后退式注漿輔以真空降水技術在軟弱圍巖隧道中的應用

鄧青

（江西省公路橋梁工程有限公司，江西 南昌 330000）

某省交通運輸“十三五”重點建設項目加西公路3標第一合同段里程樁號k95+430～k14+425，全長8.99km。其中大通摩天嶺1號隧道進口端位于大通縣李家堡村。該隧道設計為分離式隧道，隧道左線長1746m，右線長1708m，圍巖級別V級，隧道洞底最大埋深約217.02m，隧道軸線總體走向約為292°。

一、注漿施工方案的選擇

由于掌子面圍巖基本為全風化砂巖夾薄層泥巖且含水量極大，超前探孔顯示前方富水。如果不對掌子面圍巖進行加固而盲目采用CD法小進尺掘進，在后續施工中極有可能出現突水涌泥等情況，對既有初期支護造成破壞，還會導致掌子面出現大面積塌腔，繼而引發更大的施工安全問題。因此需要對掌子面圍巖進行注漿加固，及時排除內部明水，加強圍巖自穩性，保障后續施工的安全性。如采用常規施工方法（前進式注漿工藝）進行注漿，首先需要反復鉆孔與注漿，工序繁瑣，耗時較長。同時因圍巖含水量大且強度極低，鉆機不易成孔，還極易發生塌孔。其次注漿時漿液容易在止漿墻附近冒漿，導致圍巖前方內部漿液的有效固結效果極差。結合工程實際，選取后退式分段注漿工藝，可保證掌子面圍巖由內向外有效加固。因圍巖內部含有流動水，其走向不明，在圍巖內的滲透性較強，為提高注漿效果，輔以真空降水工藝。

故采用后退式分段注漿輔以真空降水措施加固掌子面圍巖，開挖采用CD法施工繼續掘進。

二、后退式注漿施工方案

（一）工藝原理

后退式分段注漿是指利用雙芯注漿鉆桿將一定比例配制而成的漿液在鉆頭處混合后直接注入孔內，漿液在液壓和氣壓的共同作用下，通過空隙充填、擠密擴孔、劈裂流動等方式滲透擴散到巖層孔隙中并迅速凝固，與四周破碎巖層共同固結成具有一定強度的結石體以增強穩定性。整個注漿過程中應遵循由下而上、由里向外、邊注邊退（壓力達到3MPa，后退鉆桿0.5米，再注漿）的順序，即層層“抬水”方式，在隧道周邊及掌子面形成一個固結止水加固區，將水封堵至固結范圍以外，切斷地下水流通路，阻止水流動，以此達到固結止水效果，保持圍巖穩定，增強施工安全性。

（二）后退式注漿技術特點

鉆注一體機體型較小，移動方便，適用較復雜的施工環境。同時操作簡捷，從鉆孔至注漿完畢，能夠不間斷作業，施工效率高，節約施工成本。

使用的雙芯鉆桿能夠直接鉆孔至設計深度，然后直接用以注漿。當采用雙液漿時，鉆桿外管充注水泥漿，內管充注水玻璃，鉆桿頭自帶漿液混合器，兩種液體在混合器內充分混合并迅速注入圍巖內。較常規工藝，漿液混合器能夠使液體充分混合，可有效防止雙液漿在注漿管內因停電、故障等原因發生凝固，堵塞注漿管。

施工中鉆桿可以旋轉，不會出現卡鉆、漿液溢流等狀況，節約一次性投入費用。

漿液對土層有很強的滲透性，可通過調節配合比和注漿壓力的方法控制注漿加固范圍。

對于隧道注漿，可實現多角度傾斜注漿，調整好注漿壓力，也能夠進行水平超前注漿作業。

（三）施工流程及控制要點

1.施工工藝流程

圖1 后退式注漿施工流程圖

2.操作要點

（1）掌子面處理

采用該工藝注漿時須預留4m圍巖作為止漿巖盤。首先對掌子面破碎圍巖進行清理，根據此段情況采用掌子面掛φ8鋼筋網+C25噴射混凝土作為止漿墻。

（2）注漿材料的選擇

普通水泥單液漿，特點是加固體具有很高的抗壓及抗剪強度，可極大提高圍巖的承載能力，且抗滲性較強；缺點是顆粒粒徑較大，在致密的黏土及微小裂隙條件下滲透困難，當巖層內含水量較大時，凝結時間不易調節，極易造成漿液流失。適用于一般地層且地層內無動水、含水量較低等圍巖加固。

