黄土隧道帷幕注浆技术

丁金芳

（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700）

上阁村隧道洞身为第四系中更新风积黏质黄土，垂直节理发育，部分段落洞身通过地下水位影响段，局部为软塑状，开挖后围岩稳定性差，易发生变形、坍塌，施工难度大，安全风险极高。

1 工程背景及地质情况

上阁村隧道总长6.7 km，上阁村隧道1#斜井西安端洞身DK210+567～DK210+779.6段拱部位于黄土软塑层，洞顶埋深62 m，开挖工法为三台阶预留核心土法施工，开挖后围岩稳定性差，易变形、坍塌。

上阁村隧道穿越董志塬黄土塬区，地形平坦，地势开阔，隧道洞身通过地层为第四系中更新统风积黏质黄土，浅黄色，局部可见针状孔隙，硬塑为主。下台阶两侧墙脚有渗水-滴水现象，洞身通过水位线附近，易出现变形、掉块、坍塌等现象。掌子面有渗水现象，需要及时支护，做好排水措施，做好洞内外监测工作。

地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水，主要分布于黄土塬上部，含水层主要为中更新统黄土。此地区因黄土塬面积大小、地形切割和黄土层厚度等因素影响，地下水位补给一般，主要为大气降水的垂直入渗、地下水的侧向、下渗补给。由于开挖后围岩稳定性差，易变形、坍塌，安全施工难以保证，月进度只有10 m，严重制约施工进度。

2 超前帷幕注浆方案

2.1 止浆墙及施工平台

（1）止浆墙施工。

为了保证施工面的稳定性，在掌子面DK210+779.6处设置C30混凝土止浆墙，止浆墙设置顶宽2.0 m，墙背直立，止浆墙背后空腔采用C15混凝土回填。

止浆墙墙体周边与初支内缘线的接触面要密贴牢固，止浆墙底部设双排Ф89钢管，横向、纵向间距均为1.0 m，打入回填体2.0 m，预留1.0 m嵌入墙体。

周边采用双排Ф25 mm钢筋锚杆，长度2 m，入岩1.5 m，嵌入止浆墙0.5 m以保证止浆墙的稳定。

（2）施工平台。

为了注浆期间施工安全，在施工平台上施作临时仰拱，间距与初支一致，两侧焊接牢固，从洞外拉运土方进行回填，工作平台基底进行混凝土浇筑找平与止浆墙相连形成一个整体。为了满足大型钻机作业要求，钻机作业平台长8 m，预留作业工作空间高度4.7 m。

2.2 施工方法

帷幕注浆段落采取掌子面上部注浆加固方式，每一环帷幕注浆加固纵向长度为25 m（包含2 m止浆墙），环向加固范围为初支轮廓线外5 m。共设两个注浆断面，注浆孔42个。A序：外圈注浆孔13孔；B序：内圈注浆孔10孔；C序：掌子面孔6孔；F序：15 m断面13孔。

A孔有效长度25.5 m，间距1.2 m，外扩角11°。

B孔有效长度25.2 m，间距1.5 m，外扩角5°。

F孔在两个A孔之间布置，与邻近A孔间距0.6 m，有效长度15.8 m，外扩角17°。

注浆工艺采用前进式分段超前预注浆及水平袖阀管束注浆相结合的注浆加固工艺，循环加固长度25 m（含止浆墙）。注浆加固顺序总体原则：先终孔断面孔、后补孔断面孔，每个断面孔采用先外圈孔后内圈孔、先上后下、间隔跳孔。

2.3 注浆加固参数

帷幕注浆加固参数如表1所示。

表1 帷幕注浆加固参数

为防止溜散体再次挤出，止浆墙分节段施工，节段施工间设置连接钢筋保证结构稳定。

止浆墙与初支面的连接部分，预埋两道止水带，防止缝隙出水、漏浆。止浆墙施作时在初支面的连接部预埋Ф25锚杆，长度3 m，入岩2.5 m，每排14根，共计2排，加固防止止浆墙在较大注浆压力下被挤出。

