富水粉細(xì)砂層段超前預(yù)加固注漿對(duì)隧道變形影響研究

摘要 ：富水粉細(xì)砂層圍巖段常采用超前預(yù)加固注漿的輔助施工措施，施工過程中將不可避免地產(chǎn)生大變形，如何選擇合理的注漿方式和支護(hù)措施,有效控制隧道變形，進(jìn)行專門的研究試驗(yàn)是非常必要的，為解決大變形問題及有效科學(xué)控制隧道開挖預(yù)留變形量，我們結(jié)合了專家意見并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采用試驗(yàn)段來探索變形施工技術(shù)，由試驗(yàn)段可知富水粉細(xì)砂層圍巖段大變形施工可采用前進(jìn)式分段注漿，并用超細(xì)水泥漿液進(jìn)行填隙處理能有效控制隧道變形。關(guān)鍵詞 ：粉細(xì)砂層;預(yù)加固注漿;變形;專家意見;試驗(yàn)段

中圖分類號(hào)： U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A0.引言

近年來,隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展,隧道工程已經(jīng)向長(zhǎng)大深埋方向發(fā)展,穿越富水砂層段等地質(zhì)環(huán)境惡劣的軟弱圍巖長(zhǎng)大隧道工程已不可避免。富水粉細(xì)砂層段修建隧道工程,最大的難題就是掌子面的預(yù)加固措施，使隧道變形控制在一定范圍內(nèi)[1]-[3]。

隧道處于粉細(xì)砂層段時(shí)，由于圍巖塑形指數(shù)小，土體粘聚力小，掌子面易發(fā)生坍塌，為防止坍塌，應(yīng)對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固注漿處理[4]，提高圍巖的自穩(wěn)性。因此，了解預(yù)加固注漿施工參數(shù)和隧道變形的相互關(guān)系，通過對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際變形數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，不斷優(yōu)化施工參數(shù)[5]。

富水粉細(xì)砂層段隧道施工將不可避免的產(chǎn)生大變形，隧道開挖后圍巖變形顯著，施工中容易發(fā)生支護(hù)變形侵限，支護(hù)面開裂等。因此如何選用合理的預(yù)加固注漿措施，有效控制隧道變形，進(jìn)行專門的試驗(yàn)段研究是很有必要的。

1.工程概況

百店隧道位于山西中南部鐵路通道工程隰縣至洪洞段蒲縣百店村附近，全長(zhǎng)2954m，設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道。隧道地層巖性主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積層（Q3eol）新黃土及第四系中更新統(tǒng)洪積層（Q2pl）老黃土，堅(jiān)硬～硬塑狀，松軟結(jié)構(gòu)；第三系上新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、細(xì)砂及透鏡體，粉質(zhì)黏土呈硬塑～堅(jiān)硬狀，部分膠結(jié)，局部姜石含量較大，松軟結(jié)構(gòu)，細(xì)砂呈松散結(jié)構(gòu)，密實(shí)；三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）砂巖、泥巖，砂巖呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，弱風(fēng)化，泥巖呈塊碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，弱風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀310°∠4°。百店隧道施工中重點(diǎn)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)，實(shí)行信息化施工，掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)工作狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整隧道施工方案和支護(hù)參數(shù)，嚴(yán)格遵循“先治水、管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤測(cè)量”的21字方針，重點(diǎn)保障圍巖穩(wěn)定和施工安全。

2.隧道變形特征

百店隧道寬11.2m高9.6m，隧道拱頂下4.5m范圍內(nèi)為粉細(xì)砂層，隧道變形主要為拱頂下沉，水平收斂較小，該隧道變形有以下特征[6]：

1)、初期變形大，且隨著含水量增加初始變形值增大。

2)、拱頂下沉大，水平收斂較小

從近4個(gè)月施工量測(cè)數(shù)據(jù)顯示拱頂下沉遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水平收斂，掌子面未進(jìn)行超前預(yù)加固注漿處理前拱頂下沉累計(jì)最大176mm，水平收斂累計(jì)最大73.87mm。

3)、仰拱封閉成環(huán)后，量測(cè)結(jié)果顯示收斂速率有變小。

3.前期施工及采取措施

隧道施工中DK283+406～DK283+635段在隧道洞身中部出現(xiàn)厚約0.3～0.6m含水砂層，出水量約0.5～2.0m3/h；DK283+636～DK283+669段洞身為粉質(zhì)粘土地層；DK283+670～DK283+740段在隧道拱頂下方約1.5米處發(fā)育厚約1.5～4.0米含水砂層，出水量約5.0～15.0m3/h；自DK283+752開始含水砂層逐漸發(fā)育延伸至隧道拱頂，掌子面出水量逐漸加大，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果推斷進(jìn)口DK283+760～DK283+790段洞身下部為粉質(zhì)粘土，拱頂下方約1.5m至拱頂上方3.9m范圍內(nèi)以細(xì)砂為主，局部夾雜圓礫石及少量粉質(zhì)粘土，終孔后的地下水總量約30m3/h。隧道進(jìn)口上臺(tái)階施工至DK283+763時(shí)拱頂上方出現(xiàn)局部突泥（砂）涌水，隧道施工暫停，對(duì)掌子面進(jìn)行了封閉并注漿加固處理。

4.專家咨詢論證

①百店隧道剩余段落地質(zhì)條件較為復(fù)雜，主要為第三系砂層，砂層厚度大，隧道位于地下水水位之下，富含地下水。建議采用超前深孔注漿[7]- [9]，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況增設(shè)大管棚。

