深孔注浆技术在隧道碎屑 流地层围岩加固中的应用

深孔注浆技术在隧道碎屑流地层围岩加固中的应用
摘要：文章结合工程实践，介绍了采用深孔注浆技术超前加固隧道碎屑流地层围岩的施工技术，通过实践证明该施工技术的应用使得破碎地层得到有效加固改良，提高了围岩的承载力，取得了良好的效果，为同类工程施工提供了参考。

关键词：深孔注浆技术；碎屑流地层；隧道施工；围岩加固
1工程概况
兰新铁路第二双线从甘肃兰州引出，穿越甘肃、青海和新疆，止于乌鲁木齐，建成后，从兰州至乌鲁木齐的时间将减少一半。

照壁山隧道位于世界上海拔最高的兰新铁路第二双线甘肃青海段大通县境内，隧道地处大阪山中高山区，平均海拔2 800 m，最高海拔3 489.5 m。

隧道起讫里程DK 253+792~DK 259+116，全长5 324 m，为双线隧道，洞内线路纵坡为20‰的单面上坡。

隧道出口端上台阶施工到DK 257+960时发生碎屑流，掌子面右拱腰处斜上方于在立架时出现掉块现象并有水往外喷，紧接着又有碎屑涌出，随后碎屑流速变大，碎屑流涌出量达到280 m3，碎屑流在上台阶处堆积平均高度1 m。

现场发生碎屑流情况后，施工单位立即对掌子面喷砼进行封闭，并停止了施工。

经现场勘查分析，决定采用深孔注浆措施对围岩进行加固，确保施工安全和施工进度。

2工程地质情况
掌子面地层岩性主要为石英片岩，褐红色，呈碎块状镶嵌结构，节理很发育，结构面结合力差，易分离剥落，局部差异风化严重，岩质性脆，岩体非常破碎。

局部涌水呈雨帘状，围岩整体性差，拱部极易掉块、剥落，多次出现碎屑流。

3深孔注浆加固施工
3.1注浆加固原理
利用压力原理通过注浆管将浆液注入到掌子面上台阶碎屑流地层中，浆液以填充、渗透和挤密的方式，将岩石裂隙中的水分和空气排除后占据其位置，经过一定时间后，浆液在隧道开挖轮廓线外将松散岩石胶结成一个整体，形成具有一定厚度和一定抗水压能力的稳定固结体，从而改善围岩的物理力学性质，达到稳定围岩的目的。

3.2注浆孔布置
隧道出口上台阶深孔注浆注浆孔布置如图1所示。

注浆孔分A、B、C三类孔，外加大管棚注浆孔，A类孔环向间距70 cm，距离开挖轮廓线50 cm，主要是加固开挖轮廓线；B类孔环向间距70 cm，距离开挖轮廓线110 cm，主要是掌子面右侧围岩较差，在右侧增加一环注浆孔进行加固；C类孔位于掌子面中心部
位，主要起到加固掌子面中心部位，防止掌子面垮塌。

3.3施工工艺
上台阶深孔注浆施工工艺：施工准备→施做止浆墙→测量放线并标注钻孔位置→搭设工作台架→钻机就位固定并钻孔→安设孔口管→配制浆液→前进式分段注浆（分段长度5~8 m）→注浆至设计深度→钻孔检查注浆效果→判定是否符合注浆结束标准（不符合重新注浆）→钻孔注浆结束。

隧道出口上台阶深孔注浆孔位布置图如图1所示。

3.4止浆墙施工
止浆墙厚2.5 m，采用C25砼浇筑而成，施工时封闭止浆墙与掌子面之间及止浆墙与拱部初期支护间的空隙，同时在止浆墙上预埋了4根钢管作为预留注浆孔。

为了增大止浆墙抗压能力，止浆墙下部深入基岩50 cm，同时在初期支护上打设Φ22锚杆，锚杆长度2 m，外露50 cm，环向50 cm布置，防止止浆墙外移。

止浆墙浇筑24 h后拆模，达到规定养护期限后对预留孔进行注浆。

3.5钻孔施工
钻机采用SM-14多功能钻机，在止浆墙上标定好孔眼位置（如图1所示）。

为防止钻孔间相互穿浆，每次钻孔顺序采用间隔2个孔钻孔，A类钻孔顺序为：A1、A4、A7、A10、A13、A16；A2、A5、A8、A11、A14、A17；A3、A6、A9、A12、A15。

