张春燕

0 引言

随着我国交通建设的高速发展，穿山隧道、都市隧道(地铁)等愈来愈多，当隧道在浅埋地段、砂土层、砂卵(砾)石层、裂隙发育地层以及大面积淋水或涌水地段施工时，常会出现坍塌、冒顶或衬砌后混凝土结构体仍然渗、漏水甚至开裂等现象，这不仅影响施工安全，延误工期，费工费料，而且影响工程质量和隧道使用年限。为了避免上述情况，施工中人们一直在尝试着用注浆工艺来处理这些问题。随着注浆材料、设备和注浆理论的发展，注浆工艺也有了长足的发展，越来越多的工程实践证明:注浆工艺的应用已成为保证隧道工程质量和安全的经济而有效的一门新型技术。

但不少工程在应用注浆工法处理隧道裂隙发育地层工程问题时，因缺乏理论依据和实际操作经验，对注浆材料、注浆设备、注浆方法的选择;在对注浆范围、注浆性能指标的确定以及注浆加固效果的检验等工作中往往带有随意性、盲目性，以致有些注浆工作花了较大的代价却未能达到预期效果，下面以赵家岭隧道为例具体阐述如何处理隧道工程裂隙发育地层注浆工艺施工中的各种问题。

1 工程概况

由我单位承建的宜万铁路赵家岭隧道DK39+950～DK39+924段拱顶发育有一溶蚀裂隙，主要为块石及黄色黏土填充，该裂隙长约26 m，平均宽约1.5 m，拱顶裂隙局部坍塌，坍腔高约3 m，根据地质勘察结果，该溶蚀裂隙与地表相通。由于该溶蚀裂隙风化严重，埋深较浅(仅约30 m)，开挖后溶蚀裂隙口部围岩及填充物时常发生掉块甚至小型塌方，雨后地表水直接通过裂隙灌入洞内，据现场渗水量观测，平均涌水量达50 m3/h，最大涌水量达500 m3/h，雨季曾发生两次涌水。因此应采用注浆施工对此段隧道周围地层进行止水与地应力补强等特殊处理。

2 注浆施工方案设计

2.1 施工目的

本工程主要以改变岩层性状为目的，使该段隧道变为不透水的加固层，达到隧道开挖时无漏水和塌落现象，以使隧道掘进时在掘进段方向及拱顶区域足以抵抗地表水的压力和施工扰动的破坏，从而达到止水及加固作用，保证暗挖施工顺利进行。

2.2 注浆钻孔布置

根据在需注浆地段的里程DK39+950～DK39+924内，雨季时渗水严重，最大涌水量达500 m3/h，平均涌水量50 m3/h。因此，在注浆钻孔的布置时按最不利条件布置，在渗水范围内，其孔位按梅花形布置于岩溶裂隙两侧。

2.3 浆液扩散半径

根据已有资料进行工程类比及现场碴体注浆试验情况选定注浆压力范围，确定浆液扩散半径r的大小。本注浆设计初定浆液扩散半径为1.0 m～1.5 m。

2.4 浆液材料和配比选定

2.4.1 材料选定

1)水泥:考虑现场的经济实用性和浆液要求，采用P.O42.5水泥;2)水玻璃:实际水玻璃有30 Be'，35 Be'，40 Be'，50 Be'四种规格，根据标准采用35 Be'的水玻璃进行配合比设计。

2.4.2 配比选定

根据现场渗水情况结合临近雨季施工，考虑岩溶裂隙处的地质条件以及尽快达到止水加固的目的，本方案计划采用水泥水玻璃双液浆进行注浆，根据现场的实际施工情况和设备情况，在拌和时把水玻璃和水泥净浆按配合比放置于一起进行拌和，由于加入水玻璃时会有水泥净浆瞬凝情况发生，故需慢慢地加入水玻璃，同时不停搅拌，直到打破瞬凝情况并达到符合配合比要求为止。

水泥净浆的水灰比通常在0.6～0.8之间，根据实际情况，采用水灰比为0.8的水泥净浆。

考虑到岩石缝隙中的水流对浆液的影响和浆液的注入速度，初步设计的浆液初凝时间为30 min，特此，按水泥浆与水玻璃的体积比进行几种比例的试配，最后确定水泥净浆与水玻璃体积比为1∶0.1。

2.5 注浆量计算

由于浆液的扩散半径与岩溶裂隙的孔隙率很难精确确定，为准备注浆材料，本方案的注浆设计根据有关隧道工程地质、水文地质条件以及所选用的注浆材料进行注浆量的估算。注浆量的估算可按下式进行:

