隧道浅埋段堆积体围岩加固技术

范静胡德智

摘要：本文结合隧道进口潜埋段堆积体围岩的施工特点，有效的形成“U”字型帷幕，保证了地表注浆及管棚的施工质量；并考虑地表注浆及管棚施工对围岩的综合效应，对设计进行优化，合理的安排施工顺序，为进洞施工争取了时间。

关键词：堆积体；帷幕；袖阀管；管棚

1工程概况

新建合福铁路HFMG-Ⅱ标陈山坞隧道全长1001.5米，起讫里程为DK438+900～DK439+901.5，其中暗洞长为974.5米，进口明洞7米，进口洞门结构为喇叭倒切开孔式缓冲结构，出口洞门为结构喇叭倒切式结构，设计为双线隧道，洞内纵坡为2%，最大开挖面积152.4m2。本隧道从进口一侧单口掘进，计划工期为16个月，至2012年3月完工，在保证安全的前提下，尽快的组织进洞施工是关键。

2地质情况

本隧道进口段潜埋段位于兹坞坑堆积体内，洞口海拔约264米，相对地面主干施工便道高差80余米，地表自然坡度30°～50°，表层为第四系含砾粉质黏土，黄褐色，硬塑，含35%的粗角砾，堆积体厚度6～20m，结构较松散，稳定性较差，下伏震旦系下统志棠组长石英，杂砂岩，强风化，节理裂隙发育，岩体破碎；弱风化，岩质硬，节理裂隙较发育，岩体较完整，地下水主要为孔隙水，较发育。

3施工设计方案及存在的问题

根据设计图纸：1）隧道进口段采用采用袖阀管分段后退式注浆进行围岩加固。2）拱顶140°范围内布置55米超长大管棚，保证进洞安全。3）进口潜埋段掘进采用六步CD法，中隔壁超前中空锚杆预注浆。

施工中存在的问题：1）地表注浆钻孔约10000米，注浆约3000方，采用袖阀管分段后退式注浆工序较多，施工工期较长；2）注浆之后地表植被破坏，必须采取有效措施防滚石、防局部坍塌；3）地表注浆以后进行55米超长管棚施工，进洞前围岩加固处理时间至少需3个月时间，使进洞时间严重滞后；3）采用六步CD法施工，开挖作业面狭小，严重影响施工进度。

4设计优化及施工方案

4.1总体原则

根据本隧道围岩特点，按照“保安全，先防护加固，后施工”的原则，先对地表注浆区域段的合肥端及隧道的两侧按照设计孔深进行注浆，形成“U”字型帷幕，同时做好边仰坡安全防护，洞口四周形成有效的排水系统。然后进行55米超长管棚预注浆，并结合袖阀管分段后退式注浆对隧道区域围岩进行加固，共同作用形成拱形结构，增加围岩的整体性。管棚施工完成后，根据情况组织进洞。施工顺序如下：

4.2地表仰坡防护

先根据注浆范围进行清表，按照等高线垂直高度4米一个台阶，开挖施工作业平台，作业平台宽度1.3米，将地表孤石堆积在台阶的内侧，开挖过程中尽量减少对原有地表的破坏，以免造成局部失稳，崩塌。在第三个台阶处增设RX-050型被动防护网，长25m，高5m，防止石块滑落，以确保洞口段施工作业安全。

4.3围岩加固方案

4.3.1“U”字型帷幕施工

由于堆积体围岩结构松散，裂隙发育，减少注浆过程中的浆液流失是施工的关键。按照设计要求采用水灰比0.8:1～1:1水泥浆，浆液流失严重，注浆压力难于保证，如下图所示：

根据试验结果及设备所能达到的要求，选取水灰比0.8:1，水玻璃和水泥的质量比一般为5％左右浆液；由于参加了水玻璃，浆液粘稠度增加，初凝时间相对较短，采用袖阀管分段后退式注浆施工难度较大，且质量难于保证。经与现场监理及设计沟通，对“U”字型帷幕Ⅰ序孔直接采用Ф60PVC管插入至孔底直接进行注浆，直至注满且压力达到0.5mpa为止。当注浆量超过理论注浆量的0.5倍，仍未满足要求时，可采取间歇式注浆，或适当的增加水玻璃的比重。

当周边的Ⅰ序孔施工完成之后，进行该位置的Ⅱ序孔施工，Ⅱ序孔施工按照设计要求采用袖阀管分段后退式注浆，浆液为水灰比0.8：1的水泥浆液；对施工完成的区段，分段进行抽样钻探检查，对不合格的区域进行补注，以保证施工质量。Ⅱ序孔按照间隔施工的原则进行施工，注浆与钻孔跳格施工，防止注浆过程中串浆，造成塌孔。

袖阀管分段后退式注浆工序较多，工艺复杂，设计要求袖阀管全长设置，袖阀管与钻孔之间的空隙采用套壳料封堵，注浆压力0.5mpa～1.0mpa。

2）袖阀管分段后退式注浆的工艺原理及改进

袖阀管分段后退式注浆（详见图4-5）主要是利用套壳料及袖阀管底部的闷盖使浆液向四周扩散，实现袖阀管分段式注浆的特点。该施工工艺比较复杂、效率较低，本身的成本较高。为了实现套壳料的作用，同时又要满足施工方便的要求，袖阀管下完时，地面2米以下，采用粗砂代替套壳料进行填充，地面2米以上采用速凝水泥砂浆进行封孔。

