富水軟弱圍巖隧道施工中的超前注漿加固技術(shù)

中圖分類號 U459 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0071-03

0 引言

在隧道施工中，尤其是在穿越富水軟弱圍巖等不良地質(zhì)段時，由于隧道圍巖自穩(wěn)能力和抗干擾能力極差，施工風險極高。富水軟弱圍巖隧道施工面臨著諸多挑戰(zhàn)，如承壓水、溶洞等不良因素，這些不良因素都給施工帶來了極大的困難[1]。為了保障施工的安全和順利進行，必須采取有效的加固措施。

超前注漿加固技術(shù)是指在地下開挖工程前，通過注槳設(shè)備將漿液注入預(yù)定地層中，以填充空隙、裂縫，并改善土體的物理力學性能，從而提高土體的承載能力和穩(wěn)定性。其原理主要是利用漿液的流動性和滲透性，將漿液注入土體或巖體的裂隙和空隙中，形成固結(jié)體，提高整體強度和穩(wěn)定性[。在富水軟弱圍巖隧道施工中，超前注槳加固技術(shù)不僅可以加固地層，提高隧道的穩(wěn)定性，還可以起到堵水的作用，減少地下水對隧道施工的影響。因此，超前注漿加固技術(shù)在富水軟弱圍巖隧道施工中具有重要的應(yīng)用價值[3]。

該文結(jié)合具體的工程實例，對富水軟弱圍巖隧道施工中的超前注漿加固技術(shù)進行深入探討，通過分析該技術(shù)的加固原理，設(shè)計施工方案，以期為類似工程的施工提供借鑒和參考。

1富水軟弱圍巖隧道施工中的超前注漿加固技術(shù)

1.1工程概況

1.1.1工程軟弱圍巖含水率分析

為分析富水軟弱圍巖隧道施工中的超前注槳加固技術(shù)的應(yīng)用效果，該文以某地區(qū)的高速公路隧道工程為例展開相關(guān)研究，該公路全線隧道比例較大，占據(jù)全線比例約為 6 8 % 左右，其中約為 20 % 的隧道穿越富水軟弱土層，其類型主要以黃土層為主。

該工程的隧道開挖面為 ，對沿線土層結(jié)構(gòu)進行全面勘察后確定：黃土層整體呈現(xiàn)垂直節(jié)理發(fā)育，含水率較高，黃土層具備一個顯著特點，即在含水率較大時會呈現(xiàn)顯著的流速性質(zhì)，穩(wěn)定性較差，但是當含水率較低時又會呈現(xiàn)較好的穩(wěn)定性和較高強度。結(jié)合土層勘察結(jié)果對該地區(qū)的黃土層含水率進行分類，以此更精準地判斷土層狀態(tài)，為后續(xù)施工提供可靠依據(jù)，分類結(jié)果如表1所示。

依據(jù)該分類結(jié)果對全線隧道的含水率進行分析，部分隧道的含水率在 20 % 以上，另一部分隧道土層含水率在 2 8 % 以上，已經(jīng)最大限度接近飽和。因此，該隧道工程圍巖均屬于中高含水率以上。

1.1.2 施工難點

結(jié)合上述土層含水率的分析結(jié)果可知，該工程土層屬于典型的高含水率，會導致隧道圍巖強度較低，因此，在開挖過程中會導致支護結(jié)構(gòu)變形、地表開裂、下沉等情況，甚至容易誘發(fā)突然性塌方[4，施工風險較大。同時，勘測時發(fā)現(xiàn)，地下水位線埋深在 5 0 m 左右，位于隧道開挖斷面上，在施工過程中豐富的地下水會導致隧道發(fā)生涌水情況。如果隧道單位長度的正常涌水量和最大涌水量分別用 （ ）和 （ ）表示，其計算公式分別為：

式中， L —隧道計算長度 τ（ m） ； —隧道單位長度最大涌水量 ）； ——隧道單位長度正常涌水量 ；{經(jīng)驗系數(shù)； K ——含水層滲透系數(shù) （ m / d ） ；r 隧道橫斷面等價圓半徑（m）。

