刚性袖阀管后退式注浆技术

柯文柱

摘要：隧道在浅埋、软岩及渗水地段的施工，对于掌子面围岩出现渗水、拱顶掉块、掌子面失稳、塌落甚至坍塌等问题。运用刚性袖阀管后退式注浆技术进行堵水、固结，能够有效的改善掌子面工况，保证隧道安全、高效、快速的施工。本文针刚性袖阀管后退式注浆技术在隧道浅埋、软岩及渗水地段的应用，通过具体的施工过程阐述，以期能够对今后类似的工程施工起到学习借鉴的作用。

Abstract： For tunnel construction in shallow， soft rock and water seepage areas， there are the problems of water seepage， vault loss， tunnel face instability， collapse in the surrounding rock of the tunnel face. The use of rigid sleeve valve tube retreat grouting technology for water blocking and consolidation can effectively improve the working conditions of the tunnel face and ensure the safe， efficient and rapid construction of the tunnel. In this paper， the application of rigid sleeve valve tube retreat grouting technology in the shallow buried， soft rock and water-permeable sections of the tunnel is explained through the specific construction process， in order to learn from similar engineering construction in the future.

關键词：刚性袖阀管;后退式注浆;隧道;技术

Key words： rigid sleeve valve tube;backward grouting;tunnel;technology

中图分类号：U454                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0079-03

0  引言

袖阀管注浆施工技术又称索列坦休斯工法，这种注浆方法是由法国Soletanche公司最先提出并应用的，在国内叫做袖阀管注浆工法。由于能有效的控制注浆范围和有效的控制注浆压力，并且可以进行重复注浆，另外在注浆过程中发生冒浆、串浆的可能性较小，所以在国内以及国外都对这个注浆方法比较认可，是一种最可靠的注浆工法。

袖阀管注浆其主要特点是：①在施工中因场地问题而受到限制时，可以采用斜向打孔的方式，对施作段进行斜孔注浆，而且可在洞内进行水平注浆;②结构由外管、内管（双栓塞芯管）、橡皮套、密封圈等组成，注浆时只能通过橡皮套下的注浆孔由管内向管外出浆，管外浆液被橡皮套阻隔，无法向管内返浆的一种单向注浆装置;③可以根据现场地质情况，调整注浆长度，对不同地层定压、定量、定尺，实现可控注浆，而且可对任意一个段落进行重复注浆;④可根据不同地质情况分段采用不同的注浆材料及注浆参数实现灵活注浆;⑤由于注浆过程中多点位进行了定压、定量、定尺的均衡注浆，在被加固的地层中，浆液的均匀分布有效的起到了连接与加固地层的作用，致使被加固地层的整体稳定性、安全性得到了较大提高。

随着我国基础设施建设的蓬勃发展，隧道工程也进入了一个快速的发展期，隧道工程与其它类型的工程相比，具有隐蔽性、复杂性、不确定性，施工中各种类型的地层条件以及周边环境对施工的影响，加大了施工技术难度和施工安全风险。本文以工程实例阐述了刚性袖阀管后退式注浆技术在隧道浅埋、软岩及渗水地段的应用，以供参考。

1  工程概况

龙山2号隧道全长4885m，其中ZDK19+645～ZDK19+480段隧道上方为低洼谷地，地表水丰富，周边有水塘、水库及村落等，且地表水水体高程均高于隧道洞身，隧道长期排水可能对地表水体及周边水文地质环境造成较大影响，甚至影响居民生产生活用水等。超前地质预报资料显示，本段围岩基岩裂隙水发育，属强富水地段，隧道上部处于强风化粉砂岩范围，岩质软，饱水状态，在渗流作用下易掉块、垮落，存在垮塌风险。

隧道开挖过程中，拱部揭示为强风化粉砂岩，岩体破碎呈碎块状，受水浸泡，软化严重，岩块手可掰断;拱部以下掌子面为弱风化粉砂岩，岩质较硬，岩体较破碎。掌子面散布股状渗流及滴渗流，流量超过20m3/h。掌子面开挖后在渗流作用影响下，拱部不断掉块、垮落，对施工安全和施工进度影响较大。因此根据本段工程特点，决定采用袖阀管后退式注浆技术从地表对隧道进行预加固及地下水防渗漏处理，以确保施工安全，加快施工进度。

