金口河隧道穿越斷層破碎帶注漿加固技術實踐

摘要 文章介紹了隧道穿越斷層破碎帶注漿加固技術的實踐應用。針對隧道穿越斷層破碎帶時面臨的問題，通過對隧道斷層破碎帶工程注漿設備的參考及注漿參數的分析，采用了注漿加固技術提高圍巖的承載能力和整體穩定性，實現了對斷層破碎帶的有效加固。實踐表明，注漿加固技術能夠顯著提高隧道的施工質量和安全性，為后續工程實踐提供了經驗借鑒和技術支持。

關鍵詞 隧道工程；注漿加固；斷層破碎帶

中圖分類號 U457.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0019-03

0 引言

在隧道工程建設中，斷層破碎帶由于地質構造復雜，巖石破碎嚴重，給隧道的施工和運營帶來極大的安全隱患。注漿加固技術通過向破碎帶注入特定的漿液，使漿液在巖石的孔隙和裂隙中擴散、固化，形成具有一定強度和抗滲性的結石體，從而增強圍巖的承載能力和整體穩定性[1]。該文通過實踐案例的分析，探討隧道穿越斷層破碎帶注漿加固技術的設備選擇及技術要點，旨在為注漿加固技術的發展和完善作出一定貢獻。

1 工程概述

金口河隧道為樂漢高速的控制性工程之一，位于四川省西南部樂山市峨邊彝族自治縣和金口河區交界處的中高山峽谷區。隧道存在巖溶水（涌水突泥）、巖溶、巖爆、煤層瓦斯、斷層破碎帶及大變形（軟弱圍巖）等不良地質和特殊地質。

處理隧道穿越斷層破碎帶時，斷層破碎帶巖體的破碎性和松散結構給施工造成了極大難度。由于層間結合力差和圍巖自穩性差，在施工過程中應謹慎操作，以防止坍塌等安全事故的發生。

針對上述工程地質特點，采取短進尺、弱爆破的施工策略，以減少對圍巖的擾動，保證施工安全和工程質量。加強支護手段也可以有效地提高圍巖的穩定性，以保障隧道的順利施工。在量測工作時，通過持續的監控量測，實時了解施工過程中的圍巖變形和應力變化，為及時調整施工方案提供依據。

2 超前地質探孔

在開挖掌子面進行超前鉆孔，對前方30 m的地質情況進行探測。

作業方法：在不影響洞身施工的情況下，用地質鉆機根據斷層產狀與隧道軸線的關系施工探孔，鉆孔直徑為φ90 mm，孔深一般為30 m。

注意事項：在鉆進施工過程中，應盡量避免鉆頭發生偏移；根據鉆機的鉆速和鉆壓判斷巖石的堅硬程度，并根據鉆孔漿液的顏色、水量、水壓、氣味等判斷前方的圍巖及含水情況。

3 施工方案

3.1 注漿方案選擇

注漿方案可采用開挖后周邊注漿、周邊深孔預注漿、全斷面深孔預注漿等三種方式進行施工。結合TSP超前地質預報和超前地質鉆孔探測資料，在通過圍巖較好地段、斷面內局部突水時采用開挖后周邊注漿的方式。

3.2 隧道開挖支護

進行洞身開挖及初期支護施工時，需提前完成一個循環的超前預注漿。對圍巖破碎且出水量大的地質段，可采用預留核心土法開挖，以保證施工安全。對圍巖整體性相對較好、出水量較小段則采用臺階法開挖，上臺階預留核心土，上半斷面初期支護完成后再開挖核心土和下臺階。

4 注漿設備

4.1 注漿方式及分段長度

注漿方式：傳統的注漿方式可能因漿液在巖層裂隙中的不均勻擴散而影響注漿效果，進而降低注漿質量和堵水率。采用分段前進式的注漿方法，可優化漿液在巖層裂隙中的擴散效果。

分段長度：漿液需要充分滲透到巖層裂隙中，以達到預期的加固和堵水效果。若巖層裂隙發育較為密集或寬度較大，則需要縮短分段長度，以確保漿液能夠充分擴散并填滿裂隙。相反，若巖層裂隙較為稀疏或寬度較小，可以適當增加分段長度，以提高注漿效率。

