探索隧道塌方處理工程中的注漿技術(shù)

摘 要：交通的便捷對于經(jīng)濟的發(fā)展具有重大影響，為了給人們創(chuàng)造更優(yōu)越的交通方式，近年來公路隧道相繼出現(xiàn)，而注漿技術(shù)的高低對于公路隧道塌方的影響巨大。本文將探索公路隧道塌方處理工程中的注漿技術(shù)的重要性，并通過工程實例，分析塌方的原因，詳細(xì)地介紹了注漿技術(shù)施工工藝、技術(shù)參數(shù)、主要流程及注意事項，對公路隧道塌方處理工程中有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：公路隧道；塌方；處理；注漿技術(shù)

中圖分類號：U455.49 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0180-02

引 言

近幾年，隨著新奧法（NATM）技術(shù)被廣泛應(yīng)用，隧道穿越的山體地形往往是用于鐵路工程、公路工程等項目。據(jù)統(tǒng)計，在中國隧道的總長度約為4370km，居世界第一，由于隧道施工，地形地貌復(fù)雜，未經(jīng)證實的因素和施工不規(guī)范現(xiàn)象多，在破碎的巖石、土壤質(zhì)地層、地層的強膨脹、地層和裂隙巖體的強流動性、斷層破碎帶和淺埋大偏壓等圍巖易坍塌，給人們的生命財產(chǎn)帶來巨大損失，本文對注漿技術(shù)在隧道塌方中的應(yīng)用進行了探討。

1 公路隧道塌方原因及應(yīng)對策略

1.1 公路隧道塌方原因

公路隧道塌方的原因是復(fù)雜的，受多種因素的影響，有自然和人為兩大類，自然因素主要包括地質(zhì)狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)、水的損害、瓦斯病害等，人為因素主要是指不合理的設(shè)計。對隧道塌方進行了分析，主要表現(xiàn)為：①公路隧道位于斷層帶，圍巖破碎，巖層向下傾斜，泥巖軟弱；②巖體裂隙發(fā)育，地下水豐富，拱頂有水流，巖石因受力不勻為失去平衡；③掌子面離襯砌距離過長，施工支撐不及時、不規(guī)則，以造成塌方。

1.2 應(yīng)對策略

圍巖塌方主要是由于巖體整體受力不均勻、失穩(wěn)所造成，從根本防治角度考慮，首先應(yīng)加強圍巖自穩(wěn)能力，使隧道受力均衡。

在處理公路隧道塌方中通常采取的應(yīng)對策略有：①錨桿法，是在圍巖壁上鉆孔加固圍巖的方法。②注漿法，是將硅酸鈉水泥或水泥混合料配置成泥漿，用輸送裝置充填在土層或巖石中，將泥漿在高壓下隨裂縫擴展，最終實現(xiàn)膠凝固化。③小導(dǎo)管注漿支護，約束小導(dǎo)管注漿是沿隧道等高線在掌子面上某個高處打小導(dǎo)管注漿孔，通過注漿填充空隙形成一定厚度的結(jié)合體。④大管棚法，管棚法是一種支護方法，通過沿開挖輪廓線沿隧道軸線平行鉆孔，然后插入不同直徑的鋼管，形成鋼管框架（鋼管之間有一定距離）。

目前公路隧道工程的塌方現(xiàn)象嚴(yán)重危及人們的生命安全，影響人們的正常生活。下邊有一個實例：沙力北隧道是麗寧改擴建工程的控制工程之一，全長349m，最大埋深約140m，由砂巖和泥質(zhì)頁巖構(gòu)成，設(shè)計為單洞兩車道雙向隧道，隧道設(shè)計為復(fù)合式襯砌，初始設(shè)計錨桿和鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

