内外结合注浆在浅埋偏压隧道施工中的应用

王科

1 工程概况

齐家湾隧道是宜万铁路高风险隧道之一。隧道为双线隧道，进口里程DK155+954，出口里程DK156+084，全长130 m，隧道内轨顶面处衬砌内轮廓净宽10.0 m，内轨顶面至隧道拱顶衬砌内轮廓净高8.4 m，隧道最大开挖断面宽度13.0 m，最大开挖断面高度12.47 m，开挖断面面积约135.84 m2。全隧均为Ⅴ级围岩，山体表层覆盖第四系坡积残积粉质粘土，褐色，硬塑，土层厚2 m～9 m;下伏基岩为三叠系中统巴东组第一段粉砂岩夹页岩、强～弱风化;地下水主要为基岩裂隙水，由大气降水补给。进口、洞身DK156+000～DK156+040段及出口浅埋，土层较厚，易塌方冒顶，特别是DK156+000～DK156+040超浅埋段地面距隧道开挖轮廓顶部仅1.2 m，且线路右侧山体明显对隧道形成偏压，掘进过程中偏压山体边缘出现裂缝，根据地表监控量测结果，开裂部分下沉明显，能否安全通过该地段是本隧道施工的重难点。

2 方案形成

隧道除洞口段结合地形、地质条件设置明洞外，暗洞均按照新奥法原理设计，以柔性支护结构体系为主要受力结构的复合式衬砌。由于隧道所在之处存在地表覆盖土层厚、洞身主要穿越强风化岩层、地质条件差、浅埋偏压严重等不利因素，经研究决定采取地表注浆和洞内注浆结合的方案。

3 超浅埋段内外结合注浆加固方案设计

3.1 注浆位置

1)长度。对隧道DK156+000～DK156+050段共50 m进行洞内横向和径向注浆加固;对隧道DK156+005～DK156+050段共45 m进行地表注浆和垂直偏压山体坡面注浆加固。2)宽度。洞内注浆横向加固范围至开挖轮廓线外6 m;考虑该地段上方山体偏压影响因素，地表注浆加固宽度为40 m，其中Ⅰ线线路中线左侧15 m，右侧25 m。3)深度。洞内顶部径向注浆至开挖轮廓线外1.5 m;洞外地表注浆加固深度为隧道顶部到衬砌外缘，隧道两侧地表注浆加固深度至岩体破裂面以下1 m，且伸入基岩长度不应小于1 m。

3.2 注浆方式

采用注浆花管由高压注浆泵全孔压入式注浆。

3.3 注浆孔布置

洞外地表注浆和垂直偏压山体坡面注浆按照梅花形布置实施注浆，间距1 m;洞内沿开挖轮廓线横向注浆同样按照梅花形布置实施注浆，间距2 m。各注浆孔分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，Ⅰ序孔为低压注浆孔，Ⅱ序孔为高压注浆孔，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔交错布置。

洞内径向注浆(常称为超前小导管注浆)孔沿开挖轮廓线按照40 cm间距均匀布置，注浆管孔口与钢架搭接，注浆孔每环按照1～45的顺序进行编号。

3.4 钻孔孔径及注浆管

洞外垂直偏压山体坡面注浆孔、洞内横向和径向注浆孔钻孔深度为开挖轮廓线外6 m，采用甘肃天水YT-28型凿岩机钻孔，钻头直径50 mm，成孔孔径55 mm～60 mm。以上三部分注浆孔钻孔时，先采用3 m钻杆严格按照设计孔位布置要求定位并在初步成孔后，再换6 m钻杆钻至设计深度终孔。隧道洞身范围内地表注浆钻孔深度为从地表至隧道轮廓线顶外0.5 m，隧道两侧洞外地表注浆钻孔深度为到岩体破裂面以下1 m，且伸入基岩长度不应小于1 m。岩体破裂面根据钻机钻进速度判断，最大钻眼深度为从地表至隧底。钻孔采用轻便型ZS30电气潜孔钻机成孔。孔内采用注浆钢花管，孔外采用高压胶管。注浆花管采用直径42 mm，壁厚3.5 mm无缝钢管。在注浆管前端钻设孔径1 cm、间距40 cm、呈梅花形布置的花孔。注浆花孔钻设范围根据孔深情况调整，Ⅰ序注浆花管孔口2 m范围及Ⅱ序注浆管表层范围不开花孔。

3.5 表层止浆

在地表和掌子面分别设置止浆盘和止浆墙，地表止浆盘采用喷射30 cm厚双层钢筋混凝土，钢筋网采用直径为8 mm钢筋，网格间距30 cm×30 cm。止浆盘设置在注浆区域及周边孔外2 m。为防止管孔间裂隙往上冒浆对止浆盘造成隆起破坏而影响注浆效果，在距离止浆盘边缘30 cm处，斜向下与水平方向呈45°角打设一排φ22砂浆锚杆，锚杆间距2 m，嵌入基岩1 m。此外，对管孔间缝隙进行糊缝处理，糊缝材料为CS胶泥和速凝砂浆，并准备一些木楔，当管间串浆时塞紧串浆孔管。

对偏压山体滑动层注浆加固设置止浆墙，止浆墙采用喷射25 cm厚钢筋混凝土，钢筋网采用直径为8 mm钢筋，网格间距20 cm×20 cm。止浆墙与止浆盘钢筋进行可靠焊接，止浆墙与止浆盘连接地带为薄弱点，该地带喷射混凝土应加厚至40 cm。止浆墙设置在注浆区域及周边孔外2 m。同样地，为防止管孔间裂隙往上冒浆对止浆墙造成隆起破坏而影响注浆效果，采取糊缝处理和防串浆措施。

