淺析大斷面山嶺隧道斷層施工中注漿技術(shù)的應(yīng)用
摘要：隨著我國高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大斷面山嶺隧道施工逐漸增多，在隧道工程施工中注漿技術(shù)的應(yīng)用也隨之越來越廣泛。本文結(jié)合筆者多年從業(yè)經(jīng)驗，以某高速公路隧道工程為例，分析了大斷面山嶺隧道斷層施工中注漿技術(shù)的應(yīng)用，并強(qiáng)調(diào)了注漿施工中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題，以供同仁參考借鑒。
關(guān)鍵詞：大斷面,山嶺隧道,斷層,注漿施工,技術(shù)
一、 工程概況：
某雙向六車道高速公路中長坂坡隧道位于吉林省靖宇縣內(nèi)，設(shè)計為雙線分離式隧道，間隔30~40m，左線全長為2975m，起訖樁號為：ZK246+065~ZK249+040.隧道洞身最大開挖斷面為164.15㎡(不含緊急停車帶加寬段)。施工至ZK246+910至ZK246+940處，遇地下巖層斷裂構(gòu)造，圍巖極為破碎。該段巖層以強(qiáng)風(fēng)化安山巖為主，巖質(zhì)成青灰色，斑狀結(jié)構(gòu)、杏仁狀，塊狀構(gòu)造、巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育;同時夾雜紅褐色、灰褐色砂狀、碎塊狀及碎屑狀全風(fēng)化安山巖。斷裂帶中富含大量地下水，圍巖自穩(wěn)能力極差，易坍塌。
二、 注漿技術(shù)的應(yīng)用
(1)超前小導(dǎo)管注漿：該段隧道原設(shè)計為III級圍巖，并無超前支護(hù)。但因該段圍巖自穩(wěn)性極差，如不進(jìn)行超前支護(hù)技術(shù)對前方圍巖做預(yù)加固處理，開挖斷面拱頂處極易坍塌。經(jīng)設(shè)計院、業(yè)主及施工單位勘察現(xiàn)場，變更超前支護(hù)為：拱頂120°范圍內(nèi)設(shè)Φ50*5mm超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距40cm，長度為4m和6m交錯布置，排距加密至1.2m，外插角 @=5~8°，同時在小導(dǎo)管內(nèi)注水泥漿固結(jié)散體，形成承載環(huán)，保證開挖面的穩(wěn)定。因該段圍巖以破碎強(qiáng)風(fēng)化巖為主，同時夾雜少量全風(fēng)化砂質(zhì)巖屑，故該段注漿法以滲入注漿法為主，個別段落輔以劈裂注漿法。注漿材料選擇水灰比為1：1的單液水泥漿，水泥采用早期強(qiáng)度高、抗凍性好、干縮小的普通硅酸鹽水泥。注漿壓力根據(jù)試驗確定為1.0MPa，單根導(dǎo)管注漿量在施工中動態(tài)調(diào)整。注漿前，將Φ50絲口管焊接在管尾，安裝好球閥。小導(dǎo)管注漿采用KBY-50/70注漿機(jī)，自制水泥漿攪拌桶。注漿小導(dǎo)管按下圖加工方式實(shí)做：
注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：注漿壓力達(dá)到1.0MPa穩(wěn)壓后，量注漿終壓達(dá)到設(shè)計終壓時注漿速度小于5～10L/min。