2  袖阀管后退式注浆施工技术

2.1 施工工序

施工工序见（图1）刚性袖阀管注浆施工工艺流程图

2.2 注浆范围

地表注浆孔布置按照1.5m×1.5m梅花形布置袖阀管，地表钻孔直径Φ91mm，刚性袖阀采用直径Ф50mm（壁厚5mm）的无缝钢管加工。注浆加固宽度为隧道开挖轮廓线外3m，加固深度为开挖范围内为拱顶6m至进入掌子面以内3m，隧道开挖范围以外为拱顶3m至仰拱底部。见（图2）刚性袖阀管注浆示意图。

2.3 施工技术

2.3.1 封闭掌子面

注浆施工前，掌子面掛设？准6mm钢筋网片，网片采用？准6mm钢筋加工而成，网格间距25cm*25cm，然后采用C25喷射混凝土封闭掌子面，封闭厚度20cm。

2.3.2 测量放样

根据钻孔布置图，测量班先用全站仪把每排孔两侧最外面的点位测出来，打设木桩后用油漆进行标注。然后两侧拉线，采用卷尺每1.5m定出中间其它孔位。测出孔位后，详细记录各孔位坐标及高程。

2.3.3 钻孔

现场根据钻孔位置埋设孔口管后安装钻机，钻机安装时需平整场地，保证钻机底座水平，机身稳定牢固。现场通过对钻机高度进行调整，将钻杆立轴对正孔位后放入孔口管内。采用罗盘、水平尺、辅助线等检测钻杆立轴的方向和倾斜角度，符合要求后，开始钻孔。成孔直径91mm，钻孔过程中，钻进2m后，增加钻杆并对钻杆进行调平校正，后序每增加一节钻杆均要进行此道工序，以保证孔位的垂直，钻孔护壁采用稀泥浆。

2.3.4 浇注套壳料

成孔后将配置好的套壳料通过挤压式注浆机使用钻杆压入钻孔底部，由下向上慢慢的将原有泥浆置换出来，等到置换出的泥浆中发现含有套壳料时，就表示置换完成。套壳料采用水泥：膨润土：水=1：1.6：2，粘度27s。

2.3.5 安装袖阀管

袖阀管采用？准50×5mm的已开孔的成品花管，并在每排孔眼位置处提前在管子外面套上一段长10cm厚2mm紧贴的橡皮箍，并加以固定。在套壳料置换完成后，立即依次下入了备好的袖阀花管，采用长度20cm的套管连接相邻管道，下入要管道要及时并最大限度的保证管道中心与钻孔中心重合，并确保袖阀管下到孔底。另外袖阀管上部要高出地面20cm，下放完毕后在管口处盖盖，以防止杂物进入注浆管，影响注浆作业质量。

2.3.6 固管止浆

袖阀管下入完成后，在孔口袖阀管与钻孔孔壁的环状孔隙处注入深度不小于1.5m的止浆固管料。止浆固管料采用水和水泥配置而成，水灰比1：1。

2.3.7 配置浆液

试验室下现场选取了三种双液浆配比进行比对，分别是水泥浆：水玻璃体积比=1：0.3;水泥浆：水玻璃体积比=1：0.5和水泥浆：水玻璃体积比=1：1，水玻璃浓度均为35B水泥浆为0.6：1～1：1水泥浆。

经过试验发现，水玻璃用量不变的情况下，随着水泥浆浓度的增大，双液浆的凝结时间也会随着变短;水灰比不变的情况下，随着水玻璃用量的减小，双液浆的凝结时间也会随着变短。根据现场实际情况，通过压注试验发现，当进浆量较大、注浆压长时间不升高的时候，双液浆凝结时间选1～2分钟适合;当进浆量中等、注浆压力稳定上升的时候，双液浆凝结时间选3～4分钟适合;当进浆量较小、注浆压力升高较快的时候，双液浆凝结时间选5～6分钟适合。综合考虑，我们选择双液浆配比中水泥浆=1：1（水泥：水），水泥浆：水玻璃体积比=1：1（质量比为1：1.68），水玻璃浓度35B。

