袖閥管注漿在隧道洞口地表加固中的應(yīng)用

吉 佩

（內(nèi)蒙古公路交通投資發(fā)展有限公司安公高速公路項目建設(shè)管理分公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 錫林郭勒盟 026000）

1 工程概況

某隧道全長4 812 m，進(jìn)口里程K229+945，出口里程K234 + 757，隧道洞身線路大體呈N-S向局布。進(jìn)口標(biāo)高約558.7 m，出口標(biāo)高約572.2 m，最大埋深約564.3 m。其中K229+945~K230+040段為明洞，K230+040~K230+110段為淺埋暗挖段。地表地層為硅鈣質(zhì)粉砂巖、粉質(zhì)粘土，褐黃色，軟塑狀全風(fēng)化圍巖，且富含大量地下水，自穩(wěn)能力極差，故此，施工過程中采用袖閥管注漿（劈裂注漿）工藝穩(wěn)定隧道洞口地層。

2 袖閥管注漿工作原理

2.1 袖閥管構(gòu)造

注漿采用的袖閥管（塑料材質(zhì)、管徑），包括花管段以及實管段（結(jié)構(gòu)見圖1）兩個部分。在花管段間隔33 cm鉆一組射漿孔，一般一組射漿孔取6~8個，射漿孔呈梅花形布設(shè)，其外圍由長5~8 cm的橡皮袖閥包裹。

圖1 袖閥管構(gòu)造示意圖

2.2 袖閥管注漿原理

袖閥管是一種只能向管外出漿，不能向管內(nèi)返漿的單向閉合裝置。在注漿期間，注漿泵輸出的高壓漿液通過注漿軟管、注漿管后在袖閥管注漿管處集聚；在注漿壓力作用下漲開PVC管外包裹的橡皮袖閥并擠碎套殼料；隨著注漿壓力增大，注漿漿液在注漿加固區(qū)裂隙中擴(kuò)散，膠結(jié)后可提高加固區(qū)強(qiáng)度。

如圖2所示袖閥管注漿原理示意圖，在壓力作用下注漿漿液進(jìn)入到加固區(qū)地層中，當(dāng)停止注漿時袖閥管漿液膠結(jié)后會封堵注漿口，從而避免加固區(qū)內(nèi)地下水或者泥土流入到袖閥管內(nèi)。

圖2 袖閥管注漿原理示意圖

3 注漿設(shè)計及施工

3.1 加固范圍及注漿參數(shù)

為保證隧道洞身淺埋暗挖段施工安全，在暗洞施工前，首先需要對DK230+040~DK230+110段進(jìn)行地表注漿加固，以改善洞身淺埋段圍巖物理力學(xué)性能。

加固范圍為隧道左右邊墻外5 m，寬為22.86 m，加固深度為隧道拱頂與仰拱外5 m，高為21 m。

注漿采用袖閥管分段后退式注漿，地表設(shè)置20 cm厚C20混凝土止?jié){盤，在止?jié){盤中間設(shè)置Φ6鋼筋網(wǎng)，止?jié){盤上部鋪砌30 cm厚C25混凝土。其他地表范圍內(nèi)采用水泥注漿。水泥注漿孔距為2 m×2 m；注漿材料為水泥漿液，水灰比0.8∶1~1∶1；注漿壓力為0.5~2 Mpa；漿液擴(kuò)散半徑為1.5 m~2 m；注漿開孔直徑不小于90 mm，終孔直徑不小于70 mm。

袖閥管注漿采用Φ60 PVC塑料管，采取垂直布設(shè)注漿孔，注漿孔采取梅花型布置，袖閥管全長設(shè)置。孔距1.73 Rm，排距1.5 Rm。滿堂布置，孔深21 m，成樁直徑1.2 m，平面布置見圖3。

圖3 袖閥管注漿孔位布置圖

3.2 施工工藝及流程

圖4為注漿工藝流程，涉及到的工作主要包括放樣、套殼料置換、袖閥管插入以及注漿等。

圖4 袖閥管施工工藝流程

3.2.1 放樣定位和成孔

首先場地進(jìn)行粗平，用全站儀確定注漿范圍的四個角點位置，施作止?jié){盤。然后采用拉線和卷尺量測的方法定出鉆孔孔位。

注漿孔距為2 m，為檢查注漿效果及減少空間的相互影響，現(xiàn)場施工時采用間隔注漿的辦法，隔一孔注一孔。先注外側(cè)一圈，注漿完成后，再實施內(nèi)圈鉆孔注漿。

采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆注漿孔，孔徑90~110 mm。鉆機(jī)按照預(yù)先設(shè)定位置擺放到位后，應(yīng)確保鉆孔穩(wěn)固、底部平整，在開鉆前采用吊錘檢測鉆孔及鉆頭垂直度，在鉆進(jìn)過程中每鉆進(jìn)2 m均調(diào)平校正鉆機(jī)，確保施工的鉆孔傾斜度在1%以內(nèi)。鉆孔鉆進(jìn)采用合金鉆頭，若施工過程中遇到堅硬巖層時，則換成金剛鉆頭鉆進(jìn)。為防止鉆孔的塌孔，采用泥漿護(hù)壁。

