综合注浆技术在乌鞘岭公路隧道断层地段的应用

王瑞

摘要：本文结合乌鞘岭公路隧道含水逆断层地段施工实践，详细阐述了环向超前止水注浆、超前预加固注浆、径向加固注浆技术在含水逆断层地段的施工应用和技术要点，步骤清晰，数据翔实，对今后类似地质条件隧道施工具有一定的借鉴意义。

关键词：综合注浆技术 隧道 断层 超前支护

1 工程概况

乌鞘岭隧道位于甘肃省天祝县境内，属祁连山高寒亚干旱区，区内海拔高程为2850～3050m。乌鞘岭隧道在YK2389+900～YK2390+200、YK2391+140～YK2391+378通過区域断层F4和F5，断层破碎带宽度分别为300m、238m，总长度占隧道总长的11.02%。受构造影响，断层岩体极为破碎，特别在断层与下盘地层接触地带，涌水量较大，隧道开挖过程洞身岩体易产生较大塑性变形。含水逆断层破碎带隧道施工过程中可能出现突泥、突水等地质灾害，给现场施工带来极大风险并给隧道结构遗留安全隐患。

2 工艺原理

采用环向小导管超前劈裂式注浆，利用浆液渗透充填于掘进断面外围，一定范围内破碎围岩体固结形成止水圈，起堵水加固作用；采用自进式管棚超前注浆，利用浆液固结开挖面松散围岩和钢管共同作用，在掌子面前方形成一圈人工拱保障开挖、支护作业安全；采用径向注浆小导管向垂直于拱圈方向围岩注浆，对初支段一定范围内的松动圈进行加固，减少周边围岩对初支的应力，弥补锚杆不能有效固结在松散、破碎围岩的缺陷。最后发挥三种注浆在不同空间的固结效果，保证开挖、支护作业和后期运行的安全。

3 施工工艺

3.1 工艺流程。通过工艺试验三种情况下的浆液配比→施作超前注浆止水小导管→注浆→施作自进式注浆管棚→注浆→开挖掘进、施作初支→施作径向注浆小导管→监控量测→施作防水层、二次衬砌。

3.2 施工要点

3.2.1 施作超前注浆止水小导管。现场掘进采用“三台阶法”开挖，利用预留核心土，跟进掌子面掘进施做超前注浆止水小导管。①加工Φ42×4mm花钢管。加工6.0m长Φ42钢花管36根，间距30cm×30cm梅花形布置注浆孔，孔径1cm，靠近注浆管尾部1m不予钻孔。②施作环向超前止水注浆小导管。先施钻、清孔，风枪送进Φ42超前注浆小导管，再封闭并进行注浆。

3.2.2 导管注浆。①注浆方式：采用前进式注浆，第一循环完成后再进行下一循环的注浆，伴随掘进施工进行注浆作业。②注浆压力：注浆压力为3.0～4.0MP，只有足够的压力才能克服富水、承压水。③注浆量：按劈裂注浆的注浆量采用下式：Q=V（W-Wp）fGs/（1+e）

式中：Q——注浆量；V——受注岩体体积；W——岩体自然含水量；Wp——塑性限界，用小数表示；f——加压系数，一般取1.1～1.6。

④注浆孔：全断面封闭注浆的为全断面布孔，周边注浆沿隧道开挖轮廓线外周边布孔，孔间距拱部及边墙取1.0m、仰拱取2.0m；劈裂注浆浆液扩散半径2m。⑤注浆材料：采水泥、水玻璃双浆液。突水地段浆液配比W/C=1：1；使用35Be浓度的水玻璃时，C/S=1：（0.8～1.0）：1。⑥注浆设备：注浆采用GJZB双注浆泵2台、水泥浆搅拌机2台。

3.2.3 施作超前自进式管棚。①在初支钢拱架肋板中部预留直径7cm圆孔，作为超前自进式管棚的导向孔，在进行喷射混凝土作业时，用编织袋填塞预留孔，喷锚作业结束后及时将预留孔清理出来。②在完成喷射混凝土后，使用YT-28气腿式风动凿岩机，利用连接钎维套筒将R51L×7mm自进式管棚以8°～10°外插角送入掌子面前方围岩，每环43根，环向间距30cm，长3.0m，搭接1.5m，每开挖掘进1.5m施做一环。③对自进式管棚进入围岩处使用锚固剂塞填密实，并对掌子面喷射C25早强混凝土5cm作为止浆墙。④将砼管棚配套使用的注浆阀安装在管棚根部。

