橋梁隧道灌漿施工流程與技術(shù)要點分析

黃遠亮

（江西省交通投資集團有限責任公司項目建設(shè)管理公司，江西 南昌 330052）

0 引言

灌漿施工在橋梁隧道工程中的加固、裂縫填補、后期養(yǎng)護過程中具有廣泛的應(yīng)用。灌漿施工的本質(zhì)就是通過預(yù)埋管或者鉆孔的方法，將符合工程設(shè)計的漿液（具有凝膠性和流動性），按照預(yù)定的配比、壓力注入地層或者是建筑物的縫隙之中，使之結(jié)塊成硬體后，以達到增加強度和防滲透的目的。灌漿施工可以按照施工目的分為固結(jié)灌漿、回填灌漿、接觸灌漿、接縫灌漿等，按照注入材料可以分為水泥漿、水泥砂漿和化學漿等[1]。

灌漿施工不受周邊施工環(huán)境限制，方便快捷。對于不能夠拆除或變動的結(jié)構(gòu)性隧道區(qū)域，或者是受到周邊設(shè)施限制的區(qū)域，都可以直接采用灌漿達到其需求。灌漿施工粘結(jié)效果好，抗?jié)B透性強。灌漿具有提高巖石的整體強度并進一步恢復(fù)混凝土基本結(jié)構(gòu)的作用，同時通過把漿液注入到結(jié)構(gòu)內(nèi)層，使其密實粘結(jié)，起到更好的防水性能[2]。既然灌漿施工技術(shù)優(yōu)勢突出，用好才是關(guān)鍵?，F(xiàn)結(jié)合實際工程案例，圍繞“用好灌漿施工技術(shù)”之目的就橋梁隧道灌漿施工的流程與技術(shù)要點進行分析，以供相關(guān)人員參考。

1 工程概況

本工程為大慶至廣州高速公路是國家高速公路網(wǎng)“7918”中的“縱5線”，也是江西省高速公路規(guī)劃網(wǎng)“4縱6橫8射”高速公路主骨架中的“第三縱”，是縱貫我國東北、華北、華中和華南廣大區(qū)域的交通運輸大動脈，是江西省通往珠三角地區(qū)、加強對外聯(lián)系的南北主通道，在江西省高速公路網(wǎng)中具有十分顯要的地位。本項目的建設(shè)對于完善贛州市公路網(wǎng)，改善贛州市的交通條件和投資環(huán)境，繁榮地方經(jīng)濟，促進贛州市及周邊地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展都具有極為重要的意義。本項目主線起訖樁號：K37+620～K43+420，全長5.8km。

本工程地處低山丘陵地區(qū)，水文地質(zhì)條件較差，巖土條件多為軟弱圍巖，其圍巖分級及襯砌類型見表1。本工程采用單側(cè)壁施工開挖，在本次隧道結(jié)構(gòu)工程施工過程中，根據(jù)施工方案，擬定在超前支護和初期支護兩個施工重要內(nèi)容中進行灌漿施工作業(yè)。其中超前支護施工階段，灌漿作業(yè)集中在管棚注漿與小導(dǎo)管注漿施工兩個部分，初期支護施工中則是對中空錨桿的灌漿施工。

表1 圍巖分級及襯砌類型表

2 灌漿施工流程與技術(shù)要點分析

2.1 灌漿施工流程

2.1.1 超前支護灌漿施工流程

本工程超前支護管棚引孔頂入法施工工藝流程見圖1。

圖1 長管棚引孔頂入法施工工藝流程圖

（1）鉆孔施工。在本次工程中，根據(jù)實際的施工需求選擇鉆頭截面，其直徑為115mm。根據(jù)本工程低山丘陵的巖土特性，施工過程中對于巖質(zhì)較好的采用一次成孔的方式。鉆機開鉆時，應(yīng)低速低壓，待成孔10m后可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風壓。同時鉆進過程中經(jīng)常檢查鉆孔位置，并根據(jù)鉆機鉆進的狀態(tài)判斷成孔質(zhì)量，及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故，若鉆進時產(chǎn)生塌孔、卡鉆時，需補注漿后再鉆進。

（2）清孔檢驗。為了保證孔洞鉆進滿足質(zhì)量標準，用潛孔鉆鉆桿配合鉆頭進行反復(fù)掃孔，清除浮渣，確?？讖?、孔深符合要求，防止堵孔。除此之外，還可以利用高壓風從孔底向孔口清理鉆渣，利用測斜儀檢測孔深、傾角、外插角。

（3）鋼管安裝。本工程在注漿作業(yè)之前，需要做好鋼管安裝工作。鋼管采用絲口連接，鋼管接頭采用絲口長度不小于15cm厚套管進行連接，棚管四周間隔30cm設(shè)置梅花型鉆6～10mm的注漿孔（靠開挖面3.0m的棚管不鉆孔）；管棚接長時，先將第一節(jié)鋼管頂入鉆好的孔內(nèi)，再逐根連接；第一根鋼管前端焊上合金鋼片空心鉆頭，以防管頭頂彎或劈裂。

