淺談帷幕注漿對穩固圍巖的作用

趙廣智

【摘 要】玉皇廟隧道位于中起伏低山工程地質區，屬山嶺區高速公路上下行分離四車道雙洞小凈距隧道，為東西向山脊，植被較少，為東西向山脊，植被較少，出口為坡角，山勢較緩。出口段屬于超淺埋地段，該段隧道埋深最淺僅有10.5m。隧址為燕山期火山熔巖，巖體為紅褐色、青灰色塊狀安山巖及安山玢巖，節理發育，巖體整體性較好，局部破碎。山頂為全風化碎石土，無基巖出露。地下水類型為基巖裂隙水，透水性較好。本文介紹了隧道帷幕注漿施工技術，并通過工程實例詳細介紹了帷幕注漿施工方法、適用范圍以及對隧道圍巖的穩固作用。

【關鍵詞】帷幕注漿 圍巖加固 雙液漿

1 帷幕注漿方案的確定

玉皇廟隧道大里程洞口位于一小山溝下游，離大里程洞口120m處有一“V”形溝，從洞口到該“V”形溝處隧道埋深淺，最小埋深10.5m。洞身開挖采用三臺階+預留核心土環形開挖法，用挖掘機配合人工修整進行開挖施工，進洞后掌子面圍巖為土黃色條帶狀全風化安山巖，節理、裂隙非常發育，手可掰斷，錘擊聲啞，巖體富含水，呈碎塊狀結構，巖體強度低，工程地質性質及圍巖自穩能力較差，圍巖未擾動時成塊狀，有明顯的節理、裂隙，一經擾動，容易掉塊、塌方，圍巖松散成顆粒或粉狀，遇水即成泥狀，掌子面圍巖極易發生塌落事故，尤其是在上臺階開挖時，拱頂處塌方掉塊嚴重，給施工帶來極大的安全隱患。為了保證施工安全，加強拱頂處圍巖預加固效果，經過認真分析對比，最終決定采用洞內帷幕注漿堵水設計進行圍巖加固處理，確保圍巖穩定性。

2 施工工藝及控制要點

2.1 施工目的

針對隧道拱頂處圍巖破碎、松散，容易掉塊及上斷面初期支護完成后噴射混凝土出現掉塊、開裂的現象，結合超前地質預報資料以及開挖現場實際圍巖情況等綜合分析，采用對上斷面圍巖進行帷幕注漿預加固，改善圍巖松散、掉塊的狀性，加固圍巖，限制排水量，保證隧道洞室穩定，確保施工及運營安全。

2.2 施工方法選擇

經認真對比后施工時采用較為先進的二重管無收縮雙液工法注漿加固，通過加固處理，改善圍巖狀態，以達到穩固圍巖的預期目的。

2.3 圍巖加固原理

注漿時在不改變地層組成的情況下，將圍巖裂隙間存在的水強迫擠出，使圍巖裂隙充滿漿材并使其固結，達到改良加固圍巖性狀的目的，加強圍巖的粘結力，從而使圍巖粘結強度及密實度增加，起到加固作用；顆粒間隙充滿了不流動而且固結的漿材后，使圍巖透水性降低，而形成相對隔水層。

2.4 施工工藝

（1）漿液配制；采用雙液漿為A液（水泥、外加劑和水組成）和B液（改性水玻璃液）的混合物，外加劑主要是調節漿液的可注性和混合液的凝結時間，凝結時間由注漿時的壓力和要求的擴散范圍共同決定。A液中各成分放入攪拌機的順序為：水、外加劑、水泥。兩種漿液在注入前拌合均勻，并經常檢查兩種漿液混合后的凝結時間是否符合要求。每立方雙液漿材料用量如下，B液400L：其中改性水玻璃300L、水100L；A液600L：其中水泥200kg、H劑6L、C劑6-12L、Xpm劑45L、水337-343L。（2）注漿孔的布置；為了克服掌子面開挖時拱頂及拱腰處塌落、掉塊的現象，將注漿孔布置在掌子面上半斷面，進行超前預加固帷幕注漿。注漿孔自掌子面沿開挖方向，以隧道中軸為中心呈傘狀布置，漿液擴散半徑為2米。綜合工程地質、水文條件以及鉆機的能力，隧道帷幕注漿段長度確定如下：每個循環注漿加固范圍在開挖輪廓線以外3m，加固長度為12m。結合現場實際施工情況，開挖時預留2m作為下個循環的止漿盤，并在止漿盤上噴射10cm厚的C20混凝土，封閉加固止漿盤，因此每循環實際有效加固長度范圍為10m。注漿孔共三排：第一排布孔在開挖輪廓線以內0.5m，孔距2.5m，鉆孔時往開挖輪廓線擴散角度控制在41°左右，鉆孔深度控制在5.32m；第二排布孔在開挖輪廓線以內1.5m，孔距2.5m，鉆孔時往開挖輪廓線擴散角度控制在29°左右，鉆孔深度為9.18m；第三排布孔在開挖輪廓線以內2.5m，孔距2.5m，鉆孔時往開挖輪廓線擴散角度控制在25°左右，鉆孔深度為13.20m。如下圖1 所示：鉆孔采用TXU-75A型鉆機，鉆孔直徑為φ42mm，保證注漿效果并在孔內安裝內徑為20mm的鋼管。

