超浅埋偏压段隧道地表注浆施工方案

邓荣莹

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都610031)

超浅埋偏压段隧道地表注浆施工方案

邓荣莹

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都610031)

文章总结了公路隧道洞口浅埋偏压段复杂地质条件下地表注浆工艺技术，为类似工程施工提供了借鉴经验。

高速公路隧道； 浅埋偏压； 预支护； 地表注浆

1 工程概况

对于地形条件较为复杂诸如全风化、超浅埋、地形偏压段隧道施工时，《公路隧道施工技术规范》[1]和《隧道工程施工要点集》[2]均明确规定，在隧道开挖支护前，需进行预支护，主动改良加固土体，提高隧道上部围岩的自稳性，保证施工安全。其中最主要的措施手段是对地表进行注浆加固，国内部分学者对此做过一定的研究[3-4]。

瑞杭高速胭脂板隧道左线进口ZK88+720～ZK88+740段地表为冲沟，雨季地表水丰富，旱季土体中含水量丰富，隧道在此处埋深浅，约在6～8 m，冲沟内为冲积物，成分杂乱，稳定性差，暗洞施工易造成“冒顶”；同时山体横向高差较大，形成隧道左线偏压段。胭脂板隧道进口右线YK88+810～YK88+840段同样为超浅埋地段，埋深5～10 m，地质条件为全风化花岗岩，在该段施工易引起坍塌。基于此种情况，采用对左线进口ZK88+720～ZK88+740段、右线YK88+810～YK88+840超浅埋段进行地表注浆加固处理。

2 地表注浆

2.1 地表注浆锚杆作用机理

地表锚杆一般采用全长砂浆锚杆,锚杆与砂浆共同组成锚固体,即它的锚固作用是通过锚杆与砂浆之间、砂浆与岩土体之间的摩擦阻力来实现的,这可以从加固时的施工过程和施工完成后锚杆与砂浆共同发挥作用两个阶段来认识。其中前者的主要功能在于提高岩土体的整体强度和刚度(C、φ值),后者的主要功能则在于增强岩土体的摩擦阻力τ和抑制岩土体的沉陷滑移,进而达到减少山体压力的效果。

在往锚杆孔中灌注砂浆时,由于灌浆压力,会使部分浆液以一定的扩散半径r顺着岩土体的裂隙或孔隙渗透扩散,当锚杆孔间距布置合理时,会使各孔的注浆扩散范围相互搭接,形成网状胶质结构体(图1),从而提高岩土体的强度和刚度,使岩土体的Rb、C、φ值有明显提高。由此也可以认为,为保证较为理想的加固效果,锚杆的布置间距Sr应保证在注浆扩散半径范围的两倍之内。

图1 锚杆预加固效果平面示意

在隧道开挖过程中,锚杆通过砂浆对它的握裹力,以及砂浆与周围孔壁的粘结力,使锚杆产生串挂固结作用,形成一个以锚杆为中心的加固区,使得锚杆周围岩土内的抗剪强度大为提高; 另一方面,由于锚杆的弹性模量远比岩土体高,因而锚固体还可以约束岩土体内由于剪切引起的剪涨作用,从而使岩土体与锚固体之间的摩阻力提高。正是由地表锚杆群组成的这种整体串挂固结效应,才有效地抑制和阻碍了地层的下沉滑移作用,使地层整体性和稳定性得到加强。

2.2 注浆范围

(1)纵向范围。

胭脂板隧道左线ZK88+720～ZK88+740段、右线YK88+810～YK88+840段进行地表注浆加固。

(2)横向范围。

通过对高性能水泥浆液扩散性能进行试验，最终确定横向加固范围在隧道最大开挖跨度的基础上外扩5 m。

2.3 地表注浆施工工艺

地表注浆工艺流程见图2。

图2 地表注浆工艺流程

(1)准备工作。

根据确定的注浆范围，进行地面复测，确定各区域注浆管的施作长度；确定最佳的水泥浆配比、注浆量及注浆压力。

(2)注浆管制作。

用φ75×5 mm的塑料管加工成注浆管，长度根据现场测量确定，顶部加工成锥形，尾部安装止浆环，管身交错布φ8孔，梅花形布设，孔眼间距为30 cm且交错布置。

(3)钻孔。

采用电力钻孔机或风钻按设计位置进行钻孔，由测量人员定出孔位、孔深方可进行施工。

(4)安装注浆管。

采用人工锤击或钻机顶入的方法进行安装。注浆前先用塑料袋遮住顶部，防止钻其他孔时石灰及小石头进入打好的孔，堵塞孔眼(图3)。

图3 注浆管安装

(5)安装锚杆。

将带有定位筋的Φ22钢筋人工插入注浆孔内，完成锚杆安装(图4)。

图4 锚杆安装

(6)注浆。

采用单液注浆泵注射水泥浆。注浆浆液采用1∶1水泥浆。注浆压力进口段按规定达1.0～1.5 MPa，注浆压力出口按规定达0.8～1.2 MPa，注浆过程中注浆压力应逐级缓慢提升，采用由

外圈孔向中心孔注浆顺序，防止严重跑浆现象发生。

2.4 保证注浆效果措施

(1)有一定的注入量，与设计注浆量大致相近。

(2)注浆时压力必须达到设计及规范要求标准。

(3)注浆前应进行现场实验，以确定最终的注浆参数。

(4)隧道注浆段的注浆孔全部注完后，必须要进行注浆效果检查和评价，不合格这应补孔注浆。

检查方法如下：对注浆过程中的各种记录资料综合分析，注浆压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求；设检查孔，工作面预注浆每段设2～3个检查孔；取岩芯，观察浆液充填情况；检查孔内涌水量，一般情况下应小于0.4 L/min，或在1.2～1.5 MPa压力下，进水量小于2 L/min。

(5) 检查固结效果，由钻芯取样判断。对注浆前后取样岩芯进行强度对比分析，检验注浆加固效果。并配合风钻钻速测试，检查注浆范围，固结不良或厚度不够时，要补管注浆。

3 结束语

(1)超浅埋山岭隧道施工洞口段时，当埋深较浅，且地质条件较差围岩不能自稳时，为保证进洞安全，主要采用地表注浆预支护改良地层，增强岩层的自稳能力。采用适合于该地质条件的隧道开挖方法(如单双侧壁导坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法、环形开挖预留核心土法等)，并配合较强的初期支护和二次支护，达到安全施工的目的。

(2)进行地表加固时，水泥浆浆液配合比、注浆量及注浆压力是主要的控制要点，并应对注浆效果进行检验。

(3)地表加固后进行暗洞洞口段施工时，严格遵守新奥法施工 “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭” 原则，并配合严格的地表监控量测，胭脂板隧道安全顺利通过了洞口浅埋偏压段。

[1] JTGF 60-2009 公路隧道施工技术规范[S]

[2] 关宝树. 隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社，2003

[3] 严涛，魏星，吴坤. 隧道洞口浅埋偏压段位移及力学行为分析[J].铁道标准设计，2011,(4) : 83-85

[4] 杨帆. 隧道浅埋偏压段地表回填注浆及开挖支护施工技术[J].铁道标准设计，2007,(5) : 74-76

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[定稿日期]2014-09-16