探索隧道塌方處理工程中的注漿技術

摘 要：交通的便捷對于經濟的發展具有重大影響，為了給人們創造更優越的交通方式，近年來公路隧道相繼出現，而注漿技術的高低對于公路隧道塌方的影響巨大。本文將探索公路隧道塌方處理工程中的注漿技術的重要性，并通過工程實例，分析塌方的原因，詳細地介紹了注漿技術施工工藝、技術參數、主要流程及注意事項，對公路隧道塌方處理工程中有一定的指導意義。

關鍵詞：公路隧道；塌方；處理；注漿技術

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0180-02

引 言

近幾年，隨著新奧法（NATM）技術被廣泛應用，隧道穿越的山體地形往往是用于鐵路工程、公路工程等項目。據統計，在中國隧道的總長度約為4370km，居世界第一，由于隧道施工，地形地貌復雜，未經證實的因素和施工不規范現象多，在破碎的巖石、土壤質地層、地層的強膨脹、地層和裂隙巖體的強流動性、斷層破碎帶和淺埋大偏壓等圍巖易坍塌，給人們的生命財產帶來巨大損失，本文對注漿技術在隧道塌方中的應用進行了探討。

1 公路隧道塌方原因及應對策略

1.1 公路隧道塌方原因

公路隧道塌方的原因是復雜的，受多種因素的影響，有自然和人為兩大類，自然因素主要包括地質狀態、應力狀態、水的損害、瓦斯病害等，人為因素主要是指不合理的設計。對隧道塌方進行了分析，主要表現為：①公路隧道位于斷層帶，圍巖破碎，巖層向下傾斜，泥巖軟弱；②巖體裂隙發育，地下水豐富，拱頂有水流，巖石因受力不勻為失去平衡；③掌子面離襯砌距離過長，施工支撐不及時、不規則，以造成塌方。

1.2 應對策略

圍巖塌方主要是由于巖體整體受力不均勻、失穩所造成，從根本防治角度考慮，首先應加強圍巖自穩能力，使隧道受力均衡。

在處理公路隧道塌方中通常采取的應對策略有：①錨桿法，是在圍巖壁上鉆孔加固圍巖的方法。②注漿法，是將硅酸鈉水泥或水泥混合料配置成泥漿，用輸送裝置充填在土層或巖石中，將泥漿在高壓下隨裂縫擴展，最終實現膠凝固化。③小導管注漿支護，約束小導管注漿是沿隧道等高線在掌子面上某個高處打小導管注漿孔，通過注漿填充空隙形成一定厚度的結合體。④大管棚法，管棚法是一種支護方法，通過沿開挖輪廓線沿隧道軸線平行鉆孔，然后插入不同直徑的鋼管，形成鋼管框架（鋼管之間有一定距離）。

目前公路隧道工程的塌方現象嚴重危及人們的生命安全，影響人們的正常生活。下邊有一個實例：沙力北隧道是麗寧改擴建工程的控制工程之一，全長349m，最大埋深約140m，由砂巖和泥質頁巖構成，設計為單洞兩車道雙向隧道，隧道設計為復合式襯砌，初始設計錨桿和鋼筋網結構。

針對此公路隧道的塌方現象，應采取以下兩種應對策略：一清碴策略，①先穩定后方邊墻，可施工C25混凝土護壁側墻，然后施工30cm厚拱部護拱。②在后方10m安全帶中設置工作平臺，開挖大拱腳，設置I18型工字鋼支架，鋼軌和噴射混凝土形成拱圈閉合環。③去除巖石中的巖渣，加鋼筋網和錨桿支護，并通過公路隧道塌方地帶。④在塌陷段中及時施加二次襯砌。二不清碴策略，讓上方坍塌巖碴淹沒拱頂，直至上方拱部洞碴厚達高達5m以上再進行處理。即：①不清除洞碴，使其坍塌拱部上方5m處；②噴涂C20混凝土對巖石表面進行密封，并沿隧道水平設置30cm厚的泥漿壁；③采用注漿技術，使拱部上方2～3m可整體固結；④縮短進尺、無需爆破、加強支護和采用注漿技術。由于洞碴的初始量小，采用策略一孔內取石的方法，但洞頂拱部是不間斷的掉渣，一個星期后，該方案不成功，考慮到圍巖自身的穩定能力、業主、設計、監督四方共同商榷，決定采用策略二計劃，不同階段采用不同的實施策略，在實踐中取得了良好的效果。

2 公路隧道塌方技術施工要點

根據施工現場施工的實際情況和客觀因素，確定采用地面注漿加固塔芳體、二階式超前錨桿支護、固井硅酸鈉雙液注漿加固，確保開挖進度和外形尺寸。

2.1 地表處理方案

地表的處理對于公路隧道的穩固至關重要，處理內容主要包括以下幾個方面：

（1）在基坑邊坡周圍修建排水溝，攔截山嶺溝壑入坑，滲入隧道，排除影響隧道安全隱患。

（2）為了保證灌漿作業人員和機械設備的安全，在塌方周邊按1：0.7的刷坡和注漿工作場地平整比例，為了減少無襯砌隧道的干擾，人工開挖塌方坑的部位。

（3）對塌方內、塌方四周及隧道施工邊線以外進行地表注漿加強牢固，施工作業程序如圖1所示。

（4）采用地質鉆機鉆進，其最大鉆孔深度為30m。鉆井前技術人員應根據地面地質條件確定公路隧道坍塌坑地面標高和隧道中心線、線路鉆孔深度和角度，從而確定鉆孔深度。原則上，從隧道頂部距孔底1m，線路右側向下傾斜，并深入到拱下的土壤中，并將灌漿固定在土壤的側面上，以防止開挖過程中土壤的側向壓力。沿軸線呈梅花形狀設計，間距為100cm×100cm。

