公路隧道軟巖大變形段小導(dǎo)管后注漿法施工技術(shù)

魯海峰

0 前言

隨著公路建設(shè)的發(fā)展，公路交通網(wǎng)在西部交通中起著主導(dǎo)作用，隧道呈現(xiàn)“數(shù)量多、長大隧道多、風(fēng)險(xiǎn)隧道多”的“三多”現(xiàn)象。其中軟弱圍巖隧道占有相當(dāng)大的比例。如何提高軟巖隧道施工水平，預(yù)防大變形、塌方，充分利用圍巖的自穩(wěn)能力，確保施工安全是隧道施工關(guān)鍵技術(shù)。公路隧道軟巖大變形段小導(dǎo)管后注漿法施工技術(shù)就是針對特殊的圍巖構(gòu)造、通過徑向打設(shè)小導(dǎo)管分階段注漿的方法，控制隧道圍巖沉降、收斂，抑制炭質(zhì)頁巖隧道產(chǎn)生大變形，處理變形侵限等方面效果顯著。

1 工程地質(zhì)描述

某隧道穿過淺埋偏壓帶和F2大斷層帶，巖層破碎，穩(wěn)定性差。隧道進(jìn)口圍巖巖性主要以中風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖為主，夾少量炭質(zhì)板巖。炭質(zhì)頁巖為含大量植物化石和碳化有機(jī)質(zhì)的沉積巖，黑色軟風(fēng)化，節(jié)理發(fā)育，礦物成分主要為粘土礦物，濕度較高。

2 施工技術(shù)特點(diǎn)

2.1 初襯完成后讓圍巖先變形在隧道周邊產(chǎn)生松動(dòng)圈，通過監(jiān)控量測根據(jù)變形量分階段注漿。

2.2 根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)注漿主要分為全斷面注漿和局部注漿，達(dá)到進(jìn)度成本可控。

2.3 小導(dǎo)管注漿施工方便成本低，注漿效果要優(yōu)于大管棚和錨桿。杜絕了管棚注漿壓力過小，施工難度較大及自進(jìn)式錨桿施工時(shí)的斷桿、卡鉆等現(xiàn)象。

3 施工工藝技術(shù)原理

3.1 炭質(zhì)頁巖礦物成分主要為粘土礦物，在未發(fā)生變形前圍巖密實(shí)度較好，在此階段進(jìn)行注漿施工，漿液無法很好地與圍巖形成整體，當(dāng)圍巖開挖后應(yīng)力重分部形成的二次應(yīng)力狀態(tài)，將超過洞壁周圍的巖體屈服強(qiáng)度，產(chǎn)生較大的塑性變形，使隧道圍巖周邊產(chǎn)生一松動(dòng)圈，通過監(jiān)控量測顯示，在此階段進(jìn)行注漿使洞壁圍巖形成一定強(qiáng)度的加固帶，在注漿小導(dǎo)管作用下形成較大范圍的“自成拱”。

3.2 采用小導(dǎo)管注漿，易于操作施工，減少了大型機(jī)械設(shè)備對圍巖的擾動(dòng)，通過提前鉆孔送管的方式，減少了采用自進(jìn)式錨桿鉆進(jìn)難度大，卡鉆、斷桿現(xiàn)象。

3.3 分階段全斷面及局部注漿，由于炭質(zhì)頁巖的膨脹性及徐變特性，當(dāng)進(jìn)行一次注漿后圍巖與小導(dǎo)管漿液形成加固圈，圍巖變形得到抑制，變形量減少至最初變形的30%，但隨著時(shí)間的位移變形量有增大的趨勢。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)適時(shí)進(jìn)行二階段注漿施工，在此階段完成后圍巖變形大幅減少，圍巖基本趨于穩(wěn)定，二襯施做完成后承受的應(yīng)力較小，二襯混凝土未出現(xiàn)裂縫。由于隧道圍巖局部段落存在偏壓，變形量進(jìn)洞兩側(cè)不均勻，鑒于此種狀況采用分階段局部注漿加固的方法，達(dá)到進(jìn)度及成本雙控。

