铁路隧道湿陷性基底采用袖阀管注浆加固施工技术

摘要：简述了湿陷性黄土特性及其对隧道施工的影响，基于天陇铁路马街隧道进口处基础底部位于第四系砂质湿陷性黄土中，为了防止隧道黄土仰拱遇水湿陷发生鼓底破坏变形，采取袖阀管注浆加固施工增强隧道基底的承载力。制定施工方案和施工流程，开展测量定位、浇筑仰拱混凝土、钻设袖阀管孔、下管注入套壳料、封孔注浆、清洗管口并封堵等一系列袖阀管加固施工，完成袖阀管施工，并在隧道基底达到注浆强度后进行检验。检验数据表明：该隧道进口处地基经过袖阀管注浆加固后，其承载力大幅度提高，满足了改隧道基底承载力的设计要求，为该隧道后续施工和长期运营提供了安全、有效保证。

关键词：铁路隧道；湿陷性黄土；袖阀管注浆；TGRM灌浆料；基底承载力

0 " 引言

伴随着我国交通建设的迅速发展，在黄土地层中进行结构物施工逐渐成为工程施工技术研究的重点。从以往研究成果来看，在隧道工程施工中，对黄土地层进行注浆加固，在施工及运营安全方面均产生了良好的作用。如张民庆等[1]结合银西高铁上阁村隧道施工中，通过采用传统的三台阶开挖法对注浆前后围岩累计沉降量变化的观察，分析了在富水黄土隧道中袖阀管注浆加固机理及注浆效果。

袖阀管注浆技术目前已较为成熟，对基底加固效果较好，针对湿陷性黄土地基具有可分层注浆、角度多样化、可确定注浆量、能够重复多次注浆等优点。根据隧道基底实际地质情况和注浆需求，可以调节袖阀管的长度，有利于节约成本。单线隧道断面净空小、施工空间有限，适合采用较小的施工机械进行基底加固施工。进行袖阀管注浆加固施工，其施工设备占用空间不大，很适合在单线隧道中进行施工。

1 " 湿陷性黄土特性及其对隧道施工的影响

1.1 " 湿陷性黄土的特性

湿陷性黄土的土质较为均匀、结构较为疏松、孔隙发育，且内部为特殊的粒间架空孔隙结构，土体颗粒之间主要以点与点传递为主，透水性良好。在未受水侵影响时土体强度较高，压缩性较小。但是当受水侵影响之后，在一定压力水作用下，细小颗粒容易进入孔隙并向嵌入孔隙趋势进行发展，导致土体结构迅速破坏。其表现为塑性变形，并附带产生较大的土体下沉，强度降低程度较大。基于此吗，在湿陷性黄土地层中修建隧道等结构物时，应根据受水侵影响可能性的大小和对沉降限制的要求程度对隧道基底进行处理，确保结构物施工及使用安全。

1.2 " 湿陷性黄土对隧道施工的影响

湿陷性黄土所具有的上述特性，在隧道工程过程施工中会对隧道仰拱结构产生严重影响。这是因为隧道仰拱对维持隧道的稳定性具有重要作用，在隧道工程施工期间，在地下水较为发育的黄土地区，隧道仰拱会遇水软化、湿陷，从而发生鼓底破坏变形。隧道仰拱底鼓破坏现象与构造应力、地下水作用、黄土湿陷作用、填充基底泥岩软化、围岩蠕变，以及设计、施工、运营环节中存在薄弱部位等多种因素相关。在隧道工程完工后的运营期间，如果对隧道外围的湿陷性黄土处理不当，也会引发隧道仰拱底鼓破坏变形。

2 " 工程概况

2.1 " 工程基本状况

天陇铁路是甘肃省内第一条自主建设的铁路，北起天平铁路杨家碾站，南至兰渝铁路陇南西站。马街隧道是位于天陇铁路南段的单线隧道，全长为12431.92m，是天陇铁路的控制性工程。马街隧道进口段DK213+225.37～DK213+640段为Vb型复合式衬砌，衬砌断面净宽度为7.58m。

