摘要 徑向注漿技術是處理圍巖滲水、圍巖松散問題行之有效的方法。根據(jù)滲水量、滲水壓力、圍巖強度及圍巖結構確定鉆孔數(shù)量、深度、位置，并通過在圍巖上鉆孔并注漿，達到防滲、加固效果。文章以某重丘區(qū)高速公路長隧道Ⅳ級圍巖滲水條件下施工為背景對徑向注漿技術進行分析。通過研究徑向注漿深度對圍巖變形的影響，結合施工工藝及監(jiān)測結果總結其技術要點，為類似滲水條件下的隧道施工提供參考。

關鍵詞 隧道;滲水;徑向注漿;圍巖變形

中圖分類號 U455.49 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0114-03

收稿日期：2022-04-07

作者簡介：蘇顯峰（1988—），男，本科，工程師，研究方向：橋梁、隧道施工。

0 引言

徑向注漿技術通過注漿使初支背后幾米范圍內(nèi)的軟弱松散區(qū)形成具有一定強度的加固層。注漿加固后的圍巖結構密實，能夠有效阻擋裂隙滲水的擴散，同時由于整體性增強，圍巖強度和穩(wěn)定性得到了提高。目前大多數(shù)隧道采用新奧法進行施工，新奧法強調(diào)“強支護”，而對軟弱圍巖區(qū)進行徑向注漿加固正是“強支護”的途徑之一，有助于減小隧道變形、保障施工安全、提高隧道結構耐久性[1]。隨著近幾十年高速公路隧道開挖技術的發(fā)展，對徑向注漿技術的認識及應用得到很大提高，工藝及配套設備都得以不斷優(yōu)化改良，圍巖加固和防水效果得到大幅提升，徑向注漿已經(jīng)成為防滲堵水、加固圍巖的重要方法。

1 工程概況

某高速公路隧道起終點樁號為K35+630～K36+745，總長度1 115 m，隧道線型為直線，上下行采用分離式，單向雙車道。隧址區(qū)位于重丘區(qū)，洞口山體坡角18°～27°，地下水豐富，地表植被主要為槐樹、松樹及其他灌木類。地表薄層2～5.5 m為第四系殘坡積粉質(zhì)粘土，巖體結構破碎，風化程度差異性較大，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈鑲嵌碎裂結構，Rc值36.8 MPa、C值0.31～0.52 MPa、φ值24°～33°、[fa0]=2 620 kPa?；鶐r主體巖性為含錳變質(zhì)砂巖、片麻巖、透輝石巖、變粒巖，開挖后容易發(fā)生少量碎塊下落，根據(jù)圍巖完整程度及堅硬程度計算巖體基本質(zhì)量指標BQ，經(jīng)地下水、軟弱結構面及初始地應力修正后圍巖級別劃分為：Ⅲ級圍巖長度315 m，占隧道全長的28.25%;Ⅳ級圍巖長度564 m，占全隧道長度的50.58%;Ⅴ級圍巖長度236 m，占全隧道長度的21.17%。隧道在Ⅳ級圍巖段采用臺階法進行施工，施工過程中發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象，采取徑向注漿法進行圍巖加固并防水。

2 加固層厚度對圍巖變形的影響

根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，Ⅳ級圍巖滲水段巖體具有一定的自穩(wěn)能力，圍巖水壓和滲水量較小。為確定最佳注漿深度，合理控制工程成本，根據(jù)該項目水文地質(zhì)和圍巖特性，分別對注漿深度2 m、4 m、6 m、8 m狀態(tài)下的圍巖變形進行監(jiān)測并對防滲堵水效果分析。根據(jù)圍巖性質(zhì)、水壓、滲水量、設備性能、單孔注漿影響半徑確定最經(jīng)濟合理的鉆孔數(shù)量、注漿深度，以保證取得良好的注漿加固效果。

施工時分別在開挖后的隧道拱頂正上方、拱底正下方、拱圈側壁水平徑向位置設置變形監(jiān)測點，圖1、圖2分別為地表沉降觀測點和洞口監(jiān)測布置示意圖。根據(jù)《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTG F60—2009）監(jiān)控量測規(guī)定對拱頂及拱底變形、拱側壁收斂變形進行監(jiān)測。注漿前首先取得不加固狀態(tài)（注漿厚度0 m）下的圍巖變形數(shù)據(jù)，拱頂沉降及拱底起隆采用水準測量法，周邊收斂通過收斂計進行監(jiān)測。對檢測結果進行處理。