水泥-水玻璃雙漿液是以水泥和水玻璃為主劑，該漿液克服了水泥漿凝結時間長且難以控制、流動條件下凝結率低等缺點，提高了注漿效果，能夠有效控制注漿范圍。適用于隧道涌水、涌泥封堵及含水量大呈流塑狀地層的加固。

該工程實例圍巖含水量大且呈現流塑狀，故采用水泥-水玻璃雙液漿加固。

（3）鉆孔施工

測量布孔。根據現場情況利用測量儀器將掌子面孔位按照設計布置圖進行布設。要嚴格控制好孔口位置，孔口位置允許偏差±5cm,孔底位偏差小于30cm。

設備就位。根據孔位布設位置搭設工作平臺，將鉆機、注漿機、攪漿設備、備料車依次擺放在工作平臺上，要保證設備固定平穩并檢查設備運轉、管路情況，保證設備正常運轉。后盤調制好漿液，并保證連續供應，方可進行施工作業。

鉆機鉆進方向定位。作業前要進行試鉆，以保證鉆孔質量及作業安全性。作業時需用測量儀器準確定出鉆機鉆進方向并不斷調整鉆機方位，將鉆具調整對準設計終孔空間點位。

鉆具準備。注漿孔采用ZLJ-700D型鉆注一體機鉆進，鉆進前必須準確定位鉆桿導向器。

（4）注漿壓水試驗

壓水試驗：在注漿前要進行壓水試驗（壓力設定為3MPa），以評價巖體的滲透性，判定巖體透水性的強弱，測定巖層吸水量，從而進一步確定漿液的初始濃度和預估注漿量。同時能夠測定注漿壓力損失情況，確定注漿終壓，保證注漿效果，還可以檢查各管路連接密封性，是否耐壓，有無漏水情況。

根據圍巖的裂隙發育情況和壓水試驗結果對單孔注漿量進行估算，該鉆注一體機注漿量為7.5 m/h。正式注漿時，先采用水灰比為0.7的漿液進行試注漿，正常后再逐漸提高漿液濃度使其達到設計值。其中水泥漿∶水玻璃=1∶0.6～1∶1（體積比），水泥漿水灰比為0.8 ∶1～1 ∶1，水玻璃模數為2.6～2.8，濃度為30～40Be。注漿過程中要隨時觀察壓力表及注漿數量是否在正常范圍內，出現異常時及時調整施工并查找原因。注漿前要做好各項準備工作，緊張有序，有條不紊，防止出現抱鉆、堵管等現象，影響注漿質量。

（5）注漿施工

材料參數。由于圍巖內含水量較大，根據現場情況準備超細水泥及水玻璃雙等材料，采用水泥-水玻璃雙液漿進行注漿作業，水灰比W/C=0.6～1.1，水泥漿與水玻璃體積比=1∶0.5，凝膠時間視現場情況而定，注漿參數應根據現場實際情況進行動態調整優化。

注漿順序。整個注漿過程中應遵循由下而上，由里向外，邊注邊退（壓力達到3MPa，后退鉆桿0.5米，再注漿）的順序進行，即層層“抬水”方式，在隧道周邊及掌子面形成一個止水加固區，將水封堵至固結范圍以外，以此達到固結止水效果。

注漿方式。鉆孔鉆至設計深度后，由雙液注漿機向鉆桿內注入水泥-水玻璃雙液漿，使其在鉆桿頭混合器內混合并注入巖層，當壓力達到3MPa，進漿量小于100L/min，壓力升高較快，則將鉆桿后退0.5m，再接著注漿，直至該孔注漿完成。最大注漿壓力不得超過5MPa。

