隧道淺埋段地表深層注漿施工關鍵技術研究

摘要：針對隧道淺埋段拱頂沉降變形嚴重，影響到隧道工程質(zhì)量和安全的問題，提出隧道淺埋段地表深層注漿施工關鍵技術研究。以新屋隧道工程為工程背景，結合該工程實際情況，采用梅花孔方式對注漿孔布設，孔位間距為180mm。采用深層鉆孔技術對淺埋段地表開展鉆孔施工，利用玻璃水與水泥配制漿液，將漿液注入到孔內(nèi)，并做封孔處理，以此完成隧道淺埋段地表深層注漿施工。對注漿段與未注漿段隧道拱頂沉降進行檢測，注漿段隧道拱頂沉降量與沉降速率小于未注漿段，具有良好的加固效果。

關鍵詞：淺埋段地表；深層注漿施工；沉降變形；梅花孔；鉆孔

0 " 引言

隨隧道淺埋段地質(zhì)條件比較復雜，相對于其他地段地質(zhì)結構穩(wěn)定性較差，其主要具有以下4個特點：第一，隧道淺埋段巖體多為厚度比較薄且硬度較低的巖體，以石灰?guī)r、泥巖以及砂巖巖體居多，巖體狀態(tài)主要呈現(xiàn)碎裂狀態(tài)。第二，隧道淺埋段土層厚度不夠，且風化比較嚴重。第三，隧道淺埋層區(qū)域地下水位比較高，地下水量比較大，導致地質(zhì)結構自穩(wěn)性比較低。第四，淺埋層區(qū)域埋深比較小，該區(qū)域容易發(fā)生隧道坍塌、冒頂?shù)仁鹿剩瑖乐赝{到隧道安全性與穩(wěn)定性。因此對隧道淺埋段地表加固是非常有必要的。

深層注漿是隧道淺埋段地表加固手段之一，具有成本低、工期短、效果好等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應用到橋梁、公路、隧道建設工程中。但是國內(nèi)關于隧道淺埋段地表深層注漿施工研究起步比較晚，相關技術與理論還不夠成熟，并且相比較國外當前施工技術水平還存在較大的差距。雖然近幾年該項技術受到了研究領域重視，相關學者與專家開展了一系列研究，提出了一些施工工藝和思路，但是在實際施工中一些關鍵技術仍存在一些不足，無法達到預期的施工效果，為此本文對隧道淺埋段地表深層注漿施工關鍵技術進行了進一步研究。

1 " 工程概況

本次研究以新屋隧道工程為工程背景，該隧道拱頂高程為4.65m，隧道寬度為11.36m，隧道埋深范圍為3.14～10.69m線路呈“M”形狀縱坡。隧道部分線路位于淺埋段，地下水位為12.15m。該區(qū)域埋深比較小，平均埋深僅為5.36m，近幾年內(nèi)該區(qū)域經(jīng)常發(fā)生塌方、突水等事故，造成的經(jīng)濟損失達1562.24萬元。為了提高隧道穩(wěn)定性和安全性，特決定對淺埋段地表進行深層注漿施工，以加固隧道淺埋段巖土體強度。

2 " 地表深層注漿施工要點

2.1 " 注漿孔布設

注漿孔布設是注漿施工的關鍵技術之一，此次結合該工程實際地質(zhì)情況，和淺埋段地表深層注漿加固需求，采用梅花樁布孔方式對施工現(xiàn)場注漿孔進行布設。隧道淺埋段地表深層注漿孔布設剖面如圖1所示。

如圖1所示，水平方向兩個相鄰注漿孔距離為180mm。在隧道中線上方布設一個注漿孔，由中心向四方呈梅花形狀分布，垂直方向兩個相鄰注漿孔距離為200mm[1]。4個注漿孔形成一個矩形，在矩形中心處布設一個注漿孔，從而形成一個梅花狀。

2.2 " 深層鉆孔

根據(jù)注漿孔布設，采用OFHA-48CA4鉆機對隧道淺埋段地表深層鉆孔。將鉆機回轉角度設定為360°，爬坡能力設定為45°，最大扭矩為10000N·m。漿液進入到孔內(nèi)向四周擴散，將淺埋段地表巖體裂縫填滿，從而達到注漿加固的效果[2]。而孔徑大小直接關系淺埋段地表深層注漿加固效果，因此在鉆孔過程中要嚴格把控孔徑大小，其計算公式為：

（1）

式中：h表示注漿孔徑；u表示漿液擴散半徑；o表示注漿孔間距[3]。

鉆孔順序同樣采用先中心后四周的順序，首先選取與隧道中線重合的注漿孔。在鉆孔過程中要控制鉆孔速率，轉速過快會容易出現(xiàn)鉆孔誤差，而轉速過慢會降低施工效率。結合實際需求，鉆孔深度為孔底與隧道拱頂保持0.5m距離，以防鉆孔施工對隧道混凝土結構造成損壞。

為了保證鉆孔施工質(zhì)量，在鉆孔過程中使用IYFR-A487型全站儀對鉆孔垂直度誤差測量。相關規(guī)范要求，鉆孔垂直度誤差不能超過1.25%，將其作為質(zhì)量控制標準，當檢測到鉆孔垂直度誤差超出規(guī)定范圍時，要調(diào)整鉆孔方向。鉆孔達到設計深度后，將鉆桿緩慢拔出，并對孔內(nèi)碎石等雜質(zhì)進行清理，然后按照以上流程對下一個孔位鉆孔。