2.1 拱頂沉降變形分析

從表1可知，進行徑向注漿加固之前拱頂變形值為30 mm，注漿深度2 m、4 m、6 m、8 m狀態(tài)下的沉降量分別為21 mm、15 mm、10 mm、6 mm，與未加固狀態(tài)下的沉降量相比分別下降了30%、50%、66.7%、73.3%，這說明徑向注漿技術增強了圍巖穩(wěn)定性，抵御變形效果良好。隨著注漿深度的增大，拱頂沉降量變化趨于緩慢，從側面反映出繼續(xù)增大注漿深度會導致經(jīng)濟性降低[2]。

2.2 拱底起隆變形分析

由表2可知，隧道開挖后未采取注漿措施時拱底起隆變形量為22 mm，注漿深度2 m、4 m、6 m、8 m狀態(tài)下的拱底起隆變形量分別為18 mm、15 mm、13 mm、11 mm，分別下降了22.7%、50%、68.2%、76.5%，說明徑向圍巖注漿對抵抗拱底變形取得了良好的效果，隨著注漿深度的增加變形量下降速率降低，注漿深度為4 m時的變形量已滿足施工要求。

2.3 周邊收斂變形分析

由表3可知，隧道開挖后未采取注漿措施時周邊收斂變形量為19 mm，注漿深度2 m、4 m、6 m、8 m狀態(tài)下的拱底起隆變形量分別為15 mm、11 mm、8 mm、6 mm，分別下降了21.1%、42.1%、57.9%、68.4%，注漿深度大于4 m后沉降量下降逐漸變緩，且采用同樣厚度的加固層情況下對周邊收斂變形量的影響小于拱頂及拱底。從加固效果來看，隧道側壁加固效果要低于拱頂及拱底加固效果。

2.4 研究結果

通過對拱頂沉降、拱底起隆、周邊收斂對圍巖變形的影響進行分析，采用徑向注漿加固技術后，圍巖變形值顯著下降，變形明顯收到制約，從效果上可以推斷圍巖的整體性、承載力、結構強度得到了提升。滲水情況通過觀察法確定，采用徑向注漿加固圍巖后滲水情況與注漿前相比得到顯著改善，基本無滲水現(xiàn)象[3]。經(jīng)技術經(jīng)濟比選，注漿深度為4 m時圍巖穩(wěn)定性滿足施工要求，圍巖變形處于允許范圍內(nèi)，且基本解決了滲水問題，從工程投資的角度來看，采用4 m注漿深度經(jīng)濟效益最好，基于此研究結論，該項目施工時將注漿加固深度確定為4 m。

3 工藝技術要點

3.1 漿液材料參數(shù)、注漿設備

實際應用中對注漿材料的選擇往往從經(jīng)濟成本、施工難易程度、施工效果等幾個方面來綜合考慮[4]。注漿材料種類繁多，從配制類型來說可大致分為兩類：單液漿（材料類型單一）、雙液漿（由兩種材料按比例摻配而成）。與單液漿相比，雙液漿配制過程較為復雜但防水加固效果更佳，施工時根據(jù)實際情況合理選擇。常用雙液漿材料為水泥—水玻璃雙液漿，其膠凝時間容易控制、凝固后材料強度高、防滲效果顯著。借鑒類似工程徑向注漿施工的成功經(jīng)驗，結合該隧道實際情況，通過現(xiàn)場試驗，最終確定采用水泥—水玻璃雙液漿，材料技術參數(shù)如表4所示。

為保證注漿效果，漿液應嚴格按照配合比進行摻配，按要求的順序投放各種原材料。采用的主要注漿設備有：空壓機、注漿泵、注漿管。

3.2 施工步驟

徑向注漿總體施工順序：孔位測量放線→鉆具就位→確定鉆孔角度并鉆孔→安裝水導管→注漿→封閉注漿孔（待膠結）→檢查注漿效果→施工完成。

3.2.1 鉆孔

施工時對滲水范圍進行排查，根據(jù)單孔注漿作用半徑確定孔間距為1.5 m，布孔方式為梅花形。采用全站儀按確定好的布孔方式和鉆孔數(shù)目放樣并標記好位置，按孔位進行鉆孔。為保證作業(yè)安全及鉆孔角度準確，鉆機要安裝穩(wěn)定，鉆桿軸線與設計孔位軸線在同一直線上，鉆孔時先低速低壓，鉆孔深度到達50 cm且保證鉆頭不再左右搖擺后再快速鉆進，鉆孔過程中時刻觀察鉆桿角度并不斷調(diào)整方向，施工過程中如果遇到特殊情況無法順利進行時應及時檢查問題所在。鉆孔允許偏差見表5。

3.2.2 注漿

按照注漿擴散效果以每3 m為一段，為保證注漿質(zhì)量施工時應按段長分段注漿，不得隨意延長段長。在拱頂中心位置設置一處注漿管，拱腳處各設置一處注漿管，拱圈側壁等間距設置兩處注漿管;滲水區(qū)域先對水量小處注漿，無滲水區(qū)域由低向高進行注漿。