4 確定注漿時(shí)間

4.1 初期支護(hù)完成后及時(shí)布置測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控量測，采用斷面儀、全站儀、收斂儀相結(jié)合的方式進(jìn)行，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)可以看出，松動(dòng)圈快速擴(kuò)張主要集中在初期，大約2周時(shí)間，在此時(shí)間段內(nèi)，地下水對圍巖峰后擴(kuò)容的影響較為劇烈。因此，在隧道開挖初期，圍巖破壞強(qiáng)烈，松動(dòng)圈擴(kuò)展速度快。隨著時(shí)間的推移，圍巖松動(dòng)圈向內(nèi)遷移，圍巖破壞減弱，松動(dòng)圈擴(kuò)展速度迅速降低。

由監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及理論計(jì)算相結(jié)合得出：圍巖變形達(dá)到10cm～11cm時(shí)圍巖松動(dòng)范圍在3m左右，通過應(yīng)力重分部后圍巖裂隙增加、空隙率增大，在此階段進(jìn)行注漿，圍巖、漿液、小導(dǎo)管固結(jié)形成整體，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示最初變形量每天4cm～5cm，一階段注漿時(shí)與掌子面距離6～8m，注漿與掌子面施工平行作業(yè)。當(dāng)一階段注漿完成變形后圍巖變形速率降低，采用位移計(jì)監(jiān)測圍巖松動(dòng)圈在4m左右，監(jiān)控量測顯示該階段變形量達(dá)18cm～20cm，在此階段注漿完成后圍巖變形基本趨于穩(wěn)定，當(dāng)一階段注漿完成后變形趨于穩(wěn)定將不再進(jìn)行二次注漿施工工作。

4.2 小導(dǎo)管加工

采用Ф42×4mm無縫鋼管，加工端頭呈錐形，長度為4m和5m的半成品，端部1m以下梅花形打孔，孔間距15cm。端部焊接對絲，長度以安裝止?jié){閥為宜。

4.3 打孔送管

4.3.1 一階段打孔送管

通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行小導(dǎo)管打孔施工，一階段縱向間距為0.5m環(huán)向間距1.0m，打孔前由現(xiàn)場技術(shù)人員進(jìn)行布點(diǎn)，嚴(yán)格控制孔深及角度，鉆孔深度大于導(dǎo)管深度10cm～15cm，清孔完成后及時(shí)送管，防止出現(xiàn)塌孔縮孔等。

4.3.2 二階段打孔送管

當(dāng)一階段注漿完成后監(jiān)控量測顯示，變形量急劇減少變形量減少為最初變形量的30%，當(dāng)變形趨于穩(wěn)定后不再進(jìn)行二次注漿，但當(dāng)變形量持續(xù)數(shù)天后變形量增大，通過地質(zhì)雷達(dá)及多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測，圍巖松動(dòng)圈有擴(kuò)大趨勢，圍巖變形量達(dá)到18cm～20cm，在此時(shí)進(jìn)行二階段打孔，孔間距縱向0.5m，環(huán)向0.5m。小導(dǎo)管長度5m，孔深大于導(dǎo)管深度10cm～15cm。

4.4 封口安裝止?jié){閥

送管完成后進(jìn)行封口作業(yè)，封口時(shí)采用錨固劑填塞搗鼓密實(shí)，確保注漿時(shí)由于漿液壓力過大，漿液從封口處噴出，影響注漿質(zhì)量，封口完成后導(dǎo)管尾部焊對絲連接接止?jié){閥，止?jié){閥注漿前應(yīng)關(guān)閉，防止?jié){液串流從管口流出，注漿完成后止?jié){閥取下進(jìn)行殘留漿液清理，以備二次使用減少浪費(fèi)。