B类孔与A类钻孔顺序类似，区别为间隔一个孔位钻孔。

由于围岩破碎易卡钻，故采用前进式注浆，钻孔施工要求如下：
①先用钻机开孔深1.6 m，孔直径为114 mm的钻孔，安设固结1.8 m长、Φ108 mm孔口管。

②通过孔口管钻设Φ90 mm注浆孔，钻孔深度8 m。

钻孔方向控制：钻孔方向纵向基本与隧道轴线方向一致，但两侧拱架孔位受制于钻机限制向外插角 5 ̊~8 ̊，水平方向均采用水平尺控制钻眼方向，每米抬升3~5 cm。

③在孔深8 m注浆结束后4~6 h立即开始清孔，再重新钻孔，钻孔深度13 m，钻孔后立即注浆。

④在孔深13 m注浆结束后4~6 h再次开始清孔，再重新钻孔，钻孔深度19 m，钻孔后立即注浆。

⑤在孔深19 m注浆结束后4~6 h第三次次开始清孔，再次钻孔，钻孔深度
25 m，钻孔后立即注浆。

在钻孔过程中如遇卡钻则停止钻孔，注浆初凝后再行钻孔。

3.6注浆加固施工
为方便注浆管与注浆孔连接，同时确保在压力增大情况下不漏浆，在每个孔口安装孔口管。

在施工之前，要做好注浆设备检查工作，保证注浆一旦开始不出问题。

水泥浆水灰比采用1‥1和0.75‥1两种，双液浆配比为1‥1。

进浆采用在自搅拌储浆桶外加装四个小桶，每个桶和储浆桶相连，底部浆液互通，将进浆管安装在小桶内，不影响储浆桶搅拌。

在注浆泵开起前先将进浆管放入小桶，由于注浆机有两根进浆管，如单液浆注浆两根进浆管均放入水泥浆桶内，如双液浆注浆时则将一根放入水玻璃浆桶内。

正常注浆采用单液浆，漏浆时注双液浆。

在确保连接完好后开起注浆机，即开始注浆。

注浆顺序按“由外到内、由下到上、间隔跳孔”的原则进行，以达到控域注浆，挤密加固的目的。

注浆控制情况：注浆机开起后就连续注浆，注浆机效率30-60 L/min，可调控，开始时注浆压力较小，注浆机效率调到最大，当注浆压力增大到2 MPa时注浆机效率调小到40 L/min，当压力增大到3 MPa以上时注浆机效率调最小，如压力进一步增大，停止连续注浆，采用间隔注浆。

间隔注浆根据压力变化情况进行调整，如压力增加快，则注浆时间短，停止时间长，如压力增加慢，则注浆时间长，停止时间短，一般情况下注浆30 s，停20 s，通常维持30 min就停止注浆。

如某一注浆孔注浆时间过长，压力起不来，超过6~10 h，就存在浆液流失的可能，应加大水灰比或采用双液浆注浆，尽快封堵浆液流失部位。

漏浆处理：漏浆通常分为管路漏浆和工作面漏浆。

管路漏浆一般都是接头没有连接紧密，需重新连接或增加垫片等；工作面漏浆情况比较多，有泄水孔漏浆、掌子面漏浆、后方初期支护漏浆等，应先停止注浆，一般采用土工布或干水泥处理封堵漏浆部位，3~5 min后再开始注浆。

3.7注浆结束标准
单孔注浆结束标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到3~4 MPa时，持压3~5 min，即可结束该孔注浆。

全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象。

4深孔注浆加固效果
4.1检查及评定
根据现场钻孔所揭示的地质状况，注浆结束后，可采取分析法即结合注浆过程中P-Q-t曲线分析及反算地层浆液的填充率来判断注浆效果；根据注浆量分析浆液对地层裂隙的填充率，当浆液填充率达到80%以上，则满足开挖要求；选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，保证不坍孔，不涌泥，涌水量小于0.2
L/m·min。

4.2效果
①按总注浆孔的5%~10%设计检查孔，通过平行打设孔深25 m的检查孔进行检查，未出现塌孔现象，钻至19~20 m处有少量出水，且检查孔出水量均达到设计的0.2 L/m·min的控制标准要求，检查孔钻设过程中不卡钻不坍孔，地层成孔性较好。

②根据注浆评定方案，现场选择管棚注浆作为注浆评定主要依据，根据钻孔结果显示，管棚孔无塌孔卡钻等异常现象，满足要求，但注浆量较深孔注浆量明显减少，典型注浆P-Q-t曲线如图2所示。

③经后期隧道施工开挖验证，未出现碎屑流、坍塌等影响安全施工的问题，注浆加固碎屑流地层围岩取得了很好的效果。

5结语
通过深孔注浆，松散碎屑流地层的出水裂隙及破碎岩体得到有效封堵，施工后期钻孔出水量明显减小，地层吸浆量减小，所有注浆孔均达到设计终孔结束标准，破碎地层得到有效加固改良。

深孔注浆加固技术在照壁山隧道的应用是成功的，无论是经济效益、安全性还是工期，都取得了较好的效果，为同类工程施工提供了参考。

参考文献：
[1] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
[2] 罗长军,李伟.灌浆技术在紫山灰场粉煤灰地层中的应用[J].岩土工程学报,2002,(3).。