隧道超前预注浆施工技术研究

秦桧强

摘 要：超前预注浆是一种在工程开挖前通过注浆充填围岩缝隙的施工工艺，具有阻塞水流、加固围岩的作用.本文以印思公路竹林湾隧道工程为例，对其施工设计方案进行了分析，围绕灌浆参数设计、注浆施工方案、超前预注浆施工技术要点、注浆效果评价四个层面，探讨了超前预注浆施工技术在隧道工程中的具体应用，以供参考.

关键词：隧洞施工;超前预注浆;注浆效果评价

中图分类号：U455  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）12-0090-03

引言

超前预注浆是隧道施工中的常用技术，在加固隧道围岩、抑制地层位移、防范地表沉降等方面起到关键作用.由于隧道工程的施工难度普遍较大、影响因素较为复杂，因此需在使用超前预注浆工艺前完善施工准备与安全防护工作，加强对注浆方案、材料、工艺、设备等要素的把控，便于达成最优注浆效果.

1 工程实例与施工设计方案分析

1.1 工程概况

以竹林湾隧道工程为例（其纵剖面布置情况如图1所示），该隧道位于贵州省G211印思公路改扩建工程项目中，为双线特长隧道，隧道进口位于印江县峨岭街道普同村，隧道出口位于印江县峨岭街道黄洋坝村，隧道全长为3510.5m，其中里程K2+940-K3+296m段洞顶有积水，长度为356m，隧洞顶高程为536.605m.在该隧道积水段影响范围内，洞身穿越寒武系中统高台组白云岩，薄至厚层状，质硬、节理裂隙发育，完整性较差.除洞顶积水之外，地下水影响也很大.地下水相對丰富，主要为基岩风化裂隙水和岩溶裂隙水，受补给影响，地下水分布不匀.该段围岩属于IV～V类，岩体较为破碎、地质条件较差，透水性较强，存在突水隐患，进一步增大了这一带隧道施工的风险.

1.2 施工设计方案

由于该隧道K2+920-K3+360.5m施工区域的上覆岩体破碎，裂隙发育，且存在一系列断层带与导水构造，极易引发突水、坍塌冒顶等安全事故，具有较大的风险性，因此拟将其施工方案设计如下：针对该区段影响约200m范围内，采用TSP超前地质预报技术，配合地质雷达、红外探水仪、水平钻孔取芯机进行施工处理与动态监测;针对断层破碎带位置，选取台阶法进行工程开挖，部分区段隧道采用全断面短进尺掘进施工法，且每开挖循环布置5-7个深度为6m的加深炮孔，将每开挖循环进尺设为2m左右.在施工仪器设备选取上（如表1所示），采用Casagrand多功能钻机与ZJB/BP-30、PH15REG注浆泵开展超前预注浆施工，配合空压机、搅拌机起到灌浆止水作用，保障施工进度[1].

2 超前预注浆施工技术在隧道工程中的具体应用探讨

2.1 灌浆参数设计

在超前注浆加固圈厚度的设计上，基于《水工隧洞设计规范》与围岩具体情况，将隧道直径设为0.5倍，灌浆压力设为1-2倍内水压力，工程隧道开挖的跨度为7.3m，将超前预注浆圈厚度设为7.7m.在隧道封堵体参数设计上，基于20年一遇洪水标准，其水位高程为15.8m、隧道底板高程为-50m，基于全水头65.8m与灌浆圈厚度7.7m，拟将其水力梯度设为8.5.在浆液配比设计上，采用普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆作为注浆材料，浆液的配合比如表2所示.

在超前预注浆灌浆布置上，主要采用短距离、长距离超前预注浆两种模式：将短距离超前预注浆工艺应用在孤立断层部位，将单循环注浆长度设为13.5m，在开挖10m距离后，预留出3.5m作为下一循环止浆岩盘，待穿过断层即可，钻孔共设有22个、总长度为762m，其加固剖面示意图与布孔设计如图2所示.

将长距离超前预注浆工艺应用在江底断层带约50m范围内，将单循环注浆长度设为30m，在开挖24m距离后，预留6m作为下一循环止浆岩盘，待穿过断层带即可，钻孔共设有88个、总长度为2218m，其加固剖面示意图与布孔设计如图3所示.

2.2 注浆施工方案

2.2.1 隧道K2+940-K3+080m洞段

基于超前地质预报结果数据，可知该洞段的地下水发育较好，在5个钻孔内包含多个出水点，其水量达到65L/min，测得稳定水压力为0.51MPa，对此采用超前预注浆工艺进行处理，由于其单个钻孔的出水量、水压均具有可控性，因此拟布置一环超前预注浆孔，共设有24个超前预注浆孔、孔深为17m，孔底部与开挖边线的间隔为3m，将灌浆孔末端孔距设为1.72m.

2.2.2 隧道K3+080-K3+296m洞段

结合超前地质预报数据，可知该洞段的岩体发育较为破碎、地下水发育状况较好，在其洞段范围内钻孔的集中出水量为70L/min、水压可达0.63 MPa，具有一定的突水隐患，对此采用全断面超前预注浆工艺开展施工处理，共设有24个超前预注浆孔、孔深为24m.

2.3 超前预注浆施工技术的具体要点

2.3.1 孔口管布置

采用？椎120mm、长度为3m、壁厚5mm的无缝钢管作为孔口管，将孔口管安装在止浆墙内，使其外露30-40cm的距离，并预先采用焊接工艺完成排水阀门、关闭阀门、法兰盘在管上的安装，选取橡胶垫片夹在法兰盘间，确保其具备良好的密封性能.