（4）注漿作業(yè)。長管棚注漿按照固結(jié)管棚周圍有限范圍內(nèi)土體設(shè)計，漿液擴散半徑不小于0.5m，采用先上后下、先單液漿、后雙液漿、先稀后濃的注漿原則。本工程采用水泥漿水灰比為1∶1，水玻璃濃度為35波美度的漿液，注漿壓力設(shè)計初壓為1.0MPa，終壓為2.0MPa。施工作業(yè)過程中采用液壓注漿泵將雙液漿注入管棚鋼管內(nèi)，初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa，持壓10min后停止注漿。當注漿量超限，未達到2.0MPa壓力要求時，采用調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標準，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，最后終止注漿。注漿時嚴格注漿原則與順序進行施工，注漿時先灌注“單”號孔，一周后再灌注“雙”號孔。為了增強管棚的剛度和強度，安裝好有孔鋼花管后即對孔內(nèi)注漿，注漿結(jié)束后用M30水泥砂漿填充鋼管[3]。

2.1.2 初期支護灌漿施工流程

本工程初期支護錨桿施工工序中進行了灌漿。中空錨桿安裝及注漿施工過程如下：安裝前，應(yīng)檢查錨桿體的注漿孔是否暢通，若有異物堵塞，應(yīng)及時清理；中空注漿錨桿施工時應(yīng)保持中空通暢，并留有專門排氣孔；螺母應(yīng)在砂漿初凝后擰緊，并使墊板與噴射混凝土面緊密接觸；注漿過程中，注漿壓力應(yīng)保持在設(shè)計值，待排氣口出漿后，方停止灌漿，注漿料由桿體中孔灌入，上仰孔應(yīng)設(shè)置止?jié){塞和排氣孔。

2.2 灌漿施工技術(shù)控制要點

2.2.1 施工前階段

灌漿施工前階段，應(yīng)做好充足的準備工作。主要包括前期灌漿設(shè)計方案、灌漿材料配制以及成孔操作。

（1）灌漿設(shè)計方案。出于不同工程目的，灌漿施工設(shè)計方案將會有所變動。通常情況下，灌漿施工設(shè)計首先需要考慮現(xiàn)場施工的實際情況，要做好相應(yīng)的協(xié)調(diào)，要從施工活動整體性、協(xié)調(diào)性以及實踐性綜合考慮。要考慮灌漿方案與各項施工工序的有序鏈接，確保整體工序流程的施工流暢。在實際灌漿方案制定過程中，通常最關(guān)鍵的內(nèi)容為灌漿壓力的設(shè)定，這是由于灌漿技術(shù)基礎(chǔ)條件就是在壓力作用下，將漿液灌注到目標結(jié)構(gòu)中。如果壓力設(shè)定不合理，勢必會嚴重影響到后續(xù)灌漿的充分性和可行性[4-5]。基于此，在灌漿方案的設(shè)計過程中，要充分做好前期勘查、勘探工作，要明確灌漿施工的目的，圍繞最終需要達到的承載力以及穩(wěn)定性要求，合理設(shè)定最優(yōu)灌漿處理壓力。并且需要進行反復(fù)的驗證和施工虛擬，以實現(xiàn)灌漿方案的優(yōu)化，避免各種隱患和制約因素。

（2）漿液制備。漿料質(zhì)量對灌漿施工影響較大，灌漿材料的制備過程十分重要，只有完全達到設(shè)計要求才能夠確保灌漿質(zhì)量結(jié)果。常規(guī)情況下，橋梁隧道工程灌漿材料往往為非化學漿液，比如水泥漿液或者是水泥膨潤土漿液等，都可以作為隧道工程灌漿技術(shù)的主要材料，在施工應(yīng)用后能夠發(fā)揮應(yīng)有加固效果。在具體選用灌漿材料時，需要綜合考慮隧道工程地質(zhì)條件、周圍環(huán)境因素以及最終加固目的，以此更好地凸顯灌漿材料的應(yīng)用價值。在灌漿材料的制備中，要嚴格控制配合比比例，結(jié)合不同灌漿材料類型進行原材料的嚴格規(guī)定，以求更好實現(xiàn)應(yīng)用效果，比如對于水泥和水的添加比例就需要精細化調(diào)控，避免干擾后續(xù)灌漿技術(shù)的操作效果[6]。

（3）成孔操作。成孔關(guān)系到灌漿的可行性?？锥吹臉藴蕦乐赜绊懝酀{施工的連續(xù)性、高效性，其施工過程也需要重點控制。為了進一步確?？锥促|(zhì)量滿足設(shè)計標準，在其鉆孔施工過程中，一是需要結(jié)合周圍巖土結(jié)構(gòu)選擇合適的機具和鉆頭；應(yīng)結(jié)合灌漿區(qū)域的實際情況，選擇適合的機具、適合的鉆入角度、深度等，以輔助后續(xù)灌漿作業(yè)開展。比起孔洞角度、鉆進深度等的施工控制，孔洞清理、驗孔等環(huán)節(jié)的施工控制容易被忽略，事實上，針對灌漿施工操作的清孔工作也十分重要，嚴格控制將能夠進一步降低灌漿施工出現(xiàn)異常。

