淺析裂隙巖體中隧道注漿加固理論研究及工程應用

（中交四公局海外事業部，北京 100022）

淺析裂隙巖體中隧道注漿加固理論研究及工程應用

劉嶺忠

（中交四公局海外事業部，北京 100022）

為了保證隧道工程建設的質量和安全，必須對裂隙巖體中的隧道進行注漿加固。本文對裂隙巖體中隧道注漿加固理論進行了研究，并探討了其在工程中的應用問題。

裂隙巖體；隧道注漿；加固

由于我國地質情況比較復雜，尤其是西南部地區，地質構造運動相對頻繁，在隧道施工中，存在大量的裂隙巖體，不僅給隧道施工帶來困難，而且在隧道建成后還會出現襯砌結構破壞等現象，影響隧道運營的安全性和穩定性。因此，有必要對其注漿加固理論及工程應用進行研究。

一、裂隙巖體隧道注漿加固理論研究現狀

受地下復雜地質條件的限制，實驗室里很難模擬出注漿介質和注漿工藝，目前國內外裂隙巖體隧道注漿加固理論研究主要集中在以下幾方面：①裂隙巖體隧道注漿材料的流變特性；②滲透注漿理論研究；③巖體劈裂注漿理論。后兩種理論在城市地鐵隧道注漿加固工程中應用比較多，并且這兩種理論研究逐漸發展成為當今該領域內主要的理論研究方向。但是目前裂隙巖體隧道加固理論研究還不夠深入，使得注漿工藝因缺乏有效理論指導而停滯不前。

目前我國裂隙巖體隧道工程注漿加固材料主要采用的是水泥和化學注漿，兩種注漿材料各有優缺點。水泥注漿材料優點：制造成本較低、原材料來源豐富、晶體具有較高強度和漿液配置簡單等；缺點：注漿顆粒粒徑較大，難以滿足裂隙巖體裂縫要求（注漿實體裂縫應控制在0.2mm以內）。化學漿液優點：流動性能較好且材料粘度低，能夠將注漿實體裂縫控制在要求范圍以內；缺點：制造成本較高，具有一定毒性。

在裂隙巖體隧道工程施工中，各種注漿加固技術已經廣泛應用，但是在注漿加固理論方面還有待深入研究才能滿足隧道工程實踐注漿的需要，引導注漿加固技術得到更大的發展。

二、裂隙巖體中隧道注漿加固機理分析

注漿是指在一定的機械輔助下，將化學漿液或水泥漿液注入到工程實體中，以實現止水目的。要想獲得較好的注漿加固效果，在工程施工前，應充分掌握工程實體的水文地質情況，并分析地下水運動規律；了解注漿材料特性，并仔細研究其在工程實體中的流動及擴散規律。

注漿加固理論是研究漿液在裂隙巖體工程中的流動規律，展示工程注漿工藝同地質條件及注漿材料性質間的關系，為巖體工程注漿加固技術提供科學的理論依據。地下水的運動規律同巖土中灌注漿液流動及擴散規律較為接近，不同的是其運動阻力比地下水較為復雜，流變性也有差異。漿體的流動性會因注漿材料性質而發生變化。如果采用較為粘稠的漿液進行灌注，漿液則會受到不同壓力和地層影響，產生不同的擴散方式。主要有滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿等注漿理論，如圖1所示。

①滲透注漿。粘稠漿液在壓力作用下會滲入工程實體裂隙中，這一過程會排擠出巖體裂隙中的水分和氣體，漿液在裂隙中還會凝結固化，最終達到注漿加固的目的。滲透注漿理論研究條件是工程實體在較小的注漿壓力下結構不會遭到破壞。②壓密注漿。這種方式的注漿主要是利用鉆孔向工程實體中注入濃度較高的漿液，從而加密工程實體以提高其承載力。這種形式的注漿適用于軟弱土層中。③劈裂注漿一般采用壓力比較高的漿液進行裂隙注漿加固，利用壓力擴大巖體裂隙可注漿范圍，從而增加漿液也工程實體接觸面積，起到很好的加固作用。這種形式的注漿在較為發育的軟弱巖層中能起到較好的應用效果。

三、裂隙巖體中隧道注漿加固工程應用

在實際隧道工程中，注漿壓力會隨巖體裂隙長度變化，規律如下：

①注漿壓力與巖體裂隙長度之間存在非線性遞減的關系。當巖體裂隙長度達到1.5米時，注漿壓力基本不會受巖體長度變化影響。為了不破壞裂隙巖體原有整體性，在裂隙巖體隧道中注漿壓力控制應充分考慮巖體裂隙長度，并注意填滿有限的裂隙巖體縫隙，避免產生新裂隙。

圖1 漿液的三種擴散形式

②隧道巖體中裂隙長度不同，則注漿加固壓力在隨裂隙長度減小的非線性變化中減小趨勢比較明顯。即裂隙長度與注漿壓力成正比關系，當裂隙長度減小到1米時，注漿加固壓力較小速率最為明顯。因此在裂隙巖體中隧道注漿加固過程中，注漿壓力和注漿速率都應隨裂隙長短進行調整，還應考慮影響破壞原有巖體的因素。

③裂隙長度和沿該方向上的注漿壓力衰減幅度也有某種必要的聯系，當裂隙足夠小時，其注漿壓力衰減基本不隨裂隙長度而發生變化。

④裂隙巖體的劈裂能會隨裂隙長度的增加呈現非線性增加趨勢，同一裂隙長度中裂隙劈裂能不再發生變化，說明該能量即為裂隙巖體劈裂能量。在注漿壓力消耗能量中，裂隙擴展實際上需要的能量只是一小部分，其余大部分能量均用來克服裂隙巖體及注漿管的摩擦阻力。

⑤在裂隙巖體劈裂過程中，裂隙巖體裂隙張開度與裂隙巖體中產生的塑性變性能成正比關系，當裂隙張開度大于0.04米時，裂隙巖體中所產生的塑性變性能呈非線性增加特性；而當裂隙張開度足夠小時，其塑性變形能基本不隨巖體裂隙長度發生變化。此時的裂隙中心點與其所消耗的塑性變性能成正比關系。

結語

總之，對裂隙巖體中隧道進行注漿加固是一個具有挑戰性的研究課題，如果能建立相應的漿液流體模型研究相關參數將有助于豐富和發展隧道力學理論，解決斷層碎帶隧道工程技術難題，并為隧道建設工程提供可靠的理論依據，擴大其在隧道工程應用范圍，并在具體工程應用中發揮其重要作用。

[1]黃戡．裂隙巖體中隧道注漿加固理論研究及工程應用[D]．中南大學，2011．

[2]張付濤．裂隙巖體注漿材料研究及應用[D]．山東科技大學，2011．

U415.6

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