（5）注漿機類型為三缸注漿機。注漿管直徑為60cm，長度為20～30m，在土體末端加工成尖狀，沿環60cm鉆孔，尾部留3m不進行鉆孔，地表注漿加固采用表面注漿漿劈裂技術加固。采用425R波特蘭水泥，水灰比為1：1～0.5：1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

（6）定位精度、鉆進作業角度應嚴格按照鉆孔深度和鉆孔確定，嚴禁隨意改變鉆井參數，采用砂袋和噴混凝土（C20，厚10cm）在體表兩端進行封閉。塌方兩端既有坍塌初期加固支護；在灌漿過程中，要注意隧道圍巖的變化。

2.2 邁式錨桿及雙液漿注漿簡述

2.2.1 邁式錨桿材料特征

邁式錨桿的鉆頭可自行鉆進，具有鉆桿和錨桿兩種功能，減少退鉆桿裝錨桿的步驟，避免了因孔塌而引起的返工現象；螺栓本體長，規格多，使用方便；與相同截面積實芯桿相比較，空心桿具有較強的抗剪、抗彎和表面粘結性；錨桿為空心，錨桿為注漿管，可保證錨桿和固體巖體的完全填充，錨桿設有拱形板和螺母，可施加預應力；普通鉆床可用于鉆孔，施工方便；可與手持式氣動鉆機配套使用，可根據開挖長度確定深度。邁式自進式錨桿為R32N，長4m，環節距30cm，仰角為6°，長度1～1.5m，形成閉合加強環。

2.2.2 注漿工序及技術要點

掌握正確的注漿技術要領以及正確的注漿工序對于公路隧道塌方處理過程非常關鍵，正確的步驟不僅可以保障施工質量還能減少因操作不當造成的失誤。主要的注漿步驟如下：①檢查和調試灌漿泵，連接灌漿管線，測量一個周期的填充量，并根據選定的兩種液體泥漿參數做好配料。參見圖2注漿管道布置。②對泵進行試驗，首先壓水試驗不少于5min，并注意混合器中是否存在串水現象。如果沒有，可雙泵壓水。③灌漿原理從下至上，從里到外，水量先少后多。先將水泥漿按原來的比例壓入，然后將灌漿條件逐步調至0.7：1，0.5∶1，緩凝劑的用量為2%，2.5%，3%依次添加，水泥-水玻璃體積比為1：1，1：0.8，1：0.6，濃度由濃到稀添加，具體應根據理論灌漿量和現場注漿量進行調整。④控制灌漿中的壓力和注漿量，掌握緩凝劑的使用；當有串漿漿和冒漿時，可以使用間歇灌漿或兩個泵同壓法，當泥漿過多時，可能會出現大裂縫或小洞，建議先壓濃水泥漿，停止2～3min，然后再次壓漿；在富水的情況下，增加雙液漿中水玻璃的比例，將灌漿壓力提高2～3倍，從而起止水作用。⑤采用KBY50/70型液壓注漿機三增壓法灌漿，調整注漿泵油門閥的壓力，一般初始壓力為0.4MPa，常壓為1MPa，最終壓力為2～2.5MPa。⑥必須牢記注射旋塞之間的位置關系，工作場所是否牢固，是否處于塌陷危險和周圍工作人員活動范圍內，拆除龍頭應注意管路壓力確實存在，為了避免噴濺人員，應做好保護工作。如果水玻璃濺到工作區域，應用水沖洗干凈。⑦灌漿后應立即清洗、維護和檢修每一根灌漿管，避免堵塞，在大管棚灌漿后及時清理，并用25號水泥砂漿填充，以提高管棚的剛度和強度。⑧認真做好灌漿記錄工作，主要包括注漿量、壓力、時間等主要數據，指導開挖工作。通過對地面注漿加固，形成一定厚度的加筋層，有助于加速施工進度，保護隧道，減少開挖過程中拱頂下沉，防止地表水入滲，保證隧道安全。

3 結 論

公路隧道塌方現象的逐漸增多，迫切需要有效的處理方法，以確保交通的正常運輸。有效合理的解決策略應該究其原因進行分析。目前公路隧道塌方的原因復雜多變，形式多樣，處理難度也相差甚大，因此具體的塌方現象應該具體分析，應該充分考慮塌方的位置、大小、施工復雜程序與難度，以制定切實可行的方案。對于一些較難處理的隧道塌方事件，施工方應該充分借鑒之前的先例，并根據塌方的具體情況，制定明確、清晰方處理方案，以保障處理方案的高效性及實用性。注漿技術的正確應用可以將損失及安全隱患降至最低，并對類似公路隧道塌方處理方案的制定具有一定的指導意義。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-13

作者簡介：張建麗（1989-），女，助理工程師，本科，主要從事公路工程監理工作。