2.3.8 注浆

待孔口段止浆料凝固后，袖阀管内下入双栓塞芯管至袖阀管底部，开始注浆，首先采用稀浆加压开环，注浆压力起始1MPa，逐渐增加，待压力突降，进浆量剧增，表示开环成功，开始按设计配比正式注浆，从孔底自下而上进行注浆，每段注浆段长度为50cm，注浆压力4～6MPa，终压6MPa。注浆顺序按发放-约束型注浆原则进行，由外向内，先两侧、再中间的方式间隔跳孔一次成孔注浆，以利控制注浆量，达到可控效果。

2.3.9 管道清理

注浆完成后，袖阀管内泵入清水，以便把管道内的浆液及残留冲洗干净，以备进行复注。

2.3.10 结束标准

注浆结束标准采取定压以及定量相结合的控制标准，注浆终压4～6MPa。

①当注浆压力逐步升高并达到设计终压6MPa，然后继续注浆10min以上后可结束注浆;②当注浆结束时的进浆量在5L/min以下时可结束注浆;③当单孔（或每段）注浆压力达不到设计终压6MPa，但注浆量达到设计注浆量的时候可结束注浆。

2.4 注浆效果检查

本工程注浆加固效果评定方法采用分析法、检查孔取芯法，各种方法进行相互印证，综合分析，确保注浆效果。同时应进行开挖进度指标检验。

2.4.1 P-Q-T曲线分析法

对注浆过程中P-Q-T曲线进行分析，随着注浆的进行，注浆压力缓慢上升，当达到设计终压，注浆速度小于5L/min时，P-T曲线呈上升趋势，Q-T曲线呈下降趋势，说明地层被有效的加固。

2.4.2 检查孔取芯法

现场抽样取芯钻探检验注浆质量，孔检查孔直径？准91mm，根据现场情况随机抽取并覆盖整个注浆加固范围，无流泥、成孔好、无塌孔现象，取芯率80%以上。根据芯样显示，注浆范围内芯样可见浆液包裹，固结效果明显，芯样完整，说明地层被有效的加固。

2.4.3 注浆量反算填充系数

浆液填充系数根据注浆公式Q=αβπr2ln/m反算（浆液损耗系数β=1.5;π=3.14;扩散半径r=1.3;注浆长度l=9m;孔隙率n=8%;浆液结石率m=0.7），按平均单孔注浆量7.3m3计算，充填系数为89%，符合设计浆液填充系数大于85%的要求。

2.4.4 沉降观测

注浆结束后，通过对地表及隧道内沉降进行观测，洞内累计单次最大沉降量为2.25mm，地表累计单次最大沉降量为1.92mm，满足设计及规范沉降量要求。

2.5 施工效果

本工程采用刚性袖阀管后退式注浆技术对浅埋、软岩及渗水地段进行了地表注浆止水加固处理，取得了良好的施工效果，隧道拱顶区域与周边双液浆帷幕止水带形成有效的封闭止水层，隔绝了地表水补充，隧道内渗水量由注浆前期20m3/h减小到了3m3/h，止水效果较好;拱顶围岩在地表注浆后形成有效固结圈，避免和减少了开挖时的拱顶掉块、垮落现象，有效的减少施工安全风险并加快了施工进度。

3  结束语

针对隧道在浅埋、软岩及渗水地段的施工，对于掌子面围岩出现的渗水、拱顶掉块、掌子面失稳、塌落甚至坍塌等问题，刚性袖阀管后退式注浆技术能够有效的改善掌子面施工工况，在保证安全质量的情况下，高效、快速的施工。

参考文献：

[1]金磊.袖阀管深孔注浆技术在地铁隧道暗挖施工中的应用[J].建筑工程技术与设计2015，006（029）：853-854，863.

[2]周富宽.袖阀管注浆工艺在北京地铁工程中的研究与应用[J].山西建筑，2014（6）：65-67.

[3]于博.不良地质段地表袖阀管注浆加固技术的应用[J].公路，2017（10）：66-69.

[4]陈志超.袖阀管劈裂注浆加固黄土地基试验及工程应用研究[D].兰州理工大学，2018：1-95.

[5]黄相锋，张立波，张心灵.袖阀管深孔注浆在地铁隧道暗挖施工中的应用[J].山西建筑，2012（27）：178-180.doi：10.3969/j.issn.1009-6825.2012.27.099.

[6]赵立财.管幕支护与袖阀管注浆加固技术在地铁隧道穿越桥梁桩基施工中的应用[J].城市轨道交通研究，2015，18（2）：93-97.doi：10.16037/j.1007-869x.2015.02.022.