公路软岩隧道注浆加固技术

崔丽强

摘要：论文以某公路软岩隧道为例，对公路软岩隧道在振动压力之下的变化规律进行分析，并提出了隧道围岩夯实注浆加固技术措施，以改变隧道软岩的三向应力状况，以达到增强隧道软岩负载力的效果。

Abstract： The paper takes a highway soft rock tunnel as an example to analyze the variation law of highway soft rock tunnel under vibration pressure， and puts forward the grouting reinforcement technology measures for tunnel surrounding rock to change the three-dimensional stress of tunnel soft rock， so as to achieve the effect of enhancing the soft rock load capacity of the tunnel.

关键词：膨胀性软岩；注浆加固；周期性压力；水灰比

Key words： expansive soft rock；grouting reinforcement；periodic pressure；water-cement ratio

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0115-03

0 引言

国内公路软岩隧道支护施工施工方法的安全、可实施性较强，在公路隧道施工中得到了广泛的应用。[1]当公路建设工程遇到膨化、松散、破碎的软岩隧道的时候，仅仅使用传统的锚杆（索）支护措施是无法满足隧道锚固标准需求的。之所以会这样是因为锚杆支护法下的结构锚固胶与隧道软岩的豁结力低，不能最大限度地利用锚杆（索）的力学作用。在这种状况下，注浆加固法便成为了处理公路软岩隧道的关键技术方法。

1 软岩隧道的特点

与硬岩隧道的变化特点不同，高应力膨化公路软岩隧道主要有以下几个特点：①隧道围岩受到的应力压力比较大所以变形幅度也很大，主要体现在隧道帮部出现大幅度内收，同时隧道顶板出现严重垮落和底鼓；②软岩隧道围岩的变形非常快，随着高应力压力的持续，围岩变形逐渐稳定，但是仍然伴随着很大的流变状态；③软岩隧道围岩变形受时间限制，要是在变形发生之时不立即采取科学的支护处理措施，围岩形变成都就会急剧恶化，必然会导致隧道围岩彻底失去稳定性。[2]

在软岩隧道围岩出现变形的时候，注浆加固用力模式，注浆材料构成比例，注浆扩散半径等各个要素之间的配合非常复杂[3]。论文借助注浆试验，对公路软岩隧道围岩发生的变形幅度、变化规律进行分析，以明确具体的注浆材料配对比例，加固注浆过程中的动力控制对注浆扩散半径、隧道围岩强度的作用。最后以公路软岩隧道围岩的注浆加固技术为基础，确定能够满足公路软岩隧道围岩加固稳定的关键数据参数值，旨在为我国公路建设事业与建设技术的进一步发展和提高提供一定的参考价值。

2 工程概况

以A段某公路隧道为例，该公路隧道工程横穿太行山脉下，以地应力的作用为判断标准来看，该段施工属于深埋隧道类型。隧道内部顶底板围岩的构成以泥土物质为主，特别容易发生风化，而且围岩强度很差，所以正是本文要分析的软岩隧道围岩。同时该路段旁边还有一个火车同行的隧道，本来就是软岩的隧道又在列车经过时会受到很大的振动，所以围岩变形很严重，给隧道的开挖和稳固带来了很大的挑战。随着隧道应力动压的不断增强，隧道围岩很容易出现膨胀引起的冒落失稳现象。该软岩隧道的围岩x射线衍射检测结果体现了围岩主要由以下物质构成，它们分别是高岭石、绿脱石、伊利石、石英、蒙脱石等。主要组成物质如表1所示。从表1软岩隧道构成的矿物质种类与比例可以看到，该隧道围岩中含有大量霍土了矿物质高达80%左右，这个比例说明了该段隧道围岩强度低，属于软岩隧道，说明会很容易发生变形，出现松散，冒落失稳的问题。

3 注浆加固技术

在公路软岩隧道施工过程中，注浆加固技术对于改变围岩的承载力，稳固隧道结构具有很好的效果，有一定的可实施性。借助高压泵将加固浆液输送到需要加固的围岩，将配对好的能和围岩相固结的浆液注入到裂缝之中，借助液体产生的压力不断地把浆液体输入到注浆的表面，确保浆体在围岩岩体裂缝之间和岩体表面结实切均匀地蒲塞过来，从而提高围岩岩土体的强度、抗压性与防渗性，从整体上改变隧道内部岩土体的物理力学特征。

以已经形成的金属支架作为依托，通过压力注浆的方式增加固膨化松散围岩的负载性能，提高整个隧道稳定性[5]，让注浆加固与原被动支护结构组成支护框架，确保隧道围岩的稳固性能够满足交通运输的安全需要。

4 注浆加固试验

因为该路段软岩隧道围岩围岩中富含大量豁土类矿物质，再加上高应力地质环境与相邻隧道列车震动的作用力大，同时水泥冰玻璃双液浆体的凝固时间具有可控性[3-4]，所以注浆液体的水灰比应该为1：1，0.8：1，0.6：1，所有参数比如表2所示。