4.5 分階段隔跳法注漿

一階段打孔送管完成后進(jìn)行注漿作業(yè)，注漿前檢查注漿機(jī)工作情況、注漿管路連接情況。注漿采用水泥漿液，水灰比1：1，注漿壓力：0.5Mpa～2.0MPa，可注性差時(shí)取大值。注漿時(shí)采用隔跳注漿，環(huán)向先進(jìn)行單號孔注漿，再進(jìn)行雙號注漿，縱向孔位跳躍式注漿。同時(shí)為確保注漿質(zhì)量每孔進(jìn)行多次注漿，每孔反復(fù)注漿次數(shù)不小4～5次，每間隔3min～4min進(jìn)行一次注漿。當(dāng)一階段注漿施工完成后，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)適時(shí)進(jìn)行二階段注漿施工。

4.6 注漿注意事項(xiàng)

4.6.1 制備水泥漿時(shí)嚴(yán)禁水泥塊進(jìn)入漿液，放漿進(jìn)入儲(chǔ)漿桶時(shí)要用濾網(wǎng)過濾，以防止堵塞注漿泵。配置好的漿液放置在低速攪拌桶內(nèi)，防止?jié){液由于存放時(shí)間較長產(chǎn)生沉淀、離析現(xiàn)象。

4.6.2 注漿過程中隨時(shí)檢查孔口、鄰孔部位有無串漿現(xiàn)象，如發(fā)生串漿應(yīng)立即停止注漿，并采取措施（如快硬性水泥或錨固劑封堵）或采用間歇式注漿封堵串孔，直至不再串漿再繼續(xù)注漿。

4.6.3 注漿過程應(yīng)派專人負(fù)責(zé)填寫《注漿記錄表》，記錄注漿時(shí)間、漿液量、注漿壓力等數(shù)據(jù)， 觀察壓力表值。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：采用終壓及注漿量雙控的方式。

5 注漿前后對比

斷面注漿后對拱頂下沉和周邊收斂監(jiān)控量測變形曲線圖分析可得，掌子面開挖后圍巖變形急劇，短時(shí)間內(nèi)拱頂下沉達(dá)到10cm。針對此現(xiàn)象進(jìn)行了第Ⅰ階段注漿，注漿完成后，圍巖變形曲線斜率變平緩，說明圍巖變形已得到有效的控制。在不間斷監(jiān)控量測的基礎(chǔ)上進(jìn)行掌子面掘進(jìn)，當(dāng)觀測累計(jì)變形量達(dá)到預(yù)留變形量的70%時(shí)，變形曲線斜率又一次變大，說明第Ⅰ階段注漿后形成的“自承拱”在圍巖進(jìn)一步應(yīng)力能釋放的情況下發(fā)生變形，這時(shí)進(jìn)行第Ⅱ階段注漿，注漿后變形曲線斜率基本接近于零，這說明圍巖變形已完全得到控制。

6 結(jié)論

公路隧道軟巖大變形段小導(dǎo)管后注漿施工技術(shù)，在不影響掌子面正常掘進(jìn)的情況下開辟了新的工作面，避免了因預(yù)注漿施工影響隧道的正常掘進(jìn)而產(chǎn)生的大量窩工情況，施工產(chǎn)生的振動(dòng)、噪音、粉塵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風(fēng)險(xiǎn)，工程建設(shè)采用技術(shù)后，噴射混凝土表面裂紋明顯減少，隧道初期支護(hù)再未出現(xiàn)屈服破壞現(xiàn)象，收斂變形趨于穩(wěn)定后施做的二次襯砌也未出現(xiàn)裂縫。加快施工進(jìn)度的同時(shí)，減小由于二襯凈空侵限，造成初期支護(hù)換拱，減少了掌子面施工與后續(xù)仰拱二襯施工的相互制約現(xiàn)象。同時(shí)采用小導(dǎo)管注漿法施工后未再出現(xiàn)初期支護(hù)換拱現(xiàn)象，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]