（3）注漿量計算：漿液的擴散半徑和巖層裂隙很難精確確定，注漿量的估算我們按下式計算：Q=Лr2hnα（1+β）；Q—注漿量；R—漿液擴散半徑；h—導管長度；n—地層孔隙率（根據地層而定，現場按0.2估算）；α—注漿孔隙充填率，一般在0.7～0.9或通過試驗，現場施工按0.8進行估算和實際壓漿量進行對比；β—漿液損失率，一般取10～30%，現場施工按30%進行估算。

（4）注漿壓力的選定：注漿壓力對漿液的擴散、裂隙的填充起著決定性的作用。要有足夠的壓力才能客服靜水壓力和地層阻力將漿液壓入巖層中，以達到注漿固結圈的厚度，注漿壓力是漿液在巖層裂隙中流動、擴散、填充的動力，注漿壓力與巖層裂隙發育程度、水壓力、漿液材料的黏度和凝結時間長短有關，通常按如下經驗公式計算：

根據地層深度計算：P=KH，P為設計注漿壓力終值（MP），H為注漿處深度（M），K為注漿深度確定的壓力系數，該隧道最大埋深為120米，綜合確定各種因素，K初步擬定為0.034，最大注漿壓力值為4MP。經過開挖實驗，該壓力能夠滿足注漿需要，達到了預期效果。

（5）工藝流程及要求：帷幕注漿工藝流程：施工準備---測量定位---鉆孔作業---清孔---鉆孔驗收---小導管加工、安裝、加固---連接、調試注漿管路---雙漿液制備---注漿作業---注漿效果分析---結束。如果注漿效果分析后不能滿足要求，要調整注漿參數、改變外加劑用量、重新配置漿液進行二次補注漿。鉆孔定位：利用測量儀器，定出掌子面鉆孔位置，控制好鉆孔擴散角角度。空位偏差不大于5cm，擴散角偏差不大于2°。鉆機就位：鉆機按指定位置就位，并在技術員指導下調整鉆桿的角度，對準孔位后鉆機不得移位，也不得隨意起降，調整角度。鉆進成孔：鉆孔施工時要先慢速運轉，掌握地層對鉆機的影響情況以確定該地層條件下的鉆進參數，再按正常速度進行鉆進施工。施工中應密切觀察鉆進尺度及溢水出水情況，出現溢水時立即停鉆，先行注漿止水，再分析原因。確認止水效果后方可繼續鉆孔。漿液配比：采用計量準確的計量工具，檢驗合格后按照設計配比嚴格加放配料。注漿：注漿管的設置和鉆孔的方法一樣，使用的噴入管直徑為φ20mm，注漿時在注漿管端頭裝上一個三通，分別與注漿泵上的A、B液管相連，注漿管作為雙液的混合器，使漿材在管內混合后，利用高壓力，使漿材能浸透到圍巖中。嚴格控制注漿壓力，并密切關注注漿量，當壓力驟然上升（下降）或從掌子面溢出時，應暫停注漿，查明原因后采取調整注漿參數或移位等措施重新注漿，由于該段為淺埋段，應專門安排人關注洞外地表是否有地表溢漿現象，一旦出現，應暫停注漿或降低注漿壓力，待漿液凝固后，再正常進行注漿。注漿全過程應加強施工檢查和監測，防止地面出水溢漿。注漿膠凝時間的確定：根據壓水實驗確定，如進漿量大于300（l/min），泵壓力長時間不升高，膠凝時間選定為1-2分鐘；如進漿量在100-300（l/min），泵壓力穩定上升，膠凝時間選定為2-3分鐘；如進漿量小于100（l/min），泵壓力升高較快，膠凝時間選定為3-4分鐘；膠凝時間可通過外加劑用量進行適當調節。注漿結束標準：單孔注漿壓力達到設計終壓并繼續注漿3min以上，可結束本孔注漿，單孔注漿量與設計注漿量基本相同，結束時的注漿量在20-30（l/min）以下時可結束本孔注漿。注漿可以分兩次或多次進行，第一次可適當把壓力調大（可達到4MPa），讓漿液充分滲透到圍巖中，然后停止或降低注漿壓力，待滲透到圍巖中的漿液凝固硬化后作為后續注漿的止漿盤，然后在進行補強注漿，補強注漿的壓力根據注漿量的大小進行調整。根據注漿量的大小，滲透注漿和補強注漿可反復進行。

（6）二重管無收縮（WSS）定向注漿施工的特點：一、注漿液對土層具有很強的滲透性，注漿加固范圍可根據圍巖的性狀，通過調整注漿材料及壓力進行控制；二、注漿液凝結時間可以自由調節，并且可以實行反復注漿施工；三、施工從鉆孔到噴漿完畢，可以連續進行；四、對于任何圍巖都可以進行注漿施工。

3 結語

通過現場施工情況來看，通過洞內帷幕注漿加固圍巖，效果還是比較明顯的，圍巖等級能夠得到提高，并且也起到防水隔水作用。在掌子面開挖過程中，圍巖強度明顯有所提升，掉塊大大減少，對圍巖起到了比較好的穩固作用。既有效保證了施工質量和安全，又克服了隧道埋深淺、自穩性差，施工難度大的技術難題，更減少了成本支出，增加了經濟效益，并為類似工程提供了成功范例。

參考文獻

[1]張玉強.隧道施工中帷幕注漿技術探討[J].城市建設理論研究，2013（3）.