涌水量大小也是決定分段長度的重要因素。涌水量較大的區域，通常意味著巖層裂隙較為發育，漿液容易流失。在這種情況下，需要縮短分段長度，以減少漿液流失，確保注漿效果。而對于涌水量較小的區域，可適當增加分段長度，以減少注漿次數，提高施工效率。

注漿分段長度的選擇見表1所示。

分段注漿方式：針對斷層破碎帶這一特殊地層，可將注漿分段長度設定為3～5 m。即在鉆進3～5 m深度后，進行一次注漿操作，當注漿完成后，再繼續鉆進3～5 m，并進行下一次注漿。此過程應循環進行，直至完成該孔的整個注漿工作。

對于其他地層，考慮地質條件的差異和注漿需求的變化，決定將每次注漿的分段長度設定為5～8 m。這一調整旨在確保注漿工作能夠適應不同地層的特點，并在保證注漿質量的同時，實現施工效率的最大化。

4.2 注漿參數

全斷面深孔預注漿和周邊深孔預注漿采用分段前進式注漿，注漿參數與標準及范圍見表2所示。

4.3 注漿工藝

全斷面深孔預注漿、周邊深孔預注漿及開挖后周邊注漿的施工工藝流程見圖1所示。

4.4 注漿材料確定

注漿材料的選擇和配比設計是確保工程質量和性能的關鍵步驟。為了確保漿液的優化性能，根據工程的設計要求和前期的試驗結果，確定了漿液的配比。具體而言，水灰比（C：S）控制在1：（0.6～1）的體積比范圍內，同時水泥漿的水灰比保持在0.8～1之間。為了確保注漿材料的強度和穩定性，選用了42.5級的普通硅酸鹽水泥。此外，所選用的水玻璃具有2.8的模數和35°Be（濃美度）的濃度，以滿足工程需求。

4.5 注漿泵選擇

注漿泵選型對于注漿堵水工程至關重要。該工程選用YZB-100/9液壓雙液注漿泵，該泵具備多功能性，可注入單液漿、雙液漿以及化學漿，從而適應不同的工程需求。泵的關鍵特性在于其配備的雙液調節器，這一裝置利用工作介質（如漿液和油液）來傳遞壓力信號，構建了一個閉環自動控制系統。這一系統不僅結構簡潔，而且調控反應迅速、準確，能夠實現排漿量和排漿壓力的無級調節。該注漿泵具有根據預設注漿終壓，自動調節排漿量的能力，這極大地提高了注漿過程的精確性和效率。

在注漿壓力調節方面，YZB-100/9注漿泵表現出色，其排漿壓力可在0～9 MPa的較大范圍內進行調節，這意味著該泵能夠適應各種復雜的注漿環境和條件。因此，選用YZB-100/9液壓雙液注漿泵能夠滿足注漿堵水工程的高標準要求，確保工程質量和安全，其參數見表3所示。

5 注漿施工技術措施

5.1 注漿順序

注漿工作遵循由外到內、由下到上的發散－約束型順序進行。具體操作步驟：首先進行外圈孔的鉆注工作，隨后轉向內圈孔的鉆注。在每個圈層中，均遵循先下部孔、后上部孔的原則進行鉆注。

為確保注漿效果和質量，在注漿過程中實施隔孔注漿的方法。每次注漿操作間隔2至4個孔位，隨后逐步縮小間隔，直至完成所有孔的注漿。這種注漿方式不僅提高了注漿的均勻性和密實性，還使得后序孔可以作為前期孔注漿效果的檢查孔，為注漿質量的監控提供了有力支持。

5.2 注漿前準備

材料準備：工作面的注漿材料應有一定的儲備量。同時，根據鉆孔圍巖情況、地下水水量、水壓大小等，可采用不同配比的注漿材料。

機具準備：開始注漿前應先進行注漿泵的檢查和試運轉，特別是注漿壓力表要仔細檢查，確保無誤；注漿泵應滿足設計的最大注漿壓力和流量要求；攪拌機的性狀、儲漿桶的大小等應能滿足連續注漿對注漿量的需求；在桶內應設置指示漿液體積的標記，有利于觀測記錄注漿流量。

5.3 鉆孔沖洗

在注漿過程中，鉆孔沖洗是一項至關重要的前期工作，其目的在于徹底清除鉆孔中殘留的巖粉、巖石裂隙中填充的黏土等雜質。這些雜質的存在會嚴重影響注漿材料的滲透和擴散，進而降低注漿效果。因此，沖孔質量的好壞直接關系后續注漿質量的好壞。