2.3.2 钻孔、注浆

在钻孔环节，需保障钻头与孔口管的对齐，依据孔偏角调节钻机角度、完成开孔作业，在开孔过程中注重轻加压、保持匀速，并完成孔编号、进尺、钻孔时间、岩石裂隙发育情况、涌水情况等参数的记录.在钻孔的过程中，倘若发现单孔出水量未超过30L/min时，可继续进行钻孔;当发现单孔出水量超过30L/min时，需立即停止钻进，并开始注浆作业.

在注浆环节，需严格加强注浆工序流程的控制，先安装孔口管，随后开始钻孔、下栓塞、清洗钻孔，接下来进行压水试验，待试验结果达到标准后进行灌浆、闭浆封孔，再开展钻孔作业，由此循环直至达到设计孔深即可[2].在此过程中，需在钻孔达到3m时开始注浆，待完成注浆后再次钻进，直至终孔为止.同时需保障注浆作业的分批进行，依照先钻再注、先疏后密原则完成注浆，待完成注浆后可钻2-3个检查孔针对注浆效果进行检验;在钻孔顺序上，应优先选取靠近隧道拱顶位置的注浆孔钻注，随后再依次进行隧道两侧、底板部位的钻孔与注浆作业，并围绕先外圈后内圈、由下至上的顺序进行注浆.在采用分段式注浆工艺时，其控制标准如表3所示：

2.4 注浆效果评价

2.4.1 分析法

分析法主要通过收集注浆孔参数信息进行分类对比，以此实现对注浆效果的定性分析与定量评价，其评价效率较高、结果可靠性较强.在采用分析法时，需依据注浆孔参数信息完成P-Q-t曲线的绘制，通过观察注浆过程的变化情况可以发现，在开始注浆时其压力为0.3-0.5MPa、注浆速度控制在 30-45L/min围内;伴随注浆时间的延长，其注浆压力呈现出明显增加趋势，注浆速度呈现出明显下降的趋势;待达成设计注浆量时，可观察到注浆终压值为1MPa，其注浆速度变为10-15L/min.由此说明在注浆过程中，伴随注浆量的逐渐增大，其注浆压力呈缓慢上升趋势、注浆速度呈持续减缓趋势，待到达设计注浆终压值时，地层基本不再吸浆，因此致使注浆速度开始急剧下降，注浆压力瞬时攀升至注浆设计终压，即完成该注漿孔的注浆作业.

2.4.2 检查孔法

待完成注浆作业后，以开挖轮廓线范围为基准，围绕所选断面共打设5个检查孔，检查孔位置分别处于拱顶、左右边墙以及底部，其中在拱顶上包含2个检查孔，孔直径为110mm、长27m，现场测得检查孔出水量的平均值为0.1-0.15L/min，在压水检查后发现其压力低于1MPa、吸水量为1.5L/min，取芯体抗压强度为3.2MPa，且岩体的RQD指标为75-80.通过观察检查孔的P-Q-t曲线可以发现，在开始注浆时其压力为0.3MPa，注浆速度17L/min;伴随注浆时间的延长，注浆压力、速度均无明显变化，主要用于补充注浆，劈裂强化注浆效果;待注浆压力、速度数值保持6min后，注浆压力开始急剧上升，待23min后达到设计注浆终压，与此同时注浆速度呈急剧下降趋势.待注浆压力为1.2MPa时，地层基本不再吸浆，此时注浆量尚未达到设计标准，由此说明该检查孔已达到饱和密实程度，达成加固围岩、阻塞水流的目标，整体注浆效果较好.待结束注浆作业后，还需选取M10水泥砂浆完成检查孔的全孔封堵处理.

2.4.3 异常情况处理方法

在注浆过程中易出现多种异常现象，例如在出现突泥情况时，应立即停止继续钻进，开始进行注浆处理;倘若地层吸浆量较大、注浆压力难以上升时，应合理调节浆液配合比，减缓凝胶时间;倘若在注浆时出现注浆压力急剧上升的情况，应立即停止注浆，开启泄浆阀泄压，待查明异常原因后再判断是否继续注浆.如果非管路堵塞导致该现象，则应结束该注浆孔注浆;倘若在注浆过程中出现串浆问题，则应将串浆孔关闭，加大钻孔与注浆孔间隔，以此解决串浆问题;倘若在注浆过程中出现跑浆、漏浆情况，则可采用间歇注浆法进行封堵;在注浆过程中应确保管路畅通，及时处理管路堵塞问题，保障注浆工序的顺利进行[3].

结论

围岩稳定性现已成为影响隧道施工质量与顺利贯通的重要因素，采用超前预注浆施工技术可实现围岩缝隙的有效充填，具有阻塞水流、加固围岩等现实功用.在具体使用过程中还需强化对注浆参数、注浆方案、施工技术要点等环节的动态管理，完善注浆效果检验评价，进一步为隧道施工的质量与安全提供保障.

参考文献：

〔1〕王岩.铁路隧道超前以及初期支护施工技术[J].设备管理与维修，2019，441（03）：148-150.

〔2〕马天刚.软岩隧道施工中的大管棚预注浆超前支护技术[J].四川建材，2019，45（02）：126-128.

〔3〕高海东.临海富水软弱围岩条件下穿城市主干道超浅埋隧道综合施工技术[J].施工技术，2018（1）：35-37.