鲁海峰

0 前言

随着公路建设的发展，公路交通网在西部交通中起着主导作用，隧道呈现“数量多、长大隧道多、风险隧道多”的“三多”现象。其中软弱围岩隧道占有相当大的比例。如何提高软岩隧道施工水平，预防大变形、塌方，充分利用围岩的自稳能力，确保施工安全是隧道施工关键技术。公路隧道软岩大变形段小导管后注浆法施工技术就是针对特殊的围岩构造、通过径向打设小导管分阶段注浆的方法，控制隧道围岩沉降、收敛，抑制炭质页岩隧道产生大变形，处理变形侵限等方面效果显著。

1 工程地质描述

某隧道穿过浅埋偏压带和F2大断层带，岩层破碎，稳定性差。隧道进口围岩岩性主要以中风化及强风化炭质页岩为主，夹少量炭质板岩。炭质页岩为含大量植物化石和碳化有机质的沉积岩，黑色软风化，节理发育，矿物成分主要为粘土矿物，湿度较高。

2 施工技术特点

2.1 初衬完成后让围岩先变形在隧道周边产生松动圈，通过监控量测根据变形量分阶段注浆。

2.2 根据监控量测数据注浆主要分为全断面注浆和局部注浆，达到进度成本可控。

2.3 小导管注浆施工方便成本低，注浆效果要优于大管棚和锚杆。杜绝了管棚注浆压力过小，施工难度较大及自进式锚杆施工时的断杆、卡钻等现象。

3 施工工艺技术原理

3.1 炭质页岩矿物成分主要为粘土矿物，在未发生变形前围岩密实度较好，在此阶段进行注浆施工，浆液无法很好地与围岩形成整体，当围岩开挖后应力重分部形成的二次应力状态，将超过洞壁周围的岩体屈服强度，产生较大的塑性变形，使隧道围岩周边产生一松动圈，通过监控量测显示，在此阶段进行注浆使洞壁围岩形成一定强度的加固带，在注浆小导管作用下形成较大范围的“自成拱”。

3.2 采用小导管注浆，易于操作施工，减少了大型机械设备对围岩的扰动，通过提前钻孔送管的方式，减少了采用自进式锚杆钻进难度大，卡钻、断杆现象。

3.3 分阶段全断面及局部注浆，由于炭质页岩的膨胀性及徐变特性，当进行一次注浆后围岩与小导管浆液形成加固圈，围岩变形得到抑制，变形量减少至最初变形的30%，但随着时间的位移变形量有增大的趋势。根据监控量测数据适时进行二阶段注浆施工，在此阶段完成后围岩变形大幅减少，围岩基本趋于稳定，二衬施做完成后承受的应力较小，二衬混凝土未出现裂缝。由于隧道围岩局部段落存在偏压，变形量进洞两侧不均匀，鉴于此种状况采用分阶段局部注浆加固的方法，达到进度及成本双控。

4 确定注浆时间

4.1 初期支护完成后及时布置测点进行监控量测，采用断面仪、全站仪、收敛仪相结合的方式进行，及时进行数据分析处理，通过监控量测数据可以看出，松动圈快速扩张主要集中在初期，大约2周时间，在此时间段内，地下水对围岩峰后扩容的影响较为剧烈。因此，在隧道开挖初期，围岩破坏强烈，松动圈扩展速度快。随着时间的推移，围岩松动圈向内迁移，围岩破坏减弱，松动圈扩展速度迅速降低。

由监控量测数据及理论计算相结合得出：围岩变形达到10cm～11cm时围岩松动范围在3m左右，通过应力重分部后围岩裂隙增加、空隙率增大，在此阶段进行注浆，围岩、浆液、小导管固结形成整体，监控量测数据显示最初变形量每天4cm～5cm，一阶段注浆时与掌子面距离6～8m，注浆与掌子面施工平行作业。当一阶段注浆完成变形后围岩变形速率降低，采用位移计监测围岩松动圈在4m左右，监控量测显示该阶段变形量达18cm～20cm，在此阶段注浆完成后围岩变形基本趋于稳定，当一阶段注浆完成后变形趋于稳定将不再进行二次注浆施工工作。