結(jié)合上述公式對該工程的涌水量進行計算后確定 和 的取值分別為 和

基于上述分析：該工程施工時會面臨圍巖強度低、隧道涌水量大的問題。因此，在施工時，需有效完成上述問題處理，以此保證最佳的施工質(zhì)量和施工安全。

1.2 圍巖加固方案

1.2.1鋼護拱支護方案

綜合考慮工程情況，工程中設(shè)計鋼護拱 + 超前注漿聯(lián)合加固方案，該方案先進行圍護加固處理[5]，使用工字鋼護拱進行隧道支護加固，并且保證護拱的縱向間距和原始的拱架支護結(jié)構(gòu)的間距一致，保證加固拱架和原始拱架之間緊密結(jié)合，其加固設(shè)計方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該加固方案的主要自的是提升圍巖的自穩(wěn)能力，鋼護拱具有高強度和剛度，可以有效抵抗圍巖的變形壓力和松動壓力，防止圍巖的進一步變形和破壞，保證隧道的整體穩(wěn)定性。

1.2.2超前注漿加固技術(shù)

（1）注漿方案設(shè)計。

完成鋼護拱的加固處理后，則進行超前注漿，為保證最佳的注漿效果[5]，綜合圍巖的實際情況，在隧道斷面上設(shè)計7個注漿孔，孔深均在 4 m 以上，且不超過 5 m 孔之間的間距在 2 . 5 m 左右，超前注槳方案的設(shè)計示意圖如圖2所示。

通過超前注漿與鋼護拱支護相結(jié)合能夠更好地提升隧道圍巖的穩(wěn)定性和強度，避免圍巖在施工時發(fā)生破壞。

（2）超前注漿施工工藝。

注漿工藝是超前注漿加固技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括注漿孔的布置、注漿參數(shù)的設(shè)定、注漿設(shè)備的選擇以及注漿施工的操作等。注漿孔的布置應(yīng)根據(jù)工程的具體情況和土層的性質(zhì)來確定，注漿參數(shù)包括注漿壓力、注漿量、注漿深度等，這些參數(shù)需要根據(jù)土層的性質(zhì)、施工條件等因素進行合理設(shè)計。注漿設(shè)備需要具有較高的壓力和流量，以滿足不同施工條件下的注漿需求。注漿施工需要按照預(yù)定的注漿參數(shù)和工藝要求進行，確保注漿效果達到預(yù)期目標。

為保證注漿施工效果，采用中空自攻式麻花鉆桿進行施工，該鉆桿自帶出料孔，并且能夠保證漿料注射的均勻性，在圍巖中均勻擴散和滲透。其整體施工工藝流程如圖3所示。

（3）注漿關(guān)鍵要點。

要點1：注漿方式確定。針對地層特性，綜合運用多種注漿工藝，包括前進式分段注漿、鉆桿后退式注漿以及集束水平袖閥管分段注漿，綜合多種工藝的優(yōu)勢，適應(yīng)復雜多變的地層條件。在實施注槳作業(yè)之前，會預(yù)先鉆設(shè) 3 ～ 5 個注漿孔，用以評估掌子面前方的地層狀況，并據(jù)此選定最為適宜的鉆孔注漿技術(shù)，確保注漿效果達到最佳。

要點2：注漿參數(shù)確定。在注漿過程中，注漿參數(shù)的合理性直接影響注漿加固的效果和質(zhì)量，因此，需結(jié)合工程的實際情況，確定合理的注漿參數(shù)。其中，注漿壓力作為關(guān)鍵施工參數(shù)，直接影響漿液的擴散范圍、注漿密實度等，因此，需保證足夠的注漿壓力，以此克服靜水壓力和地層阻力，如果注漿壓力用 P （MPa）表示，其計算公式為：

式中： η —靜水壓的2倍（MPa）； ——為靜水壓（MPa）。

除注槳壓力外，注漿量 G （ ）也是影響注漿效果的主要因素。

式中： R 1 -漿液擴散半徑（m）； —注漿孔長度（m）； n 土層裂隙 （ % ） ； α ——填充系數(shù)；x漿液消耗率 （ % ） 。

結(jié)合上述公式確定該工程的注漿相關(guān)參數(shù)結(jié)果，如表2所示。

1.2.3 注漿質(zhì)量控制

啟動注漿流程后，需持續(xù)監(jiān)控注漿壓力，確保其波動幅度不超過預(yù)設(shè)注漿壓力的 20 % ；一旦觀測到壓力急劇上升，應(yīng)立即中止注漿作業(yè)，防止管道破裂造成人員傷害。精確計量吸漿量，據(jù)此評估并適時調(diào)整水灰比，同時密切監(jiān)測漿液的關(guān)鍵性能指標（如比重、灰分含量等），以保持漿液性能的最優(yōu)化狀態(tài)。