3.注漿完畢

注漿結束后應將鉆桿沖洗干凈后全部收回，對注漿孔進行封堵，恢復原狀。

（四）材料與設備

表1 主要材料

表2 主要機械

（五）質量控制

注漿過程中應根據圍巖情況和設計要求等確定注漿壓力；注漿結束后應及時對注漿效果進行檢查，若不合格應補漿，檢查合格后要對注漿孔及檢查孔封堵密實；注漿配合比應滿足設計要求并根據現場試驗調整確定；注漿孔間距、孔深及鉆孔偏位允許偏差應符合規定。

注漿過程必須要嚴格按照施工作業流程進行，控制好注漿壓力，注漿作業須由專人操作。當出現壓力驟升或冒漿現象，應立刻停止注漿，每段注漿量要符合設計要求，跑漿時，應采取處置措施確保注漿量滿足要求。

每道工序設專人負責操作記錄，并留存好第一手數據和影像資料。

三、真空降水施工方案

（一）工藝原理

真空降水由鋼花管（兼做過濾管）、集水管、閥門等形成管路系統，真空泵啟動后，將鋼花管內及其周邊一定范圍內空氣抽走，形成真空狀態。而鋼花管附近的流動水因壓力作用進入鋼花管被強力吸入到集水管內，進而使鋼花管周圍的流動水減少。抽真空過程中，鋼花管周圍的流動水位與真空區域以外的流動水位之間會形成壓力差，在壓力差及重力作用下，掌子面圍巖內的流動水會明顯減少。

（二）施工流程及控制要點

1.施工流程

圖2 真空降水施工流程圖

2.操作要點

真空降水泵就位。結合施工現場實際情況，將真空泵就近安裝，應規范施工用電管理，要做到“一機、一閘、一箱、一保護”，線路接通后，設置專人管理真空泵并進行試運行。

測量放樣點位。結合掌子面附近出水點布置點位，可在掌子面布設點位，也可在既有初期支護布設點位，具體視情況而定，可做適當調整。

成孔、放置鋼花管。過濾管采用φ50削尖打孔鋼花管外包200目碳纖維濾網而成，長度4m，可視情況而定。成孔采用YT28氣腿式鑿巖機成孔，圍巖較堅硬時，可先成孔并對其清理后安置過濾管，圍巖極軟弱時，可直接將削尖鋼花管利用鑿巖機頂入至設計深度，埋入掌子面土體內3.5m，外露不小于0.5m。

充填砂礫、孔口封堵。采用砂礫將鋼花管周填充砂礫石孔口0.8m處，并采用砂漿對孔口進行封堵，封堵長度0.8m，以便形成真空環境。

接通集水管。將鋼花管口通過集水管與真空泵連接起來，要保證連接良好，接口密封，以保證真空降水順利實施。

開泵抽水。管路連接完成后即可開始抽水，若漏氣，就對管路系統重新進行檢查。正常工作后，為避免沉降顆粒物，盡量保持工作連續性，切勿隨意間斷。

3.控制要點

要控制好點位布設距離及范圍，距離過大易影響降水效果；距離過小，易造成資源浪費；孔口封堵要嚴格控制密實度及封堵長度，保證空氣不滲入；抽水過程中，要對出水量、含泥量等進行定期記錄；通過聽管內水流，管子是否振動等方法判斷管路系統是否堵塞。

綜上所述，后退式分段注漿具有節省人力、物力及財力的優點，通過一次性將鉆桿后退式分段注漿技術能有效控制軟弱圍巖的變形，一次注漿成功率高，大大減小了地表沉降、初支收斂變形，同時注漿效率較高，施工速度較快，加快了隧道開挖的進度，保證了施工質量安全。

四、結語

在進行隧道工程施工時，采用后退式注漿輔以真空降水施工技術成功穿越了飽和軟土、富水砂層等不良地質段落，相較于傳統的注漿加固施工方法，該技術具有以下明顯優點：鉆注一體機體型較小，移動簡便，受作業空間制約較小；操作簡便，人員配備較為精簡；工序簡便，可操作性強；可以邊注漿邊退鉆桿，提高了施工速度，確保注漿的有效性；鉆桿一次性深鉆入孔底，使得注漿漿液能夠盡可能發揮有效作用，減少了漿液的浪費，同時也避免了常規注漿辦法中漿液大量外滲的情況，節省了資源。