使用有规律的压力注浆检测，通过计算机对注浆管中浆体的注射压力进行调控。完成浆体注射之后，进行钻孔取芯，然后通过压力器完成抗压力检测。对软岩隧道中围岩岩体的变形规律以及浆体注射扩散分布规律进行分析，给予注浆结果进行评估。

5 试验结果及分析

5.1 扩散半径随注浆水灰比例的变化

把从该软岩隧道中搜集的样本送到注浆室，组装好压力传感设备，将高压注浆管与注浆泵组合在一起，啟动注浆泵并调整好压力规律，把浆体注入注浆室内的岩缝中。测验按3种浆液水灰比例开展，仔细注意浆体扩散分布的规律，总结所得的规律如图1所示。

从图1所示可见，在规律性的浆体压力下，浆液扩散半径会随着注浆时间的延长而加大，并慢慢趋于平稳[4]。当注浆水灰比例达到0.6：1的时候，注浆在岩体的渗透扩散结果并不是特别明显，浆体扩散范围不大。将浆体水灰比逐渐增大，浆体流动的速度及扩散范围也随着增大。当浆体水灰比达到1：1的时候，浆体扩散半径为2.3m，从这一点可以看出，浆体水灰比的加大在很大的成都上能够增加浆液的扩散范围。不过，根据实际的施工情况来看，浆体扩散范围如果太大或者是太小，都与工程施工的经济性原则不相符。以浆体锚杆间排距的合理标准为依据，通常情况下在公路隧道加工施工中，以扩散半径为1.2-1.5m的范围进行注浆的结果最经济，同时加固效果也最明显。所以，最佳的浆液水灰比应该控制为0.8：1。

5.2 围岩强度随浆体水灰比例的变化

等完成注浆加工处理后，一周之后才可以从钻孔中取出芯，使用切割设备、研磨机械将芯体加工成标准试件，借助伺服压力设备对其抗压性与承载力进行检测。如图1是进行规律性压力注浆之后的3类不一样的浆体水灰比试件测验加载时候岩体的变形，分别是5，15，25MPa，注浆水灰比分别达到0.6：1，0.8：1，1：1。当浆液水灰比是0.8：1时，岩体的抗压力比较强。

5.3 岩体变形破损随浆体水灰比例的变化

如图2所示，是软岩隧道岩体在高地应力影响下通过一样的规律性注浆压力和不一样的浆体水灰比例时，岩体膨化松散，围岩顶板、底板、巷帮的的变形幅度以及主要表现。

从图2可以看到，当公路软岩隧道岩体未经注浆加固前，浆体水灰比为0.6：1和1：1的时候，隧道内围岩顶板中间部分较两边的下沉幅度大，最大下沉幅度分别是0.276、0.194和0.143m，同时下降幅度呈依次降低的趋势；浆体灰比例是0.8：1时，围岩顶板中间和两边下沉幅度不大，且近似同步下沉（约0.02m），此时，注浆加固措施效果明显。未注浆、注浆水灰比为0.6：1，0.8：1和1：1时，围岩中间要比两遍鼓起的幅度大。最大幅度达到0.61，0.42，0.10和0.31m。通过对比可以看到当浆体水灰比例达到0.8：1的时候，隧道底板鼓起现象会得到很好的控制。

综上所述，从公路软岩隧道岩体形变与受损的角度出发，对不同配对比例下，注浆后的岩体效果进行分析对比，可以得出结论：当对软岩隧道围岩注浆加固的浆液水灰比控制为0.8：1时，给岩体注浆加固的效果最明显。注浆加固技术即确保了施工的安全性又体现了工程项目的经济性。

6 结论

①在对膨胀性软岩进行注浆加固处理的过程中，注浆动力形式、水灰比、浆体材料决定着注浆半径和最终效果。②按照规律性标准进行注浆加固处理，可以确保岩体裂缝结石度，注浆的难易度和浆体的范围，岩体的承载能力都受浆体水灰比例的影响。③浆体水灰比例以及浆体输送压力、动力形式会对浆体结石体的强度和浆体扩散范围产生决定性影响。使用周期性注浆压力，同时控制浆体中水灰比为0.8：1，浆体的扩散范围及岩体稳固性达到最佳状态。注浆加固技术在公路软岩隧道注浆加固中取得了良好的效果，体现了经济性与安全性。

参考文献：

[1]郭小龙，谭忠盛，李磊，罗宁宁，夏平.早强锚杆在高地应力层状软岩隧道中的应用研究[J].土木工程学报，2017，50（S1）：59-64.

[2]丁远振，谭忠盛，马栋.高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究[J].土木工程学报，2017，50（S1）：129-134.

[3]何毅，李本奎，郑俊伟，刘晓强，张曦呈，苑旭光.某膨胀性软岩隧道围岩注浆加固规律研究[J].现代矿业，2016，32（10）：42-44.

[4]杜华斌.高地应力软岩变形隧道施工工艺[J].低碳界，2017（35）：251-252.

[5]郭翊凌.软岩地区隧道施工质量控制[J].门窗，2013（04）.

[6]周銀俊.公路隧道超前地质预报中地质雷达的应用[J].低碳世界，2017（04）.