富水粉细砂层段超前预加固注浆对隧道变形影响研究

摘要 ：富水粉细砂层围岩段常采用超前预加固注浆的辅助施工措施，施工过程中将不可避免地产生大变形，如何选择合理的注浆方式和支护措施,有效控制隧道变形，进行专门的研究试验是非常必要的，为解决大变形问题及有效科学控制隧道开挖预留变形量，我们结合了专家意见并根据现场实际采用试验段来探索变形施工技术，由试验段可知富水粉细砂层围岩段大变形施工可采用前进式分段注浆，并用超细水泥浆液进行填隙处理能有效控制隧道变形。关键词 ：粉细砂层;预加固注浆;变形;专家意见;试验段

中图分类号： U45 文献标识码： A0.引言

近年来,随着我国铁路建设的不断发展,隧道工程已经向长大深埋方向发展,穿越富水砂层段等地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道工程已不可避免。富水粉细砂层段修建隧道工程,最大的难题就是掌子面的预加固措施，使隧道变形控制在一定范围内[1]-[3]。

隧道处于粉细砂层段时，由于围岩塑形指数小，土体粘聚力小，掌子面易发生坍塌，为防止坍塌，应对围岩进行预加固注浆处理[4]，提高围岩的自稳性。因此，了解预加固注浆施工参数和隧道变形的相互关系，通过对隧道现场实际变形数据的统计和分析，不断优化施工参数[5]。

富水粉细砂层段隧道施工将不可避免的产生大变形，隧道开挖后围岩变形显著，施工中容易发生支护变形侵限，支护面开裂等。因此如何选用合理的预加固注浆措施，有效控制隧道变形，进行专门的试验段研究是很有必要的。

1.工程概况

百店隧道位于山西中南部铁路通道工程隰县至洪洞段蒲县百店村附近，全长2954m，设计为单洞双线隧道。隧道地层岩性主要为第四系上更新统风积层（Q3eol）新黄土及第四系中更新统洪积层（Q2pl）老黄土，坚硬～硬塑状，松软结构；第三系上新统粉质黏土、细砂及透镜体，粉质黏土呈硬塑～坚硬状，部分胶结，局部姜石含量较大，松软结构，细砂呈松散结构，密实；三叠系下统刘家沟组（T1l）砂岩、泥岩，砂岩呈碎石状压碎结构，层状构造，弱风化，泥岩呈块碎石状镶嵌结构，层状构造，弱风化，岩层产状310°∠4°。百店隧道施工中重点加强超前地质预报和监控量测，实行信息化施工，掌握围岩动态和支护工作状态，及时调整隧道施工方案和支护参数，严格遵循“先治水、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤测量”的21字方针，重点保障围岩稳定和施工安全。

2.隧道变形特征

百店隧道宽11.2m高9.6m，隧道拱顶下4.5m范围内为粉细砂层，隧道变形主要为拱顶下沉，水平收敛较小，该隧道变形有以下特征[6]：

1)、初期变形大，且随着含水量增加初始变形值增大。

2)、拱顶下沉大，水平收敛较小

从近4个月施工量测数据显示拱顶下沉远远大于水平收敛，掌子面未进行超前预加固注浆处理前拱顶下沉累计最大176mm，水平收敛累计最大73.87mm。

3)、仰拱封闭成环后，量测结果显示收敛速率有变小。

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现厚约0.3～0.6m含水砂层，出水量约0.5～2.0m3/h；DK283+636～DK283+669段洞身为粉质粘土地层；DK283+670～DK283+740段在隧道拱顶下方约1.5米处发育厚约1.5～4.0米含水砂层，出水量约5.0～15.0m3/h；自DK283+752开始含水砂层逐渐发育延伸至隧道拱顶，掌子面出水量逐渐加大，根据超前地质预报结果推断进口DK283+760～DK283+790段洞身下部为粉质粘土，拱顶下方约1.5m至拱顶上方3.9m范围内以细砂为主，局部夹杂圆砾石及少量粉质粘土，终孔后的地下水总量约30m3/h。隧道进口上台阶施工至DK283+763时拱顶上方出现局部突泥（砂）涌水，隧道施工暂停，对掌子面进行了封闭并注浆加固处理。

4.专家咨询论证

①百店隧道剩余段落地质条件较为复杂，主要为第三系砂层，砂层厚度大，隧道位于地下水水位之下，富含地下水。建议采用超前深孔注浆[7]- [9]，同时根据实际情况增设大管棚。