為避免漿液過早阻塞滲透路徑及防止?jié){液過度擴散至帷幕區(qū)域外，灌漿時應(yīng)遵循濃度由低到高的逐步調(diào)整策略。當注漿量達到預(yù)設(shè)目標后，改用高濃度漿液對潛在的滲漏通道進行封堵。對于注漿孔周邊存在裂隙水滲流的情況，應(yīng)采取相反的注漿策略，即從高濃度開始逐漸過渡到低濃度，讓首批高濃度漿液與地下水一同流動并在通道中固化，從而有效阻斷地下水外泄路徑。隨后，改用稀漿，并精確控制漿液轉(zhuǎn)換時機，通過注漿孔向出水通道加壓注入。轉(zhuǎn)換時機的把握至關(guān)重要，過早可能無法有效封堵出水通道，而過晚則可能阻礙后續(xù)漿液的順利壓入。

2 結(jié)果分析

采用超前注槳加固技術(shù)完成富水軟弱圍巖隧道加固施工后，為分析其加固效果，文中對加固過后的圍巖進行監(jiān)測，分析其變形情況。在隧道的斜井及正洞鄰近段落上設(shè)置對比監(jiān)測斷面，對有、無注漿加固措施條件下的拱頂沉降和邊墻水平收斂變化情況進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

對表3測試結(jié)果進行分析后得出：在沒有進行超前加固施工前，隧道拱頂沉降明顯，最大沉降值達到 5 0 . 2 c m ，并且水平收斂結(jié)果最大值為 2 2 . 6 c m ；采用該文研究的超前注漿加固技術(shù)進行加固后，隧道拱頂沉降值明顯下降，最大沉降僅為 1 8 . 6 c m ，并且水平收斂結(jié)果最大值為9 . 5 c m 。因此，超前注漿加固技術(shù)能夠較好地實現(xiàn)富水軟弱圍巖加固，提升圍巖強度和穩(wěn)定性，保證隧道施工安全和施工質(zhì)量。

3結(jié)論

為保證富水軟弱圍巖隧道施工效果，該文以實際工程為背景，研究超前加固技術(shù)，結(jié)合工程實際情況確定鋼護拱 + 超前注漿聯(lián)合加固方案。鋼護拱的安裝和超前注漿的施工可以相互配合，形成連續(xù)的施工流程，縮短工期，提高施工效率，減少圍巖的變形和沉降，為隧道施工安全提供保障。

參考文獻

[1]蔡書洪.富水炭質(zhì)千枚巖隧道集束水平袖閥管注漿加固施工技術(shù)[J].價值工程，2024（17）：70-74.

[2]趙向鋒，盛俊云，莊昭斌，等.凍結(jié)與注漿聯(lián)合加固技術(shù)在富水軟弱淺埋暗挖隧道中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2022（15）：106-110.

[3]丁祥，姚建青，柴金飛.新近系富水砂巖隧道注漿加固圈厚度研究[J].中國鐵路，2023（6）：32-40.

[4]張舜，蔣云東，王余.公路隧道軟弱圍巖大變形段的注漿加固施工分析[J].建筑安全，2022（10）：70-73.

[5]陳鈺斌.隧道地層施工中注漿預(yù)加固技術(shù)的應(yīng)用[J]科學技術(shù)創(chuàng)新，2022（30）：81-84.

[6]楊萬精，陳崢，馬川.淺埋暗挖法區(qū)間富水砂層超前加固技術(shù)研究[J].工業(yè)建筑，2023（S1）：465-468.

[7]周秀蘭.注漿加固技術(shù)在地鐵隧道中的應(yīng)用研究[J]工程技術(shù)研究，2024（6）：64-66.