(2)核心土注漿：該段隧道采用三臺階預(yù)留核心土施工工法。因該段巖層個別段落巖石極為破碎，且富含大量地下水，為保證開挖臨空面的穩(wěn)定，部分地段采用核心土預(yù)注漿固結(jié)散體技術(shù)，并起到一定的止水作用，為施工人員提供一個安全、穩(wěn)定的操作平臺。因核心土多為松散破碎巖石，切空隙較大，故采用滲入法注漿。為節(jié)約成本，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，注漿管采用4.5m長Φ42*4mm無縫鋼管，注漿孔布置參照超前小導(dǎo)管。布置方式為間距1.0m(環(huán)向)*0.8m(徑向)梅花形布置。注漿材料同樣選擇水灰比為1：1的單液水泥漿。注漿壓力為0.6MPa，注漿量為達(dá)到注漿壓力后，漿液通過注漿管與巖石之間的空隙溢出濃漿為止。為保證注漿效果，在注漿前應(yīng)在核心土表面噴射一層厚度為5cm的C25早強(qiáng)混凝土作為止?jié){墻。注漿結(jié)束后，通過鉆孔方式檢查注漿效果。
(3)后方注漿：該段隧道開挖施工難度大、工藝復(fù)雜，因此施工進(jìn)度較為緩慢，后續(xù) 仰拱、二襯無法及時施工。為防止已施工段落初期支護(hù)拱頂下沉及兩側(cè)收斂嚴(yán)重以至侵限，致使二襯厚度不足。已施工初期支護(hù)段落采用二次注漿方式填充由于初噴混凝土收縮引起的空隙，以及防止周圍地層松弛范圍擴(kuò)大，借以提高圍巖自穩(wěn)能力。二次注漿采用滲入法注漿，注漿管采用6m長Φ50*5mm無縫鋼管，注漿孔布置參照超前小導(dǎo)管。注漿管布設(shè)范圍為拱頂120°，布置方式為間距1.0m(環(huán)向)*1.0m(縱向)梅花形布置。布設(shè)時應(yīng)避開開挖時布設(shè)的超前小導(dǎo)管，因此布設(shè)位置可做小范圍調(diào)整。注漿材料選擇水泥-水玻璃雙液漿。水灰比為1:1，水泥漿與水玻璃漿液體積比為1:0.8，水玻璃濃度為35Be。注漿采用KBY-50/70雙液注漿機(jī)2臺、自制水泥漿攪拌桶2個、儲水玻璃桶2個、自攪拌式儲漿桶2個、T型混合器2個。注漿壓力為1.5MPa，注漿量以達(dá)到注漿壓力后，濃漿液從注漿管與混凝土縫隙溢出為準(zhǔn)。
三、 注漿施工中注意的問題：
(1)注漿壓力與注漿量的控制。 注漿控制分為壓力控制和注漿量控制兩種。壓力控制是保持設(shè)定壓力不變，注漿量變化的方法;注漿量控制是注漿量一定，壓力變化的方法。本段隧道施工，為保證注漿效果的可靠性，采用同時進(jìn)行壓力和注漿量控制。以注漿壓力控制為主，輔以注漿量控制。在本段隧道施工中，超前小導(dǎo)管注漿、初襯背后注漿壓力均根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)過試驗確定。并在后續(xù)施工過程中不同圍巖情況，及時調(diào)整。在二次注漿時，注漿壓力的控制顯得尤為重要，如果注漿壓力過小，化學(xué)漿液擴(kuò)散速度與范圍就會減小，由于化學(xué)漿液的初凝時間較短，所以注漿壓力過小無法達(dá)到預(yù)期的注漿效果，不能有效的控制地層松弛范圍的擴(kuò)大。如果注漿壓力過大，就會對初期支護(hù)造成一定的壓力，易使噴射混凝土出現(xiàn)龜裂，嚴(yán)重可以使初期支護(hù)變形。因此在在注漿過程中技術(shù)人員及安全員應(yīng)全程跟蹤觀測，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整注漿壓力。在注漿量的控制上一般是以達(dá)到注漿壓力后，單位時間內(nèi)注入的水泥漿量減小到一定范圍內(nèi)，或不斷從注漿管口溢出為止。本段落施工采用上述方法控制注漿，取得了良好的效果。
(2)監(jiān)控量測在注漿過程中的作用。為保證隧道施工安全，以及注漿效果的及時反饋，應(yīng)在該施工段落制定完整細(xì)致的監(jiān)控量測方案。在掌子面施工段落應(yīng)加密布設(shè)拱頂沉降觀測點(diǎn)，同時縮短監(jiān)測周期，及時統(tǒng)計整理觀測數(shù)據(jù)，及時反饋，以便于施工人員調(diào)整各項施工參數(shù)。在二次注漿段落加密拱頂沉降點(diǎn)的同時，應(yīng)加密拱腳的收斂量測，并縮短監(jiān)測周期，設(shè)定報警值。同時與未進(jìn)行二次注漿段落的監(jiān)測數(shù)據(jù)比較，改進(jìn)注漿參數(shù)，提高注漿效果。