3.2.2 置換套殼料

套殼料主要功能是封閉鉆孔孔壁與注漿袖閥管間的空間，避免注漿時漿液亂竄，套殼料主要為粘土水泥漿。在注漿鉆孔施工完成后，需將注漿加固段泥漿采用套殼料置換。套殼料設(shè)計參數(shù)及性能檢測見表1、2。

表1 套殼料設(shè)計參數(shù)

表2 套殼料物理力學(xué)性能檢測結(jié)果表

3.2.3 袖閥管插入

在完成套殼料置換后即可向鉆孔內(nèi)插入袖閥管，使用的袖閥管單節(jié)長度均為4 m，鄰近的2節(jié)袖閥用PVC套管連接（長度20 cm）。袖閥管埋入到位后，在套殼料以上區(qū)域澆筑固定固管止液，避免后續(xù)注漿時漿液從袖閥管、鉆孔壁空間上竄。

3.2.4 注漿

套殼料養(yǎng)護(hù)5~7 d，強(qiáng)度達(dá)到0.3~0.5 MPa后，注漿花管（4帶雙塞）從袖閥管內(nèi)部下放的注漿加固位置，從而實現(xiàn)分段注漿。注漿時在注漿泵上安裝流量計實現(xiàn)注漿量監(jiān)測。在注漿過程中應(yīng)注意觀察其他鄰近注漿孔是否出現(xiàn)排氣、返水或者冒漿等情況。

為確保注漿的順利進(jìn)行，在進(jìn)行現(xiàn)場施工操作時，需注意以下幾點：

（1）雙塞管與注漿內(nèi)管應(yīng)緊密連接，并下放至袖閥管底部；

（2）注漿內(nèi)部頂部位置應(yīng)與注漿泵出漿口緊密連接，并加裝壓力表，實現(xiàn)注漿壓力監(jiān)測；

（3）按照預(yù)先設(shè)計配比水泥漿并攪拌均勻，水泥漿料筒通過軟管與注漿機(jī)進(jìn)漿口連接；

（4）開啟液壓注漿泵進(jìn)行注漿，注漿開始壓力0.5 Mpa，逐漸加壓至終壓2.0 Mpa并繼續(xù)注漿10 min以上。

3.3 施工工藝控制

袖閥管施工過程中，為保證施工效果，需注意以下事項：

（1）鉆孔時要控制好孔位和縱橫向孔距，保持好造孔的垂直度；

（2）在注漿時可依據(jù)注漿效果對注漿漿液配比以及注漿參數(shù)（包括注漿壓力、注漿量等）進(jìn)行調(diào)整，以便提升注漿加固效果；

（3）注漿過程中要采取相應(yīng)的措施來防止堵管，堵管的處理要快速及時，不能慌亂；

（4）水泥漿在注漿前若出現(xiàn)離析或者沉淀等情形時，應(yīng)進(jìn)行二次攪拌，確保注漿漿液配比在設(shè)計范圍內(nèi)；

（5）在注漿加固過程中應(yīng)對詳細(xì)記錄注漿情況，掌握注漿流量、壓力變化情況并綜合分析，以便后續(xù)判定注漿加固效果；

（6）在注漿鉆孔施工過程中以及注漿加固期間做好鉆進(jìn)設(shè)備、注漿設(shè)備等檢查工作，消除潛在的隱患，確保鉆孔鉆進(jìn)以及注漿工作高效開展；

（7）由于注漿管路拆卸過程中存在一定安全風(fēng)險，因此在注漿操作以及后續(xù)管路拆除過程中，作業(yè)人員應(yīng)佩戴質(zhì)量合格的防護(hù)眼鏡、佩戴橡膠手套以及其他勞動防護(hù)設(shè)備；

（8）按照相關(guān)要求進(jìn)行文明施工，注漿結(jié)束護(hù)及時清理泥漿并作為清潔工作。

3.4 施工效果檢驗

（1）注漿加固完成后，抽樣檢測鉆孔注漿質(zhì)量，檢查孔應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場情況隨機(jī)抽取，抽取的檢查孔數(shù)量按注漿孔總數(shù)5%且數(shù)量不少于3個；

（2）直觀檢測漿液滲透情況，漿液填充系數(shù)達(dá)到80%以上；

（3）取樣測試固結(jié)體7 d單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.7~2.9 MPa；

（4）經(jīng)鉆孔檢查，孔內(nèi)無涌水、涌砂現(xiàn)象；

（5）隧道后續(xù)施工過程中，洞內(nèi)未出現(xiàn)大量涌砂、涌水等情況，表明在洞口采用的地表注漿加固效果較好，可為隧道安全高效施工創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)語

袖閥管注漿是改善地層條件、提高巖體穩(wěn)定性及強(qiáng)度的有效技術(shù)措施，可有效提高粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)黏土以及破碎巖體等穩(wěn)定性，同時可實現(xiàn)分段、間歇及定量注漿，在隧道施工超前加固中表現(xiàn)出較為明顯優(yōu)勢。

某隧道K230+040~K230+110段為淺埋暗挖段、圍巖自穩(wěn)能力極差，給暗洞開挖帶來了極大的施工難度及安全隱患。通過采用袖閥管法對地表進(jìn)行注漿加固處理，增強(qiáng)了隧道洞身范圍圍巖的自穩(wěn)能力，減小了開挖過程中圍巖發(fā)生垮塌的危險，成功地解決了淺埋、軟弱圍巖中隧道礦山法施工容易發(fā)生塌方的難題。