為了實現有效沖孔，采用壓力驟升驟降的放水方式。這種方式能夠利用水流的沖擊力，將鉆孔中的雜質有效清除。沖洗結束設定的標準：當出水管的水變得潔凈后，繼續沖洗10 min，確保雜質被徹底清除。整個沖洗過程的時間不低于30 min。對于某些特殊情況，沖洗時間還需要根據現場具體情況進行調整。

在沖孔過程中，還應密切關注出水量的變化，并進行記錄。出水量的變化能夠反映鉆孔中雜質的多少和沖洗效果的好壞，為后續的注漿操作提供重要參考。

5.4 注漿

采用前進式注漿方法，并結合孔口封閉、純壓式注漿技術。然而，由于巖石裂隙的發育情況、地下水的滲流速度、止水封堵的空間容積及其連通性等因素存在顯著差異，為取得理想的注漿效果，需要密切關注并分析巖石裂隙的發育程度，以便及時調整注漿壓力和漿液流量，確保漿液能夠充分滲透并填充裂隙。同時，地下水的滲流速度對注漿效果具有直接影響，因此需根據實際情況調整注漿速率和漿液濃度，以防止漿液被地下水稀釋或沖刷。

此外，止水封堵的空間容積及其連通性也是影響注漿效果的關鍵因素。在進行注漿前，需要對這些因素進行充分評估，并據此選擇合適的注漿材料和工藝，以確保漿液能夠有效地填充封堵空間并實現良好的止水效果。

5.5 注漿技術措施

在進行注漿作業前，必須進行注漿試驗，以初步了解和掌握一系列關鍵參數，包括漿液的充填率、注漿量、漿液的配比、凝膠時間、漿液的擴散半徑以及注漿的終壓等。此外，為確保注漿過程的有效性，還需對注漿材料的凝結時間進行精確測定。現場應配備帶有攪拌裝置的儲漿桶。

為防止漿液中混入紙片及水泥硬塊等雜物堵塞管路，應在攪拌桶進口及出口處設置過濾網進行過濾。漿液攪拌每桶時間不得少于3 min，水泥漿制備到用完的時間不得大于4 h。由外向內，同一圈內孔應分序間隔施工。

為確保注漿作業的質量和效率，通常建議一個孔段的注漿作業應連續進行至完成，盡量避免因任何原因造成的中斷。這些可能的中斷因素包括但不限于機械故障、電力供應中斷、水源缺失或器材問題等。一旦注漿作業因這些因素被迫中斷，可能會對注漿效果產生不良影響。

然而，在實際施工過程中，有時為了控制注漿過程，如實施間歇注漿或制止串漿、冒漿等情況，注漿作業可能需要有意中斷。在這種情況下，一旦中斷發生，應盡快恢復注漿作業，以最小化對注漿效果的影響。當雙液注漿中斷時間超過漿液凝膠時間時，須洗孔后繼續灌注，在沖洗無效時，應掃孔重灌。

5.6 注漿效果檢查

注漿結束后，通過整理施工中的各種原始記錄，結合工程水文地質條件，對注漿質量進行分析。然后，詳細查看注漿過程中的各項參數記錄，如注漿持續時間、注漿壓力、注漿量等。同時，檢查是否有跑漿、漏漿現象及漏注區域。通過對這些數據的分析，可以估算漿液的擴散半徑，進而分析是否形成了預設的固結圈。此外，注漿效果檢查通常也可采用鉆孔檢查法。

6 結論

首先，注漿加固技術能夠有效提高斷層破碎帶圍巖的承載能力和整體穩定性，為隧道的施工安全和質量提供了有力保障。其次，注漿材料、設備的合理選擇和注漿參數的優化對于加固效果至關重要，需要根據具體工程條件和地質特點進行合理的設計和調整。隧道穿越斷層破碎帶注漿加固技術是一種有效的工程處理措施，能夠顯著提高隧道的施工質量和安全性，對于后續工程實踐具有重要的參考價值。

參考文獻

[1]王守國.斷層破碎帶注漿加固技術實踐[J].陜西煤炭，2023（6）：158-162.