Q=Anα(1+β)。

其中，Q为总注浆量，m3;A为注浆范围围岩体积，m3;n为围岩孔隙率，%;α为浆液填充系数，0.7～0.9;β为注浆材料损耗系数。

设计中，nα(1+β)为填充率，根据围岩地质，考虑到岩溶裂隙附近节理发育，并且两条主要竖向裂隙因地下水的冲刷作用，其填充物已被全部冲走，形成过水通道，因此，填充率取大值，取30%。又因A=3.14×R2×L，其中R=1.0 m，L=2.0 m，所以A=6.28 m3。

根据计算，每孔设计注浆量Q=1.88 m3。

2.6 注浆压力的选定

注浆压力与岩层裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料的粘度和凝胶时间长短有关，在目前均按经验公式及实际施工经验确定。通常情况可按注浆处地层深度计算，其公式为:

P=KH。

其中，P为设计注浆压力(终压值)，MPa;H为注浆处深度，小于200时取200 m;K为由注浆处深度确定的压力系数，查有关资料，K值可取0.023～0.021。所以，可估计注浆压力P约为4.2 MPa～4.6 MPa(因涌水严重，故取值较大)。

3 注浆施工工艺及要求

1)注浆口位置应准确定位，与设计位置容许偏差为±5 cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置允许偏差应小于30 cm。

2)注浆管3 m，顶部打有梅花形布置的小孔，外部设1 m φ40(热轧无缝钢管，壁厚5 cm)的孔口管，在孔内先填塞锚固剂，使管壁与岩石壁紧贴，管在岩石外露10 cm，然后接球阀，在球阀的另一侧接注浆管。具体布置见图1。

图1 注浆施工示意图

3)在注浆之前，应先对整个管道进行压水试验，其目的为:a.在注浆之前湿润设备整个管道系统，防止在注浆过程中管壁吸附浆液;b.验证注浆孔是否密闭;c.清洗注浆孔内残余碎屑且符合注浆要求。

4)一个孔段注浆施工作业应连续进行直到结束，不宜中断，应尽量避免机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。

4 质量保证措施

1)原材料要经过检验合格后方可使用。材料的配比满足设计和规范要求。

2)拌和时，要控制拌和速度，使之能很好的配合注浆速度。

3)注浆钻孔准确定位，及时纠偏，确保注浆口位置和孔底位置符合设计和规范要求。

4)注浆过程中控制好注浆压力，注浆管接头要连接牢靠，防止漏浆。

5 注浆结束标准及效果评定

5.1 注浆结束标准

注浆结束标准可分为单孔结束标准和全段结束标准。其具体标准如下:

1)单孔结束标准:

a.注浆压力逐步升高至设计终压4.2 MPa～4.6 MPa，并持续注浆10 min以上;

b.注浆结束时的进浆量小于20 L/min。

2)全段结束标准:

a.所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象;

b.注浆后涌水量小于1 m3/(m·d);

c.浆液有效注入范围大于设计值。

5.2 注浆效果评价

注浆段的注浆孔全部注完后，应进行注浆效果检查和评定，不合格者应重新钻孔注浆。检查注浆效果是否达到设计要求的方法有:

1)对注浆过程的各种记录资料综合分析，分析各孔注浆压力和注浆量变化是否合理、是否达到设计要求;

2)设检查孔，每循环设2个～3个检查孔，检查孔钻取岩芯，观察浆液充填情况，并检查孔内涌水量，检查孔内涌水量应小于0.2 L/(m·min)。

6 结语

按本施工方案进行注浆后，该段隧道根据设检查孔进行孔内检查，孔内涌水量全部小于0.2 L/(m·min)，检查孔成孔良好，裂隙段得到了明显的加固，达到了预期目的，保证了工程质量和隧道安全，使下段隧道的施工得以顺利进行，并为以后隧道注浆施工提供了宝贵数据和经验。经过注浆试验研究，我们取得了如下成果:

1)采取注浆技术加固裂隙发育地层是可行的。

2)在该类型工程中采取注水泥—水玻璃双液浆的方案是可行的。

3)确定出的各种参数，具有一定的借鉴应用价值。

4)洞内开挖施工时，要做好超前钻探工作，并且要加强洞内小导管注浆，以弥补地表钻孔注浆的薄弱环节。

[1]齐东亮.帷幕注浆止浆岩盘施工技术[J].山西建筑，2009，35(18):327-328.