針對此公路隧道的塌方現(xiàn)象，應(yīng)采取以下兩種應(yīng)對策略：一清碴策略，①先穩(wěn)定后方邊墻，可施工C25混凝土護壁側(cè)墻，然后施工30cm厚拱部護拱。②在后方10m安全帶中設(shè)置工作平臺，開挖大拱腳，設(shè)置I18型工字鋼支架，鋼軌和噴射混凝土形成拱圈閉合環(huán)。③去除巖石中的巖渣，加鋼筋網(wǎng)和錨桿支護，并通過公路隧道塌方地帶。④在塌陷段中及時施加二次襯砌。二不清碴策略，讓上方坍塌巖碴淹沒拱頂，直至上方拱部洞碴厚達高達5m以上再進行處理。即：①不清除洞碴，使其坍塌拱部上方5m處；②噴涂C20混凝土對巖石表面進行密封，并沿隧道水平設(shè)置30cm厚的泥漿壁；③采用注漿技術(shù)，使拱部上方2～3m可整體固結(jié)；④縮短進尺、無需爆破、加強支護和采用注漿技術(shù)。由于洞碴的初始量小，采用策略一孔內(nèi)取石的方法，但洞頂拱部是不間斷的掉渣，一個星期后，該方案不成功，考慮到圍巖自身的穩(wěn)定能力、業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)督四方共同商榷，決定采用策略二計劃，不同階段采用不同的實施策略，在實踐中取得了良好的效果。

2 公路隧道塌方技術(shù)施工要點

根據(jù)施工現(xiàn)場施工的實際情況和客觀因素，確定采用地面注漿加固塔芳體、二階式超前錨桿支護、固井硅酸鈉雙液注漿加固，確保開挖進度和外形尺寸。

2.1 地表處理方案

地表的處理對于公路隧道的穩(wěn)固至關(guān)重要，處理內(nèi)容主要包括以下幾個方面：

（1）在基坑邊坡周圍修建排水溝，攔截山嶺溝壑入坑，滲入隧道，排除影響隧道安全隱患。

（2）為了保證灌漿作業(yè)人員和機械設(shè)備的安全，在塌方周邊按1：0.7的刷坡和注漿工作場地平整比例，為了減少無襯砌隧道的干擾，人工開挖塌方坑的部位。

（3）對塌方內(nèi)、塌方四周及隧道施工邊線以外進行地表注漿加強牢固，施工作業(yè)程序如圖1所示。

（4）采用地質(zhì)鉆機鉆進，其最大鉆孔深度為30m。鉆井前技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)地面地質(zhì)條件確定公路隧道坍塌坑地面標(biāo)高和隧道中心線、線路鉆孔深度和角度，從而確定鉆孔深度。原則上，從隧道頂部距孔底1m，線路右側(cè)向下傾斜，并深入到拱下的土壤中，并將灌漿固定在土壤的側(cè)面上，以防止開挖過程中土壤的側(cè)向壓力。沿軸線呈梅花形狀設(shè)計，間距為100cm×100cm。

（5）注漿機類型為三缸注漿機。注漿管直徑為60cm，長度為20～30m，在土體末端加工成尖狀，沿環(huán)60cm鉆孔，尾部留3m不進行鉆孔，地表注漿加固采用表面注漿漿劈裂技術(shù)加固。采用425R波特蘭水泥，水灰比為1：1～0.5：1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

（6）定位精度、鉆進作業(yè)角度應(yīng)嚴(yán)格按照鉆孔深度和鉆孔確定，嚴(yán)禁隨意改變鉆井參數(shù)，采用砂袋和噴混凝土（C20，厚10cm）在體表兩端進行封閉。塌方兩端既有坍塌初期加固支護；在灌漿過程中，要注意隧道圍巖的變化。

2.2 邁式錨桿及雙液漿注漿簡述

2.2.1 邁式錨桿材料特征

邁式錨桿的鉆頭可自行鉆進，具有鉆桿和錨桿兩種功能，減少退鉆桿裝錨桿的步驟，避免了因孔塌而引起的返工現(xiàn)象；螺栓本體長，規(guī)格多，使用方便；與相同截面積實芯桿相比較，空心桿具有較強的抗剪、抗彎和表面粘結(jié)性；錨桿為空心，錨桿為注漿管，可保證錨桿和固體巖體的完全填充，錨桿設(shè)有拱形板和螺母，可施加預(yù)應(yīng)力；普通鉆床可用于鉆孔，施工方便；可與手持式氣動鉆機配套使用，可根據(jù)開挖長度確定深度。邁式自進式錨桿為R32N，長4m，環(huán)節(jié)距30cm，仰角為6°，長度1～1.5m，形成閉合加強環(huán)。