②結(jié)合圍巖及地下水的排水情況，優(yōu)化注漿范圍、工藝及工法。

③加強(qiáng)掌子面及周邊引排水措施。

④加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理和質(zhì)量控制，尤其是因加強(qiáng)注

漿效果的檢查。

⑤遵循“快挖、快支、快封閉”的原則，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，防止坍塌，確保隧道施工安全。

5.試驗(yàn)加固效果對(duì)比

根據(jù)專家論證結(jié)果要求，結(jié)合隧道具體特點(diǎn)，和施工中遇到的特殊情況，決定采用試驗(yàn)段的方式進(jìn)行探討研究，試驗(yàn)段預(yù)加固注漿采用前進(jìn)式注漿，注漿加固范圍為開挖輪廓線外4m,加固高度為拱頂下6.8m范圍，試驗(yàn)結(jié)果如下：

1)DK283+763～DK283+783段預(yù)加固注漿布置34個(gè)注漿孔，其中主孔25個(gè)（20m長(zhǎng)），副孔9個(gè)（10m）長(zhǎng)，注入CS雙液漿239m3，注漿壓力控制在3～4MPa。

拆除止?jié){墻后，掌子面圍巖加固不完全，在注漿孔間有股狀水出露，經(jīng)判定相鄰兩孔注漿范圍不咬合，圍巖不穩(wěn)定，不具備開挖條件。

2)DK283+763～DK283+783段預(yù)加固注漿在前次注漿孔間增設(shè)36個(gè)注漿孔，其中主孔27個(gè)（20m長(zhǎng)），副孔9個(gè)（10m）長(zhǎng)，注入CS雙液漿662m3，注漿壓力控制在3～4MPa。

拆除止?jié){墻后，掌子面圍巖濕潤(rùn)，有一定自穩(wěn)性，共完成洞身開挖14.5m。該段拱頂下沉累計(jì)最大137mm,收斂累計(jì)最大55.29mm。

3)DK283+777.5～DK283+797.5段預(yù)加固注漿布置70個(gè)注漿孔，其中主孔52個(gè)（20m長(zhǎng)），副孔18個(gè)（10m）長(zhǎng)，注入CS雙液漿710m3，注漿壓力控制在3～4MPa。

拆除止?jié){墻后，掌子面圍巖濕潤(rùn)，局部有裂紋，共完成洞身開挖2m時(shí)，掌子面坍塌，有股狀水流出，水量約2200m3/d,分析判定下雨后地表水有大量補(bǔ)給，圍巖因水壓增大無(wú)法自穩(wěn)。該段拱頂下沉累計(jì)最大142mm,收斂累計(jì)最大56.37mm。 4)DK283+779.5～DK283+799.5段預(yù)加固注漿布置70個(gè)注漿孔，其中主孔52個(gè)（20m長(zhǎng)），副孔18個(gè)（10m）長(zhǎng)，注入CS雙液漿1066m3，注漿壓力控制在3～4MPa。注漿完成后布置43根20m長(zhǎng)的管棚[10]。

拆除止?jié){墻后，掌子面圍巖濕潤(rùn)，有一定自穩(wěn)性，共完成洞身開挖16.4m。該段拱頂下沉累計(jì)最大124mm,收斂累計(jì)最大51.29mm。

5)DK283+795.9～DK283+820.9段預(yù)加固注漿布置70個(gè)注漿孔，其中主孔52個(gè)（25m長(zhǎng)），副孔16個(gè)（12.5m）長(zhǎng)，注入普通水泥雙液漿1156.4m3，超細(xì)水泥雙液漿650.6m3，注漿壓力控制在3～4MPa。注漿完成后布置43根20m長(zhǎng)的管棚。

拆除止?jié){墻后，掌子面圍巖較干燥，有一定自穩(wěn)性，共完成洞身開挖23.4m。該段拱頂下沉累計(jì)最大87mm,收斂累計(jì)最大32.67mm。

6.結(jié)論

1、2試驗(yàn)段注漿孔咬合后圍巖自穩(wěn)性提高，可以進(jìn)行開挖，但是隧道變形量大，預(yù)留變形量小的情況下容易造成侵限。3試驗(yàn)段增設(shè)大管棚后，掌子面穩(wěn)定，但拱頂下沉和水平收斂值依然偏大。4試驗(yàn)段后通過調(diào)整注漿液，增加超細(xì)水泥雙液漿填充土體孔隙，使圍巖更加密實(shí)，自穩(wěn)性有較大提高，單循環(huán)洞身開挖長(zhǎng)度增長(zhǎng)，同時(shí)隧道變形得到有效控制。

目前通過預(yù)加固注漿加固圍巖，提高圍巖自穩(wěn)性能控制隧道變形的最直接的方法，但粉細(xì)砂層注漿難度大?？勺⑿圆钅壳斑€是比較難克服的問題，在今后施工中應(yīng)繼續(xù)探索研究。

參考文獻(xiàn)

[1]呂緯;淺埋暗挖含水砂層隧道圍巖穩(wěn)定性研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年.

[2]張連成;葉飛;謝永利;;軟弱破碎圍巖隧道大變形機(jī)理及處治[J];公路交通科技;2011年12期.

[3]鄧稀肥;陳壽根;張恒;應(yīng)金星;;深圳地鐵四號(hào)線隧道圍巖變形控制技術(shù)研究[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2011年02期.

[4]翁敦理;陳明輝;;深孔注漿技術(shù)在地鐵暗挖隧道施工中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代隧道技術(shù);2012年02期.

作者簡(jiǎn)歷：葉亮（1986-8），男，四川綿竹人。2010年畢業(yè)于西南科技大學(xué)土木工程專業(yè)，本科，助理工程師，主要從事隧道及地下工程管理工作。