2.2.2 施工執(zhí)行階段

隧道工程中，灌漿施工執(zhí)行階段還需要重點考慮注漿方式。不同的注漿方式，其細小處的施工操作各不相同。注漿方式可以分為純壓式灌漿法和循環(huán)式灌漿法，區(qū)別在于壓入漿料是否過多，是否返回攪拌機。純壓式灌漿多采用化學灌漿施工，多為定量灌漿。而循環(huán)式灌漿法則是通過注入遠大于裂縫吸收漿量的形式，以確保裂縫處能夠滿足最大漿料吸收，多余的漿量通過負壓循環(huán)進入攪拌機，通常固結(jié)灌漿施工采用循環(huán)灌漿。

在灌漿施工過程中，較為常見的施工問題包括灌漿中斷、串漿、冒漿以及返漿的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)這些問題，現(xiàn)場施工應(yīng)當立即停止，并在現(xiàn)場迅速查明原因，采取一定的安全措施后才能夠恢復(fù)注漿[7]。

除此之外，注漿施工還需要采取一系列的現(xiàn)場施工組織、材料管理以及人員管理，以確保施工質(zhì)量。包括對注漿設(shè)備和管路的檢查，要確保閥門正常開啟，管路連接嚴密牢靠，注漿管符合高壓的需求。對注漿人員的安全管理包括有戴好防護工具入護目鏡、口罩及橡膠手套等，配漿人員需要持續(xù)觀察吸漿情況，確保漿液配比適中，不出現(xiàn)吸空現(xiàn)象。

2.2.3 施工完成階段

施工完成階段封口處理是注漿施工的最后一個步驟，其重要性不言而喻。其技術(shù)要點為：一是要注意把控封孔的時機。封孔的重要前提是確保灌漿充分飽滿，在此前提下要做到及時、可靠地封孔。尤其要避免封孔與灌漿施工結(jié)束后的時間差過長[8]，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)加固效果受損。二是要檢驗灌漿施工效果，檢驗工作一般需要分多次進行。其中最初封口完后的24h內(nèi)，更是需要實時觀察了解其狀況，如果發(fā)現(xiàn)存在較為明顯的漿液下降問題，則應(yīng)該及時聯(lián)系相關(guān)人員進行恰當補漿，補漿所用漿液材料要和原漿液一致，避免兩者存在明顯不融合問題，確保補漿能夠達到預(yù)定高度，然后進一步予以實時觀察和調(diào)整。在灌漿施工結(jié)束的若干天后，可以通過鉆孔進行壓水試驗，對灌漿施工進行質(zhì)量檢驗，常用的方法包括巖心實驗檢查、工程物理勘探檢查等。

2.3 灌漿施工質(zhì)量控制要點

從施工管理角度來看，灌漿施工質(zhì)量保證還需要進行嚴格的材料控制管理、設(shè)備控制管理以及施作人員的培訓。

2.3.1 重視材料控制

按照注漿設(shè)計應(yīng)優(yōu)先采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。材料進場時，必須按批次對其品種、級別、包裝或散裝倉號、出廠日期等進行驗收，并對其強度、凝結(jié)時間、安定性進行試驗。當在使用中對材料質(zhì)量有懷疑或者出廠日期超過3個月時，必須再次進行強度試驗，并按試驗結(jié)果使用。

2.3.2 加強設(shè)備控制

鉆孔機械施工參數(shù)滿足施工要求。機械設(shè)備滿足灌漿施工進度控制需求，確?，F(xiàn)場施工的連貫性及可行性。要做好機械設(shè)備的日常養(yǎng)護工作，所有儀表儀器都需要確保正常狀態(tài)后才能投入施工使用。

2.3.3 注重施工培訓

主要包括施工制度培訓和施工技術(shù)培訓兩個部分。需要嚴格按照施工組織設(shè)計和施工管理制度對注漿施工人員進行進場前技術(shù)培訓，明確施工質(zhì)量要求、進度計劃等；進行技術(shù)交底，明確質(zhì)量控制辦法等；讓施工人員明確對于施工質(zhì)量不符合要求的，應(yīng)該及時按照返修、驗收的程序進行相關(guān)處理。

3 結(jié)束語

綜上所述，對于橋梁隧道工程而言，灌漿施工的主要目的是為了進一步保證隧道開挖框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全，起到加固粘接和防滲漏的作用。灌漿施工具有相對嚴謹?shù)氖┕ち鞒碳皹藴?，要想確保施工質(zhì)量，必須嚴格按照施工設(shè)計方案，做好施工前的材料和設(shè)備準備，在施工過程中重點觀測注漿效果、實時施工情況，施工完成后需要重點進行封口操作及質(zhì)量檢驗。