2.2.2 注漿工序及技術(shù)要點

掌握正確的注漿技術(shù)要領(lǐng)以及正確的注漿工序?qū)τ诠匪淼浪教幚磉^程非常關(guān)鍵，正確的步驟不僅可以保障施工質(zhì)量還能減少因操作不當(dāng)造成的失誤。主要的注漿步驟如下：①檢查和調(diào)試灌漿泵，連接灌漿管線，測量一個周期的填充量，并根據(jù)選定的兩種液體泥漿參數(shù)做好配料。參見圖2注漿管道布置。②對泵進行試驗，首先壓水試驗不少于5min，并注意混合器中是否存在串水現(xiàn)象。如果沒有，可雙泵壓水。③灌漿原理從下至上，從里到外，水量先少后多。先將水泥漿按原來的比例壓入，然后將灌漿條件逐步調(diào)至0.7：1，0.5∶1，緩凝劑的用量為2%，2.5%，3%依次添加，水泥-水玻璃體積比為1：1，1：0.8，1：0.6，濃度由濃到稀添加，具體應(yīng)根據(jù)理論灌漿量和現(xiàn)場注漿量進行調(diào)整。④控制灌漿中的壓力和注漿量，掌握緩凝劑的使用；當(dāng)有串漿漿和冒漿時，可以使用間歇灌漿或兩個泵同壓法，當(dāng)泥漿過多時，可能會出現(xiàn)大裂縫或小洞，建議先壓濃水泥漿，停止2～3min，然后再次壓漿；在富水的情況下，增加雙液漿中水玻璃的比例，將灌漿壓力提高2～3倍，從而起止水作用。⑤采用KBY50/70型液壓注漿機三增壓法灌漿，調(diào)整注漿泵油門閥的壓力，一般初始壓力為0.4MPa，常壓為1MPa，最終壓力為2～2.5MPa。⑥必須牢記注射旋塞之間的位置關(guān)系，工作場所是否牢固，是否處于塌陷危險和周圍工作人員活動范圍內(nèi)，拆除龍頭應(yīng)注意管路壓力確實存在，為了避免噴濺人員，應(yīng)做好保護工作。如果水玻璃濺到工作區(qū)域，應(yīng)用水沖洗干凈。⑦灌漿后應(yīng)立即清洗、維護和檢修每一根灌漿管，避免堵塞，在大管棚灌漿后及時清理，并用25號水泥砂漿填充，以提高管棚的剛度和強度。⑧認(rèn)真做好灌漿記錄工作，主要包括注漿量、壓力、時間等主要數(shù)據(jù)，指導(dǎo)開挖工作。通過對地面注漿加固，形成一定厚度的加筋層，有助于加速施工進度，保護隧道，減少開挖過程中拱頂下沉，防止地表水入滲，保證隧道安全。

3 結(jié) 論

公路隧道塌方現(xiàn)象的逐漸增多，迫切需要有效的處理方法，以確保交通的正常運輸。有效合理的解決策略應(yīng)該究其原因進行分析。目前公路隧道塌方的原因復(fù)雜多變，形式多樣，處理難度也相差甚大，因此具體的塌方現(xiàn)象應(yīng)該具體分析，應(yīng)該充分考慮塌方的位置、大小、施工復(fù)雜程序與難度，以制定切實可行的方案。對于一些較難處理的隧道塌方事件，施工方應(yīng)該充分借鑒之前的先例，并根據(jù)塌方的具體情況，制定明確、清晰方處理方案，以保障處理方案的高效性及實用性。注漿技術(shù)的正確應(yīng)用可以將損失及安全隱患降至最低，并對類似公路隧道塌方處理方案的制定具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-13

作者簡介：張建麗（1989-），女，助理工程師，本科，主要從事公路工程監(jiān)理工作。