4.2 小导管加工

采用Ф42×4mm无缝钢管，加工端头呈锥形，长度为4m和5m的半成品，端部1m以下梅花形打孔，孔间距15cm。端部焊接对丝，长度以安装止浆阀为宜。

4.3 打孔送管

4.3.1 一阶段打孔送管

通过监控量测数据分析，进行小导管打孔施工，一阶段纵向间距为0.5m环向间距1.0m，打孔前由现场技术人员进行布点，严格控制孔深及角度，钻孔深度大于导管深度10cm～15cm，清孔完成后及时送管，防止出现塌孔缩孔等。

4.3.2 二阶段打孔送管

当一阶段注浆完成后监控量测显示，变形量急剧减少变形量减少为最初变形量的30%，当变形趋于稳定后不再进行二次注浆，但当变形量持续数天后变形量增大，通过地质雷达及多点位移计监测，围岩松动圈有扩大趋势，围岩变形量达到18cm～20cm，在此时进行二阶段打孔，孔间距纵向0.5m，环向0.5m。小导管长度5m，孔深大于导管深度10cm～15cm。

4.4 封口安装止浆阀

送管完成后进行封口作业，封口时采用锚固剂填塞捣鼓密实，确保注浆时由于浆液压力过大，浆液从封口处喷出，影响注浆质量，封口完成后导管尾部焊对丝连接接止浆阀，止浆阀注浆前应关闭，防止浆液串流从管口流出，注浆完成后止浆阀取下进行残留浆液清理，以备二次使用减少浪费。

4.5 分阶段隔跳法注浆

一阶段打孔送管完成后进行注浆作业，注浆前检查注浆机工作情况、注浆管路连接情况。注浆采用水泥浆液，水灰比1：1，注浆压力：0.5Mpa～2.0MPa，可注性差时取大值。注浆时采用隔跳注浆，环向先进行单号孔注浆，再进行双号注浆，纵向孔位跳跃式注浆。同时为确保注浆质量每孔进行多次注浆，每孔反复注浆次数不小4～5次，每间隔3min～4min进行一次注浆。当一阶段注浆施工完成后，通过监控量测数据适时进行二阶段注浆施工。

4.6 注浆注意事项

4.6.1 制备水泥浆时严禁水泥块进入浆液，放浆进入储浆桶时要用滤网过滤，以防止堵塞注浆泵。配置好的浆液放置在低速搅拌桶内，防止浆液由于存放时间较长产生沉淀、离析现象。

4.6.2 注浆过程中随时检查孔口、邻孔部位有无串浆现象，如发生串浆应立即停止注浆，并采取措施（如快硬性水泥或锚固剂封堵）或采用间歇式注浆封堵串孔，直至不再串浆再继续注浆。

4.6.3 注浆过程应派专人负责填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液量、注浆压力等数据， 观察压力表值。注浆结束标准：采用终压及注浆量双控的方式。

5 注浆前后对比

断面注浆后对拱顶下沉和周边收敛监控量测变形曲线图分析可得，掌子面开挖后围岩变形急剧，短时间内拱顶下沉达到10cm。针对此现象进行了第Ⅰ阶段注浆，注浆完成后，围岩变形曲线斜率变平缓，说明围岩变形已得到有效的控制。在不间断监控量测的基础上进行掌子面掘进，当观测累计变形量达到预留变形量的70%时，变形曲线斜率又一次变大，说明第Ⅰ阶段注浆后形成的“自承拱”在围岩进一步应力能释放的情况下发生变形，这时进行第Ⅱ阶段注浆，注浆后变形曲线斜率基本接近于零，这说明围岩变形已完全得到控制。

6 结论

公路隧道软岩大变形段小导管后注浆施工技术，在不影响掌子面正常掘进的情况下开辟了新的工作面，避免了因预注浆施工影响隧道的正常掘进而产生的大量窝工情况，施工产生的振动、噪音、粉尘等公害也得到了最大限度的降低。有效地降低了施工中的安全风险，工程建设采用技术后，喷射混凝土表面裂纹明显减少，隧道初期支护再未出现屈服破坏现象，收敛变形趋于稳定后施做的二次衬砌也未出现裂缝。加快施工进度的同时，减小由于二衬净空侵限，造成初期支护换拱，减少了掌子面施工与后续仰拱二衬施工的相互制约现象。同时采用小导管注浆法施工后未再出现初期支护换拱现象，经济效益显著。

【参考文献】

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[2]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

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[责任编辑：杨玉洁]