注漿管采用1.8 m長Φ42×4 mm導管，進入圍巖深度1.2 m，注漿管外露20 cm以便注漿操作方便?？卓谔幍姆饪灼鞑捎酶邏呵蜷y制作，在表面涂抹錨固劑，以使其固定牢固，且能承受孔內(nèi)漿液壓力。注漿采用靜壓方式一次性完成全孔注漿工作，無特殊情況不得間歇停頓。隧道不同位置水壓有所不同，注漿壓力需根據(jù)實際情況及時靈活調(diào)整，通常等于孔隙水壓力+（0.5～1.0）MPa，注漿時壓力緩慢增大，確保安全穩(wěn)定之后按每分鐘15～30 L的速率注漿。注漿時應密切觀察注漿狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)孔壁變形或壓力異常增大時要及時停止并采取措施[5]。

隧道地質(zhì)復雜多變，施工時要詳細記錄孔位、注漿量、注漿壓力等作業(yè)情況，根據(jù)注漿效果發(fā)現(xiàn)當前方案不能滿足需求時應及時向監(jiān)理工程師報告，并根據(jù)實際情況調(diào)整注漿材料、注漿深度、配合比等施工工藝。

3.2.3 注漿完成

注漿時須時刻關注壓力表，按標準壓力注漿5 min且已完成注漿量超過標準注漿量的85%情況下結束注漿。停止注漿后及時采用高壓球閥進行閉漿，待漿液終凝后拆除閉漿設備。注漿完成后應逐段觀察圍巖是否仍存在滲水現(xiàn)象，并對滲水區(qū)域進行補漿處理。

4 特殊情況處理

鉆孔過程中在部分施工路段遇到了小壓力（通常按經(jīng)驗判斷，以不妨礙繼續(xù)鉆孔為準）涌水，對于這種情況不予處理，繼續(xù)鉆孔至設計深度，然后及時注漿。注漿采用純壓式注漿法，為抵抗涌水壓力順利完成注漿，應將注漿壓力提高1.5～2.0 MPa，完成注漿后閉漿凝固。

在部分施工路段鉆孔過程中遇到了涌水較大，不可以繼續(xù)鉆孔的情況，施工技術人員停止鉆孔作業(yè)并測定涌水壓力，采用專用堵水材料進行注漿，注漿結束后檢查注漿效果確定不再出水后繼續(xù)鉆進，按此方法直至鉆孔至設計深度。

5 施工效果分析

該隧道滲水段采用徑向注漿加固技術施工結束后，采用觀察法對注漿區(qū)域逐段進行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)隧道初支表面無滲水現(xiàn)象，說明該處理方案取得了非常好的防滲堵水效果。二次襯砌施工前又對滲水情況進行檢查，初支表面仍然無滲水現(xiàn)象，根據(jù)對拱頂沉降、拱底起隆、周邊收斂的長期監(jiān)測結果，圍巖變形較小且基本穩(wěn)定。

采用觀察法對隧道地表進行檢查，施工過程中隧道地表無明顯開裂、沉陷等現(xiàn)象。通過長期對隧道施工前在地表埋設的監(jiān)測點進行沉降觀測及位移監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，地表沉降量最大值為2.6 mm，水平位移小于豎向位移，隧道中軸線處位移最大，兩側隨距離增大位移逐漸減小。根據(jù)地表變形監(jiān)測結果可以判斷，隧道施工對圍巖擾動比較小，巖體穩(wěn)定性非常好，施工措施取得了良好的效果。

6 結語

（1）按照該項目水文地質(zhì)、巖體結構及滲水情況，該項目采用徑向注漿加固技術（注漿深度4 m）取得了非常好的效果。

（2）徑向注漿加固技術封閉了周邊圍巖中的裂隙，形成穩(wěn)定密實的注漿圈，對增強圍巖強度、增強巖體穩(wěn)定性、降低圍巖變形效果非常顯著，同時降低了巖體的滲透系數(shù)，具有非常優(yōu)異的防滲堵水效果。

（3）隨著徑向注漿深度的增加，圍巖變形量（拱頂沉降、拱底隆起、周邊收斂）呈下降趨勢，且下降速率逐漸變小。實際應用中需分析圍巖狀態(tài)確定經(jīng)濟效益最佳的注漿深度。

（4）隧道施工條件根據(jù)地質(zhì)情況差別很大，施工工藝及技術參數(shù)亦不盡相同，實際工程施工中應注意把握好技術要點，靈活多變，采取最佳工藝方案。

參考文獻

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