2.3 " 地表注漿

鉆孔完成之后，利用水泥、水玻璃、水等材料配制漿液。根據(jù)該工程地質(zhì)情況，此次采用U.262.R2普通碳酸鹽水泥、IYIFA2.36水玻璃，水玻璃的作用是加速漿液凝固速度。將水泥、水和水玻璃按照3：2：1的比例配制成漿液[4]。在配制過程中要使3種材料均勻，攪拌時間最好為10～15min。

將配制好的漿液倒入IYFA注漿管中。該注漿管材質(zhì)為鋼，直徑為43.26mm，將其伸入到鉆孔內(nèi)，采用由下至上的方式注漿。這種方式注漿相比較傳統(tǒng)的由上至下前進式注漿方式，漿液穩(wěn)定性更高。在注漿過程中，使?jié){液可以更少地接觸到空氣，減小漿液孔隙率[5]。

漿液中水玻璃模數(shù)和濃度會影響到漿液性能，該兩個指標計算公式為：

（2）

式中：U表示水玻璃模數(shù)；p表示無水二氧化硅分子數(shù)；x表示氧化鈉分子數(shù)；Y表示水玻璃的濃度；O表示波美度[6]。

當水玻璃的模數(shù)在2.4～3.4之間，濃度在35%～45%時開始注漿。要根據(jù)不同區(qū)域地質(zhì)情況，確定注漿量，其計算公式為：

F=cnX " " " " " " " " " （3）

式中：F表示鉆孔注漿量；c表示設計的注漿體積；n表示水泥砂漿損失系數(shù)，通常情況下該系數(shù)取值為0.01；X表示隧道淺埋段地表土的孔隙率[7]。

嚴格把控各個孔的注漿量，同時還要根據(jù)實際情況，對注漿壓力參數(shù)合理設計與控制，現(xiàn)場注漿壓力不能超出允許限值，該最大容許值計算公式為：

V=v+q1q2S " " " " " " " " （4）

式中：V表示容許注漿壓力值，即最大注漿壓力限值；v表示容許注漿壓力初值；q1、q2分別為隧道淺埋段地表深層注漿方法與次數(shù)系數(shù)；S表示注漿段隧道最小埋深。根據(jù)地表巖性，確定各個參數(shù)，具體如表1所示。

根據(jù)施工地區(qū)巖性，選擇計算參數(shù)，計算出注漿容許壓力。在注漿過程中，將注漿壓力控制在容許壓力上下不超過0.05MPa。采用先中間后四周的順序注漿，孔內(nèi)注滿漿液后對其進行封孔，防止雜物進入到漿液內(nèi)，影響深層注漿質(zhì)量，以此完成隧道淺埋段地表深層注漿施工。

3 " 施工效果檢驗

地表深層注漿的目的是減小隧道拱頂沉降變形，對隧道基礎加固。為了檢驗以上提出的淺埋段地表深層注漿施工技術方案實踐效果，對注漿段拱頂沉降情況進行監(jiān)測，根據(jù)隧道拱頂沉降變形情況，評價施工效果。

為了使實驗結果具有一定的說明性，選擇未注漿段作為對比。實驗在注漿段與未注漿段各設定10個測點，每隔10天使用IHFA-A4F87型全站儀測量一次各個測點處隧道拱頂高程。每個測點測量3次，取3次測量平均值作為實驗數(shù)據(jù)，使用電子表格記錄70d注漿段與未注漿段隧道拱頂累計沉降和沉降速率，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

相關規(guī)范規(guī)定，隧道拱頂沉降變形不得超過500mm，沉降速率不能大于5.15mm/d。從表2可以看出，注漿段隧道拱頂累計沉降僅為36.69mm，符合規(guī)范要求，并且比未注漿段累計沉降小近850mm。

分析認為，此次采用了深層注漿技術，漿液通過鉆孔滲透到淺埋地段地表，增加了地表巖土抗壓強度、抗彎強度，從而增加了隧道基礎的穩(wěn)定性，使隧道拱頂沉降變形比較小；在沉降速率方面，注漿段平均沉降速率為0.46mm/d，比未注漿段小11.63mm/d，并在規(guī)定范圍內(nèi)，符合規(guī)范要求，說明本次提出的淺埋段地表深層注漿施工技術方案具有良好的加固效果。

4 " 結束語

此次結合相關文獻以及實際工程案例，對隧道淺埋段地表深層注漿施工關鍵技術進行了探究，梳理了深層注漿施工流程，對注漿施工中的注漿孔布設、鉆孔、漿液配制以及現(xiàn)場注漿等技術進行了分析。此次研究對提高淺埋段地表深層注漿施工技術水平，解決隧道淺埋段拱頂沉降變形問題，具有一定的現(xiàn)實意義。

但由于此次研究時間有限，僅為施工中個別技術進行了研究，在研究內(nèi)容方面可能存在一些不足之處，今后會對施工中其他關鍵技術進行研究，為隧道淺埋段地表深層注漿施工提供有力的理論支撐。

參考文獻

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