2.4 注浆材料

浆液配比参数如表2所示。

表2 浆液配比参数表

普通硅酸盐水泥P.O42.5；水玻璃波美度35～40 Be′，模数2.4～2.8。所使用材料必须合格、保质、新鲜。

2.5 注浆施工工艺

（1）确定位置。

根据断面尺寸标记钻孔位置、钻孔角度。根据设计情况在断面位置用红油漆将钻孔位置标出，将钻具位置摆放到相应孔位，根据标记的钻孔方向将钻机调整到正确位置。

（2）钻孔。

确定孔位，确定钻孔的角度参数，确定后钻机采用慢钻速、低压力，使用钻进至1.8 m位置后，每个孔位安装1.5 m的空口管。

（3）加工钢管。

在孔口管周边用60～90 cm长的麻丝成纺锤形进行缠绕，使用直径108 mm、厚度4 mm无缝钢管进行加工，钢管长为1.5 m，钢管达到设计深度后，使用化学锚固剂进行锚固，保证在注浆过程中钢管稳定且不漏浆。

（4）前进式分段注浆。

帷幕注浆施工过程中，每次钻孔4～6 m后即进行注浆，待注浆压力达到设计参数后，继续钻进4～6 m，再重复上述过程，根据上述施工程序一直施工至设计深度。钻注分段长可以根据洞内围岩实际情况进行适当调整。

2.6 注浆终止判定

（1）单孔终止标准。

根据上阁村隧道实际地质情况，注浆终压为3～5 MPa，施工过程中，单孔注浆达到设计标准后即可终止注浆。

上阁村隧道地层孔隙率经过试验比例为25%，每延米单孔注浆量约为3 m3，如遇突发情况注浆量达到设计量的2倍而压力未上升时，可终止注浆。

（2）全段结束标准。

排查所有注浆孔，全部未出现漏浆现象后可满足要求；按总注浆孔的5%设计检查孔，检查孔满足要求。

3 注浆效果检查

（1）分析法。

统计施工过程中的注浆总量，根据钻孔数量及钻孔长度，计算地层孔隙率，与设计孔隙率进行对比。

（2）检查孔法。

在断面内寻找地层软弱段进行钻孔查验，如果孔内比较稳定，且固结效果较好、无涌泥、不塌孔，可判定注浆效果较好。

4 施工监测及施工注意事项

钻孔注浆期间，通过对断面后方30 m范围内进行测量数据观测，保证注浆过程中施工安全，拱顶沉降、边墙收敛、止浆墙位移，每天监测一次。

（1）注浆过程中应充分进行搅拌，未搅拌均匀的浆液严禁使用。

（2）如果在注浆时两个注浆孔之间发生串浆，可考虑增加一台注浆机，进行双孔同时注浆。

（3）正常注浆时，压力应缓慢上升，如遇压力突然上升，应立即停止注浆，检查压力上升原因，待压力下降后，继续注浆。

（4）应准备1～2台备用注浆泵，一旦发生机器故障，可以马上使用备用注浆泵。

（5）注浆达到设计压力后，应及时检查注浆效果，直到符合设计要求才能终止注浆作业，未达到设计标准时，应及时进行补充注浆。

5 施工效果分析

注浆完毕拆除止浆墙后，掌子面显示浆液已充满断面，且局部缝隙也全部被浆液填充，取芯检查发现整体黄土硬度高、结构稳定，因浆液填充饱满，掌子面无渗水现象，黄土层自稳能力在帷幕注浆施工后得到了明显提高。

在后续开挖过程中，由于软弱黄土固结，掌子面不再发生掉块、变形、坍塌情况，施工更加安全，施工进度得到明显加快。

6 结语

上阁村隧道洞身为第四系中更新风积黏质黄土，垂直节理发育，部分段落洞身通过地下水位影响段，局部为软塑状，开挖后围岩稳定性差，易发生变形、坍塌，施工难度较大，安全风险高。帷幕注浆过程中掌子面无法开挖，对施工进度有一定影响，但帷幕注浆后整体黄土层自稳能力得到明显提高，且阻隔了地下水的渗透，形成了一道屏障，在软弱黄土及富水黄土隧道施工过程中起到了非常重要的作用。