.2 m，平面布置見圖3。

圖3 袖閥管注漿孔位布置圖

3.2 施工工藝及流程

圖4為注漿工藝流程，涉及到的工作主要包括放樣、套殼料置換、袖閥管插入以及注漿等。

圖4 袖閥管施工工藝流程

3.2.1 放樣定位和成孔

首先場地進行粗平，用全站儀確定注漿范圍的四個角點位置，施作止漿盤。然后采用拉線和卷尺量測的方法定出鉆孔孔位。

注漿孔距為2 m，為檢查注漿效果及減少空間的相互影響，現場施工時采用間隔注漿的辦法，隔一孔注一孔。先注外側一圈，注漿完成后，再實施內圈鉆孔注漿。

采用地質鉆機鉆注漿孔，孔徑90~110 mm。鉆機按照預先設定位置擺放到位后，應確保鉆孔穩固、底部平整，在開鉆前采用吊錘檢測鉆孔及鉆頭垂直度，在鉆進過程中每鉆進2 m均調平校正鉆機，確保施工的鉆孔傾斜度在1%以內。鉆孔鉆進采用合金鉆頭，若施工過程中遇到堅硬巖層時，則換成金剛鉆頭鉆進。為防止鉆孔的塌孔，采用泥漿護壁。

3.2.2 置換套殼料

套殼料主要功能是封閉鉆孔孔壁與注漿袖閥管間的空間，避免注漿時漿液亂竄，套殼料主要為粘土水泥漿。在注漿鉆孔施工完成后，需將注漿加固段泥漿采用套殼料置換。套殼料設計參數及性能檢測見表1、2。

表1 套殼料設計參數

表2 套殼料物理力學性能檢測結果表

3.2.3 袖閥管插入

在完成套殼料置換后即可向鉆孔內插入袖閥管，使用的袖閥管單節長度均為4 m，鄰近的2節袖閥用PVC套管連接（長度20 cm）。袖閥管埋入到位后，在套殼料以上區域澆筑固定固管止液，避免后續注漿時漿液從袖閥管、鉆孔壁空間上竄。

3.2.4 注漿

套殼料養護5~7 d，強度達到0.3~0.5 MPa后，注漿花管（4帶雙塞）從袖閥管內部下放的注漿加固位置，從而實現分段注漿。注漿時在注漿泵上安裝流量計實現注漿量監測。在注漿過程中應注意觀察其他鄰近注漿孔是否出現排氣、返水或者冒漿等情況。

為確保注漿的順利進行，在進行現場施工操作時，需注意以下幾點：

（1）雙塞管與注漿內管應緊密連接，并下放至袖閥管底部；

（2）注漿內部頂部位置應與注漿泵出漿口緊密連接，并加裝壓力表，實現注漿壓力監測；

（3）按照預先設計配比水泥漿并攪拌均勻，水泥漿料筒通過軟管與注漿機進漿口連接；

（4）開啟液壓注漿泵進行注漿，注漿開始壓力0.5 Mpa，逐漸加壓至終壓2.0 Mpa并繼續注漿10 min以上。

3.3 施工工藝控制

袖閥管施工過程中，為保證施工效果，需注意以下事項：

（1）鉆孔時要控制好孔位和縱橫向孔距，保持好造孔的垂直度；

（2）在注漿時可依據注漿效果對注漿漿液配比以及注漿參數（包括注漿壓力、注漿量等）進行調整，以便提升注漿加固效果；

（3）注漿過程中要采取相應的措施來防止堵管，堵管的處理要快速及時，不能慌亂；

（4）水泥漿在注漿前若出現離析或者沉淀等情形時，應進行二次攪拌，確保注漿漿液配比在設計范圍內；

（5）在注漿加固過程中應對詳細記錄注漿情況，掌握注漿流量、壓力變化情況并綜合分析，以便后續判定注漿加固效果；

（6）在注漿鉆孔施工過程中以及注漿加固期間做好鉆進設備、注漿設備等檢查工作，消除潛在的隱患，確保鉆孔鉆進以及注漿工作高效開展；

（7）由于注漿管路拆卸過程中存在一定安全風險，因此在注漿操作以及后續管路拆除過程中，作業人員應佩戴質量合格的防護眼鏡、佩戴橡膠手套以及其他勞動防護設備；

（8）按照相關要求進行文明施工，注漿結束護及時清理泥漿并作為清潔工作。

3.4 施工效果檢驗

（1）注漿加固完成后，抽樣檢測鉆孔注漿質量，檢查孔應依據現場情況隨機抽取，抽取的檢查孔數量按注漿孔總數5%且數量不少于3個；

（2）直觀檢測漿液滲透情況，漿液填充系數達到80%以上；

（3）取樣測試固結體7 d單軸無側限抗壓強度為0.7~2.9 MPa；

（4）經鉆孔檢查，孔內無涌水、涌砂現象；

（5）隧道后續施工過程中，洞內未出現大量涌砂、涌水等情況，表明在洞口采用的地表注漿加固效果較好，可為隧道安全高效施工創造良好條件。

4 結語

袖閥管注漿是改善地層條件、提高巖體穩定性及強度的有效技術措施，可有效提高粉砂質泥巖、粉砂質黏土以及破碎巖體等穩定性，同時可實現分段、間歇及定量注漿，在隧道施工超前加固中表現出較為明顯優勢。

某隧道K230+040~K230+110段為淺埋暗挖段、圍巖自穩能力極差，給暗洞開挖帶來了極大的施工難度及安全隱患。通過采用袖閥管法對地表進行注漿加固處理，增強了隧道洞身范圍圍巖的自穩能力，減小了開挖過程中圍巖發生垮塌的危險，成功地解決了淺埋、軟弱圍巖中隧道礦山法施工容易發生塌方的難題。