3.2.4 超前自进式管棚注浆。①注浆方式：采用单双号超前管棚交替注浆作业。②注浆压力：注浆压力为1.0～2.0MP，稳压1min以上，充填注浆以加固掌子面前方围岩为目的。③注浆量：试用劈裂注浆公式，注浆以终压注浆压力为1.0～2.0MP，稳压在1min以上。④注浆孔：全断面封闭注浆的为全断面布孔，周边注浆沿隧道开挖轮廓线外周边布孔，孔间距取1.0m；填充注浆浆液扩散半径1.5m。⑤注浆材料：采水泥、水玻璃双浆液。突水地段浆液配比W/C=1：1；使用35Be浓度的水玻璃时，水玻璃取水泥质量比的5%～15%，尽量保证松散围岩中充分扩散并进行固结。⑥注浆设备：注浆采用GJZB双注浆泵2台、水泥浆搅拌机2台。

3.2.5 开挖掘进、施作初支。三台阶七步法开挖技术，自进式锚杆、双层钢筋网片、C25钢纤维喷射混凝土、C25喷射混凝土结合作用的柔性支护技术，I20a钢支撑50cm间距的刚性支护技术。

3.2.6 施作径向注浆小导管。①加工Φ42×4mm花钢管。加工3m长Φ42×4mm钢花管35根，间距15cm×15cm梅花形布置出浆孔，孔径1cm，靠近注浆管0.5m不予钻孔。因为注浆预固结主要是加固开挖过程造成的松散圈，减少破碎带围岩对于初期支护和二衬的应力，所以仅在拱部和边墙进行径向注浆加固。②注浆设计与工艺：a注浆方式：采用单双号超前管棚交替注浆作业。b注浆压力：注浆压力为1.0～1.5MP，充填注浆以加固周边松散圈为目的，稳压应持续在2分钟以上。c注浆量：以终压压力和稳压时间确定。d注浆孔：全断面封闭注浆的为全断面布孔，周边注浆沿隧道开挖轮廓线外周边布孔，孔间距取1.0m；填充注浆浆液扩散半径1.0m。e注浆材料：采水泥、水玻璃双浆液。突水地段浆液配比W/C=1∶1；使用35Be浓度的水玻璃时，水玻璃取水泥质量比的5%～15%，尽量保证松散围岩中充分扩散并进行固结。f注浆设备：注浆采用GJZB双注浆泵2台、水泥浆搅拌机2台。

由于先前施工的超前注浆止水小导管和超前自进式管棚对拱圈围岩已经进行了有效地固结，所以径向注浆小导管可在现场施工中根据开挖实际情况进行调整。

3.2.7 监控量测。分别在隧道拱顶、上导边墙、下导边墙布设監控量测点，对洞内的初期支护进行变形、沉降观测。①洞内监控点的布设。主洞采用分台阶开挖的施工方法，上导施工地段分别在拱顶、两侧（离上导地面3m高处）每隔5～10m布设两侧净空位移量测点及拱顶下沉量测点。②沉降观测精度及测量频率。拱顶沉降观测应采用精密水准测量（使用徕卡高精度水准仪及配套测尺），其主要技术要求如下：a往返较差、附和或环线闭合差：△h=Σa-Σb≤l■，表示测站数（或△h=Σa-Σb≤1.0■，L表示观测路线距离）；b前后视距：≤30m；c前后视距差：≤1.0m；d前后视距累积差≤3.0m；e沉降观测点相对于后视点的高差容差：≤0.1mm。边墙收敛量测采用JSS30A系列收敛计，其主要技术要求如下：测量范围：0.5m～20m；数显示值：0.5m～30m；测量精度：0.1mm；分辨率：0.01mm；数显示值稳定度：24h内不大于0.01mm。③数据采集、整理。所有监控量测点按规范、验标要求的频率进行日常观测，根据观测的数据绘制变形及收敛曲线图，当隧道水平位移收敛速度为0.1～0.2mm/天，拱顶下沉位移速度为0.1mm/天时，认为此段围岩基本稳定。④洞内监控量测的注意事项。在施工初期或地质较差时，或位移下沉量及速度较大时，应适当增加量测断面及量测频率；测点设置应可靠，并妥善保护（乌鞘岭隧道监控量测点全部采用反光片设置）；各测量项目应尽可能布置在同一断面，测量点应尽可能选择具有代表性的地方，以便测量数据的分析为以后的工作提供经验。

4 结束语

永古高速公路乌鞘岭隧道逆断层地段施工过程中应用本项技术，极大提高了含水破碎断层在多工况下的安全系数，保证了含水断层安全快速施工，取得了月均进尺45m，最高月进尺达65m，为实现全线开通节点目标奠定了坚实基础。伴随着国家经济实力的增强和隧道施工工艺的快速发展，将会面临越来越多的复杂地质隧道，在含水逆断层段采用超前止水注浆、超前预固结注浆和径向加固注浆相结合的综合注浆技术，对今后进行研究和探讨具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范[S].

[2]冯旭海.综合注浆技术的应用与发展[J].中国矿业，2011（02）.

[3]韩金田.复合注浆技术在地基加固中的应用研究[D].中南大学，2007.