(3)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。本段隧道施工所注漿液為水泥漿和水泥-水玻璃雙液漿，均會對地下水造成污染。因此在施工過程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測注漿對地下水質(zhì)的影響。該段隧道隨為山嶺隧道，但是山體周圍仍有較大數(shù)量的居民居住。本項目采用在隧道主線平面位置與山村居民區(qū)位置之間，居民區(qū)地下水位影響范圍邊界鉆設(shè)水質(zhì)監(jiān)測井的方法進(jìn)行控制注漿液對地下水的影響范圍。該段隧道埋設(shè)深度均在100m以上，且嚴(yán)格控制注漿壓力與注漿量，因此在施工過程中，并未發(fā)現(xiàn)監(jiān)測井內(nèi)的水質(zhì)發(fā)生變化。
四、注漿達(dá)到的效果：
(1)保證了開挖面的穩(wěn)定。超前小導(dǎo)管的嚴(yán)格注漿，有效的提高了巖層的自穩(wěn)能力，使該段隧道在開挖過程中沒有發(fā)生大面的拱頂垮塌，同時也有效的控制了拱腰處的超挖情況。對核心土的注漿加固，給施工操作人員提供了一個安全可靠的操作平臺。有效的控制了因地下水及泥巖對核心土穩(wěn)定的影響，防止在型鋼拱架架設(shè)過程中，發(fā)生因巖石破碎而導(dǎo)致碎石塊掉落，威脅施工人員人身安全。
(2)提高了掘進(jìn)速度。該段隧道在開挖過程中，施工速度沒有受到因發(fā)生拱頂大面積坍塌而停止的現(xiàn)象。而且注漿有效的控制了開挖輪廓，減小了超挖現(xiàn)象，在噴射混凝土過程中節(jié)省了大量的時間，并節(jié)約了成本。雖然超前小導(dǎo)管注漿需要一定的時間，但是與處理拱頂坍塌比較起來，還是收到了事半功倍的效果。
(3)有效的控制了已施工段落的拱頂沉降。通過對布設(shè)拱頂沉降監(jiān)測點(diǎn)的量測結(jié)果分析，該段拱頂最大沉降點(diǎn)累計沉降僅為5.6cm，遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)留沉降量。而在此之前施工ZK246+890-ZK246+905段，因沒有及時有效的注漿，導(dǎo)致大面積拱頂下沉，最大累計沉降值達(dá)到24.3cm，導(dǎo)致大面積換拱。對比可見：合理有效的初襯二次注漿可以有效的控制已施工完畢的初期支護(hù)拱頂沉降，防止因沉降過大而發(fā)生的拱頂侵限導(dǎo)致?lián)Q拱的后果，從而減小施工成本，降低施工難度。
五、總結(jié)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，對高速公路的線形及行車道寬度的要求會日漸增強(qiáng)，因此會涌現(xiàn)大量的大斷面山嶺隧道。而我國幅員遼闊，地質(zhì)復(fù)雜多樣，由此隧道施工注漿技術(shù)就顯得尤為重要。本文只簡單闡述了隧道洞內(nèi)施工部分注漿技術(shù)及應(yīng)用�？傊�，在隧道施工過程中，如遇到地質(zhì)條件復(fù)雜，需要注漿加以控制的地段，施工人員要加強(qiáng)重視與思考，綜合考慮多方面因素，從隧道工程實(shí)際情況出發(fā)，并合理借鑒其他隧道施工成功經(jīng)驗與做法，合理的選擇注漿工藝，以確保人身安全及工程質(zhì)量。