②结合围岩及地下水的排水情况，优化注浆范围、工艺及工法。

③加强掌子面及周边引排水措施。

④加强现场管理和质量控制，尤其是因加强注

浆效果的检查。

⑤遵循“快挖、快支、快封闭”的原则，加强监控量测，防止坍塌，确保隧道施工安全。

5.试验加固效果对比

根据专家论证结果要求，结合隧道具体特点，和施工中遇到的特殊情况，决定采用试验段的方式进行探讨研究，试验段预加固注浆采用前进式注浆，注浆加固范围为开挖轮廓线外4m,加固高度为拱顶下6.8m范围，试验结果如下：

1)DK283+763～DK283+783段预加固注浆布置34个注浆孔，其中主孔25个（20m长），副孔9个（10m）长，注入CS双液浆239m3，注浆压力控制在3～4MPa。

拆除止浆墙后，掌子面围岩加固不完全，在注浆孔间有股状水出露，经判定相邻两孔注浆范围不咬合，围岩不稳定，不具备开挖条件。

2)DK283+763～DK283+783段预加固注浆在前次注浆孔间增设36个注浆孔，其中主孔27个（20m长），副孔9个（10m）长，注入CS双液浆662m3，注浆压力控制在3～4MPa。

拆除止浆墙后，掌子面围岩湿润，有一定自稳性，共完成洞身开挖14.5m。该段拱顶下沉累计最大137mm,收敛累计最大55.29mm。

3)DK283+777.5～DK283+797.5段预加固注浆布置70个注浆孔，其中主孔52个（20m长），副孔18个（10m）长，注入CS双液浆710m3，注浆压力控制在3～4MPa。

拆除止浆墙后，掌子面围岩湿润，局部有裂纹，共完成洞身开挖2m时，掌子面坍塌，有股状水流出，水量约2200m3/d,分析判定下雨后地表水有大量补给，围岩因水压增大无法自稳。该段拱顶下沉累计最大142mm,收敛累计最大56.37mm。 4)DK283+779.5～DK283+799.5段预加固注浆布置70个注浆孔，其中主孔52个（20m长），副孔18个（10m）长，注入CS双液浆1066m3，注浆压力控制在3～4MPa。注浆完成后布置43根20m长的管棚[10]。

拆除止浆墙后，掌子面围岩湿润，有一定自稳性，共完成洞身开挖16.4m。该段拱顶下沉累计最大124mm,收敛累计最大51.29mm。

5)DK283+795.9～DK283+820.9段预加固注浆布置70个注浆孔，其中主孔52个（25m长），副孔16个（12.5m）长，注入普通水泥双液浆1156.4m3，超细水泥双液浆650.6m3，注浆压力控制在3～4MPa。注浆完成后布置43根20m长的管棚。

拆除止浆墙后，掌子面围岩较干燥，有一定自稳性，共完成洞身开挖23.4m。该段拱顶下沉累计最大87mm,收敛累计最大32.67mm。

6.结论

1、2试验段注浆孔咬合后围岩自稳性提高，可以进行开挖，但是隧道变形量大，预留变形量小的情况下容易造成侵限。3试验段增设大管棚后，掌子面稳定，但拱顶下沉和水平收敛值依然偏大。4试验段后通过调整注浆液，增加超细水泥双液浆填充土体孔隙，使围岩更加密实，自稳性有较大提高，单循环洞身开挖长度增长，同时隧道变形得到有效控制。

目前通过预加固注浆加固围岩，提高围岩自稳性能控制隧道变形的最直接的方法，但粉细砂层注浆难度大。可注性差目前还是比较难克服的问题，在今后施工中应继续探索研究。

参考文献

[1]吕纬;浅埋暗挖含水砂层隧道围岩稳定性研究[D];广东工业大学;2011年.

[2]张连成;叶飞;谢永利;;软弱破碎围岩隧道大变形机理及处治[J];公路交通科技;2011年12期.

[3]邓稀肥;陈寿根;张恒;应金星;;深圳地铁四号线隧道围岩变形控制技术研究[J];地下空间与工程学报;2011年02期.

[4]翁敦理;陈明辉;;深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工中的应用[J];现代隧道技术;2012年02期.

作者简历：叶亮（1986-8），男，四川绵竹人。2010年毕业于西南科技大学土木工程专业，本科，助理工程师，主要从事隧道及地下工程管理工作。