传统的双塞管采用皮碗式止浆塞，在芯管提管过程中，皮碗式止浆塞极易翻转，或被拉脱的皮碗形成几个串在一起，造成止浆塞卡管现象，提管十分困难。本工程选用台阶式的双塞管（如图4-6），以降低注浆过程中的事故发生率。

3）袖阀管注浆操作要点

本工程地表注浆采用GX150型地质钻机，成孔后采用你讲护壁。注浆过程中施工要点如下：

①注浆内管和双塞管连接好放到袖阀管底部；

②注浆内管顶部和液压注浆泵的出浆端连接，中间接有压力表；

③通过搅拌机配制水泥浆，把配制好的水泥浆通过注浆机注入到塑料容器中；

④把液压注浆泵的进浆端放到水泥浆溶液中，开启液压注浆泵进行注浆。

⑤注浆压力达到1.0MPa以上并持续30s后，上提注浆内管，提升的高度控制在50cm以内，以1米为一段，满足注浆结束标准后，再进行下一段的注浆。

一般情况下，每段注浆过程中，孔口压力表将出现两次峰值。在注浆刚开始，出现第一次峰值，压力达到0.9～1.2MPa左右，持续的时间很短；随后压力逐渐降到0.5—0.8MPa间的相对平稳值，持续时间在一分钟左右，压力表出现第二次峰值，压力约为1.3MPa，，将注浆内管上提进行下一段注浆。压力表出现第一次峰值是由于浆液冲破橡皮套引起的，当橡皮套被冲破时，这个峰值很快下降；随着浆液的注入，地层中间的空隙被填充，注浆压力也逐渐增大，达到第二次峰值。

注浆过程中，由于岩体破碎，个别孔位注浆量较大，且袖阀管注浆分段后退式注浆较慢，为浆液初凝，造成芯提升困难，可在浆液中加入一定量的缓凝剂。

4.3.3管棚施工及中间区域地表注浆

当“U”字型帷幕由下至上逐渐形成的过程中，在满足“U”字型帷幕施工进度要求情况下，进行中间区域的地表注浆钻孔作业。待“U”字型帷幕施工完成后，再进行管棚施工。

管棚施工由两侧向中间施工，成孔后立即进行注浆，使附近孔位岩体裂隙得到一定程度的填充，保证管棚钻孔施工质量。地表注浆孔至管棚顶部为止，如图4-2；成孔后立即下放袖阀管，地表2米以下用水泥砂浆封堵，当附近管棚注浆完成之后，再进行该区域地表注浆，各道工序实际作业时间分布如下图所示：

为了保证管棚注浆尽量的扩散至围岩加固的范围内，现场采用水灰比1:1的水泥浆液，并掺加一定量的缓凝剂，将水泥浆初凝时间控制在3小时左右，当压力表读数达1.5mpa以上时方可停止注浆。

由于“U”字型帷幕及管棚施工，使整个围岩加固区段岩体孔隙得到了一定的填充，为了保证管棚及上部围岩形成整体的拱形结构，管棚上部注浆孔采用袖阀管劈裂注浆，每段注浆终压一般控制在1.5mpa左右。

5总结及体会

本工程从地表注浆施工开始到隧道的进洞施工仅仅45天时间，且围岩的加固达到了预期的效果：

1)“U”字型帷幕在处理孔隙率较大，结构松散的岩体注浆施工中方法是可行的，大大减少了浆液的流失。

2)由于岩体破碎，整个堆积体受地表雨水长时间的冲刷、渗透，块石与块石之间的空隙较大，需要的浆液较多，孔隙较大，管棚施工通过合理的安排施工顺序，依托“U”字型帷幕的浆液扩散，由两侧向中间施工，成孔后及时注浆，使水泥浆渗透至附近孔位，为附近孔位管棚钻孔施工创造了良好的围岩条件，保证了在现场的管棚钻孔过程中无掉渣、塌孔事故。

3)管棚顶部袖阀管注浆及管棚注浆，提高了拱形结构的刚度和承载力，增加了围岩的整体性，阻止了地表水渗入；根据洞内拱顶下沉、净空收敛等监测变形结果显示，隧道内部拱顶的下沉量和周边收敛量不足1mm，保证了洞内施工的安全。注浆效果得到了监理、设计的肯定，将本隧道进口段“六步CD法”改为“四步CD法”，提高了施工效率。

6结语

“U”字型帷幕的形成，是堆积体围岩加固取得成功的主要原因。采用单、双液注浆相结合的方式，利用不同的注浆方法，既减少了浆液的流失，又保证了施工质量；隧道区域内的围岩加固考虑了地表注浆和管棚施工对围岩加固的综合效应，节约了工期和施工成本，保证了施工质量；同时袖阀管分段后退式注浆在本工程施工中得到了优化提高了施工效率。

参考文献

［1］《铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008》

［2］铁三院城交分院地下结构所编《铁路隧道围岩注浆加固工程》

［3］应金星，《袖阀管注浆加固设计与施工工艺研究》，吉林水利，2009（7），22-25.

［4］张民庆、张文强、姜才荣，《袖阀管注浆工法的改进与应用》，施工技术，2003（9），4-6.