2.2 " 地质情况

该隧道范围内洞身地层以第四系黄土、第三系泥砂岩、砂砾岩、志留系白龙江组灰岩、板岩、千枚岩为主，进出口及浅埋沟覆盖第四系地层。该隧道洞口段落基础底部位于第四系上更新统冲积层（Q3al）砂质黄土中，具有湿陷性黄土特征，洞身附近初始屈服应力为120kPa。马街隧道洞口部位地质情况如图1所示。

为确保隧道正常施工和长期运营安全，需要对隧道基底进行加固处理，以提高隧道基底的承载力。根据隧道涌水量预测结果，掌子面开挖后受地下水影响较小，可不考虑开挖时隧道施工安全问题。DK213+225.37～DK214+

600隧道涌水量预测结果如表1所示。

3 " 施工方案和施工流程

3.1 " 施工方案

根据该隧道工程概况和湿陷性地质情况，决定对隧道基底采取袖阀管施工方法进行加固处理。袖阀管注浆对湿陷性隧道黄土基底加固具有良好的施工效果。由于单线隧道截面尺寸小，净空尺寸不足以安装大型加固设备等特点，相对于其他隧道基底加固措施，采用袖阀管注浆具有设备体积小、加固效果好、施工工序简单、施工时间短、操作人员少、施工过程中对其他工序作业的影响小等特点。依据现场实际情况，对隧道基底进行分段注浆加固施工，控制好钻孔垂直度，以满足该隧道基底加固施工需要和施工工艺要求。

3.2 " 施工流程

该隧道袖阀管施工流程如下：测量定位→仰拱初支预埋Ø133导向套管→浇筑仰拱混凝土→钻设袖阀管孔→安装袖阀管→注入套壳料→封孔→后退式分段注浆→清洗孔口管及袖阀管管头部位并用TGRM灌浆料填充→焊接封堵套管。

4 " 袖阀管加固施工过程

4.1 " 测量定位

根据设计要求，采用全站仪将套管位置定位于仰拱衬砌钢筋之间，并采用焊接固定。在确保钢筋间距的前提下，适当调整套管位置。注浆孔按225cm×225cm等边三角形布置，注浆扩散半径为130cm。刚性袖阀管平面布置如图2所示。

4.2 " 浇筑仰拱混凝土

Ø133套管采用钢筋焊接固定，预留Ø133钢管时，每根钢管在二次衬砌仰拱混凝土中部设厚10mm的钢板止水环，止水环密封焊接在钢管外壁上、不允许渗漏水。套管管口应采取措施进行临时封堵，浇筑过程中应注意保护钢套管不被破坏。Φ133套管施工示意如图3所示。

4.3 " 钻设袖阀管孔

孔位确定后，利用地质钻机钻设至仰拱开挖轮廓线外4m。钻进过程中采用泥浆护壁，适当控制进尺，并检查钻孔垂直度。本隧道范围内无瓦斯等有毒有害气体存在，但应观察记录钻孔中发现的异常情况。例如发现异常气体时，应做好现场保护措施确保人员安全，并检查气体成分。施工过程中应安排专人记录底层情况，如发现底层情况与设计不符，应及时与设计部门沟通，调整施工工艺，保证施工质量。刚性袖阀管横断面布置示意如图4所示。

4.4 " 安装袖阀管和注入套壳料

袖阀管采用Φ76mm、壁厚3.5mm的无缝钢管制作成刚性袖阀管，袖阀管接头采用Φ89mm、壁厚5mm无缝管焊接连接。将加工好的袖阀管及PVC管道同时插入至孔内底部，袖阀管采用固定措施，防止注入套壳料时袖阀管上浮。袖阀管还应配备镀锌注浆内管、橡胶套。套壳料采用膨润土及水泥进行制备，注满袖阀管与孔壁之间的间隙。采用PVC管道从孔底向上逐步置换为套壳料。待套壳料强度满足要求后，进行袖阀管注浆。