3.6 材料选择及浆液配合比

水泥：42.5普通硅酸盐水泥。

水玻璃：浓度35 Be'～40 Be'，模数2.8～3.4。

缓凝剂：Na2HPO4。

水泥浆水灰比(质量比)：0.6∶1～1∶1。

水泥浆水玻璃比(体积比)：1∶0.5～1∶1。

注双液浆时掺加2%～4%缓凝剂。

3.7 注浆压力及顺序

Ⅰ序孔及洞内径向注浆单数孔注浆压力：0.5 MPa～1.5 MPa;Ⅱ序孔及洞内径向注浆偶数孔注浆压力：2 MPa～3 MPa。

为了满足洞内施工与注浆施工平行作业，采取分段分片注浆。总体注浆顺序为：先地表注浆，后洞内开挖横向注浆;洞内注浆先注山体偏压侧拱墙，后注反山体偏压侧拱墙;由出口向进口的掘进方向分段顺序进行;Ⅰ线、Ⅱ线地表注浆平行作业;每段注浆先注沟侧周边孔，后注山侧周边孔，注浆时先外围后中间，并采取隔孔注浆的方式。

3.8 注浆结束标准

注浆结束标准以注浆终压和注浆量进行综合判定，Ⅰ序孔及洞内径向注浆单数孔采用单孔注浆量控制，单孔注浆量达到设计注浆量时，即换孔注浆;Ⅱ序孔及洞内径向注浆偶数孔采用注浆终压控制，以保证注浆效果，达到设计注浆终压后，稳定20 min～30 min即可停止注浆。

4 施工要点

1)注浆开始前对机械器具、仪表、管路、注浆材料、水、电等进行检查及做必要的试验。2)注浆过程中，观测和记录注浆压力的变化情况，掌握注浆量。特别要注意止浆盘的变形和跑浆情况。如果止浆盘发生变形，应停止注浆，及时处理。发生跑浆时，用填塞棉纱、打木楔和糊塑胶泥或速凝砂浆的方法堵漏，必要时采用间歇式注浆方式来解决。3)为使砂浆在本孔一定范围内扩散，而不致串浆或冒浆，影响注浆效果，在进浆量很大而压力不上升的情况下，以注浆量控制注浆结束标准，当进浆量很小时，以注浆压力来控制。

5 实际效果

浅埋偏压段小导管内外结合注浆注浆孔数共700个，串浆孔数351个，共注水泥3 023.1 t，水玻璃852.21 t，通过小导管内外结合注浆对浅埋偏压段加固取得如下效果：

1)确保了掘进施工安全。注浆施工完成后开挖掘进顺利通过了该偏压浅埋段，开挖与支护完成情况良好，施工中未发生任何掉碴和山体滑移事故，保证了工程的顺利进行。

2)确保了施工质量。通过小导管内外结合注浆对浅埋偏压段加固，有效地控制围岩松弛范围和既有裂缝的进一步扩展，提高了围岩的自稳时间和自身承载力，改善了岩土体的物理力学性能，减少了初期支护的围岩压力，确保了初期支护的长期稳定，提高了支护结构的安全性。施工中对地表下沉、洞内收敛及拱顶下沉进行位移量测，量测结果均满足施工需要，最大地表下沉值20 mm，最大拱顶下沉值26 mm，最大水平收敛值12 mm。从洞内初期支护观察，喷混凝土层未发生开裂及渗漏水现象。

3)施工速度快，保证了工期。通过地表注浆加固，提高了围岩的自稳能力，减少了洞内超挖数量，提高了掘进速度。由于地表注浆与洞内施工平行作业，互不干扰，Ⅴ级围岩浅埋偏压地段掘进速度较快，最终齐家湾隧道于2008年12月20日贯通，比业主要求提前了一个月。

6 结语

1)本隧道施工关键是防止隧道顶部土体坍塌和开挖变形产生的松弛区与既有山体裂缝连通贯穿，防止既有裂缝的进一步发展，避免山体滑移和侧压力进一步加大，防止地表下渗软化围岩。根据新奥法理论，采取地表注浆以加固岩体，充分利用岩体自身承载能力的施工方案，比仅靠强支撑的方案更符合岩体力学的原理，更加安全可靠。2)采用小导管内外结合注浆加固岩层，穿越齐家湾隧道浅埋偏压软弱围岩地段是必要的，但洞内仍需按短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测的方法施工。支护与围岩密贴接触及支护系统的及时封闭，是防止围岩变形和确保初期支护稳定的关键。3)在以往山岭隧道地表注浆施工中一般采用浇筑双筋混凝土作为止浆盘，厚度0.6 m～1.0 m，但由于没有对管孔缝隙做糊缝处理，往往出现止浆盘隆起破坏，并影响深部岩层的注浆效果。在隧道地表注浆施工中，采用双筋网喷混凝土和止浆环的联合止浆方法简单、易行、经济、可靠，止浆效果良好，未出现止浆盘隆起、变形、开裂现象。4)实践证明，双线铁路隧道穿越超浅埋偏压地段施工采用内外结合注浆加固掘进暗洞的施工方法成功可行，安全可靠，经济合理，值得今后在类似工程施工中借鉴采用。

［1］ 朱亮来.软弱围岩浅埋大跨隧道施工技术［J］.焦作工学院学报(自然科学版)，2002(3)：27-28.

［2］ 丁常国.特大跨超浅埋隧道施工技术［J］.地下空间，2002 (3)：11-12.