4.5 " 封孔注浆

在仰拱基底袖阀管孔口填充范围内，采用微膨胀细石混凝土掺加水泥基结晶型防渗材料进行管孔封口。孔口20cm深度范围在封堵时应涂刷混凝土截面剂，确保0.3MPa水压试验不渗水。

注浆材料应选用普通硅酸盐水泥单液浆添加硫铝外加剂，注浆材料选用标号为525普通硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥单液浆配合比为0.6～0.8：1，硫铝外加剂添加量为普通硅酸盐水泥的15%～20%。

注浆采用后退式分段注浆，按袖阀管橡胶套位置逐步上提注浆，注浆段落分成若干区域，分段长度宜为10～20m，注浆顺序遵循“先施作外围孔后施作内部孔，分单、双序跳孔施作”的方法。注浆段落应按钻孔数量的3%～5%布设注浆检查孔，注浆后应通过检查孔进行钎探试验，检查注浆效果，确保注浆后地基承载力满足设计要求，并且孔内无水渗出。

4.6 " 清洗管口并封堵

注浆完成后采用清水对管口及管内残留浆液进行清洗，并检查注浆效果，以便后续进行重复注浆。清洗后对管头部位浆液缺失部分采用TGRM水泥基特种灌浆料进行填充。TGRM灌浆料具备微膨胀、高抗渗性能，凝结时长，满足灌注完毕所允许的最长可操作时间，能确保填充密实。封堵管口采用钢板，在Ø133钢管顶部进行焊接封闭。要求焊缝饱满、无焊渣，保证焊接密实、不渗水。

4.7 " 注浆施工过程控制要点

4.7.1 " 采取止回阀止浆

袖阀管端头采用止回阀进行止浆，防止套壳料在注入过程中流入袖阀管内。管孔应采用临时封堵措施，防止杂物进入袖阀管内，以便注浆时管道通畅，保证注浆质量。

4.7.2 " 确保材料符合要求

套壳料应按要求配比拌制，确保套壳料的强度满足要求，现场施工中应及时对配比进行调整，保证其强度并能将泥浆完全置换。TGRM灌浆料应满足早强、微膨胀、易密实、高抗渗性等性能，施工中严格按照设计配比进行拌合施工。

4.7.3 " 合理注浆

注浆过程中，应对根据现场实际施工及基底加固情况进行注浆调整或注浆补充，严格进行分段注浆施工，避免注浆过程中发生穿孔。

4.8 " 施工记录与效果评估

施工过程中应将钻孔深度、地质情况、注浆压力、注浆量等施工参数进行记录，并加强注浆过程中数据整理及监控，根据数据变化进行分析及参数调整。完成袖阀管施工且隧道基底达到强度后，对注浆效果进行了现场检验和评估。检验数据表明，该隧道进口处基底经过袖阀管注浆加固后，其承载力提高了3倍以上，满足了改隧道基底承载力的设计要求，为该隧道后续施工和长期运营提供了安全、有效的保证。

5 " 结束语

袖阀管注浆在钻孔和套壳料施工质量良好的情况下，其加固深度、加固影响范围均可有效控制，能够取得较好的隧道基底加固效果。本文针对天陇铁路马街隧道进口处的湿陷性黄土地质情况，科学采用袖阀管加固技术，有效阻断了隧道开挖及线路运营期间地下水对该隧道黄土基底的下渗软化等病害。注浆后的浆脉形成了空间立体结构，加强了隧道基底的稳固性能，控制了湿陷性隧道黄土基底下沉，取得了提高其地基承载力的预期效果。

参考文献

[1] 张民庆，张虎元，谢君泰.深埋富水黄土隧道地表深孔袖阀

管注浆加固机理及效果分析[J].现代隧道技术，2023，60（1）：

219-224.

[2] 宁湘.袖阀管注浆施工工艺及质量控制[J].中国铁路，2011

（7）：68-71.