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在高速公路隧道或礦山井巷工程施工中，在接近破碎帶、斷層前，圍巖或填充體都會出現一定程度的變化，這時作為技術人員就應該仔細對圍巖情況進行觀察、分析，必要時輔以超前地質鉆孔探明前方的圍巖狀況[1]。當前方圍巖強度低于二類、長度大于5m時，宜采用注漿法對破碎段圍巖進行補強加固后再進行掘進施工。
1.1工程概況
該隧道的軟弱地層段起始樁號為K82+080～K82+600，全長520m，隧道中部的K82+080處發育一條中落魚斷裂，屬于壓性非活動斷裂，斷裂帶寬度（10～20）m；該斷裂富含地下水。同時在隧道的K82+540處發育一條沖江河斷裂，屬于活動斷裂，屬于壓性質斷裂，破碎帶寬度（80～100）m。圍巖巖性表層為褐黃色、褐灰色碎石土，圍巖主要成份板巖夾千枚巖；下伏基巖上為褐灰色、深灰色板巖夾千枚巖、玄武巖，上部多為強風，巖石較破碎；下部多為中風化，巖體較完整、巖石較軟，隧道穿過區域多為強～中風化板巖夾千枚巖區域。[BQ]=266，施工期間處理不當或支不及時時極易出現局部塌陷，側壁基本穩定；另外，由于大氣降水下滲較強，地下水流通區通過隧道軸線，地下水豐富，隧道在雨季施工中會有股狀流水，建議做好地下水監測及預備工作，加強地下水的疏導措施。隧址區埋深達363.6m，隧道設計為雙向四車道分離式隧道，開挖斷面積114.43m2，凈斷面65.13m2，凈寬11m，C30鋼筋砼襯砌斷面。
1.2注漿參數的確定
1.2.1注漿方法的選擇常用的注漿方法有地面預注漿和工作面預注漿兩種方式可供選擇，結合該隧道而言，首先隧道埋深達363.6m，若采用地面預注漿工作，即有設備選擇的局限性，也面臨地層可注性的未知因素，同時亦存在操作技術、效果檢驗困難的問題，綜合考慮采用掌子面超前預注漿較為合理[2]。掌子面超前預注漿是當隧洞掘進到斷層（或含水層）前，停止掘進，利用掌子面與斷層（或含水層）之間不透水巖帽為保護層或專門構筑止漿墊，然后在掌子面上鉆孔注漿，再進行掘砌工作。對于高速公路隧道而言，要在114.43m2的掌子面人工構筑2m厚的止漿墊存在技術上不可行、經濟上不合理等諸多困難。而預留止漿巖帽的方法，不需工料，簡單易行，若條件允許應優先考慮，亦推薦采用在掌子面預留止漿巖帽的方式進行預注漿。式中：B為巖帽厚度，m；Pf為注漿終壓，包括巖帽處的靜水壓力和注漿時超過靜水壓力的工作壓力，取5MPa；D0為隧道凈寬，11m；[τ]為巖層容許抗剪強度，按0.1倍抗壓強度計算，取2.45MPa。
1.2.2鉆孔及注漿參數確定
在確定實施注漿前，應在YCS-2000A瞬變電磁儀或TSP203地質探測儀等超前水文地質預報的指引下鉆6～7個鉆孔，以探明斷層或地下水發育情況和溶洞、孔穴、裂隙的方位、規模等地質情況[3]。并采用長短孔相結合，以達到注漿充分、不留死角為目的，來確定鉆孔參數。漿液的選擇主要根據破碎段地下水量大小確定：①當流速<0.138m/s、裂隙寬度>0.15mm時，可采用32.5級的硅酸鹽水泥配置單液漿即可滿足要求。注漿過程中，當初壓升高較慢、漿液可注性較差時，可在漿液中適當添加適量的可注性材料，如水玻璃、粉煤灰等，但總量應控制在3%～5%，以免增加注漿成本；②當地下水流速≥0.138m/s時，應選擇水泥—水玻璃漿液以保證注漿效果。其配合比參數為：C∶S=1∶（0.4～1.0）（體積比），施工用水的pH值不宜小于4.0，水玻璃模數2.2～2.8，水玻璃濃度40Be。設計注漿壓力（終壓值）為注漿處靜水壓力的2～3倍；如沒有測靜水壓力，當采用水泥漿時，流動度宜大于240mm，注漿壓力宜為（1.0～7.0）MPa；注漿時，當注漿壓力達到初壓時應立即停止注漿，待漿液凝結后再逐步注至終壓。注漿結束標準：對于壓力注漿，注漿壓力達到設計終壓下，注漿量不大于1L/min后，繼續注漿30min以上，可結束本孔注漿；對于無壓注漿，當注漿量達到設計要求時，停止注漿后，漿液在（10～15）min不在正常時，即可結束注漿。注漿效果檢查：一個注漿段的注漿孔全部注完后，按鉆總數的2%～5%布置檢查孔，對注漿效果取樣進行檢驗，同一地層取樣數量不少于3組，每組試件不少于6個；并取巖芯觀察漿液充填情況，同時對檢查孔進行壓水試驗（宜在注漿結束3d后進行），在1.0MPa壓力下檢查孔進水量應小于2L/min，否則應加密鉆孔注漿。考慮地層產狀變化的影響，深孔全斷面預注漿起點于距斷層面前10m左右，以保證足夠的止漿巖帽，其終點應超過斷層破碎帶（或預測突水段）10m。注漿工程量按填充率5%計算，實際工程數量應以監理工程師認可的現場記錄為準。
1.2.3鉆孔布置
當隧道通過斷層破碎帶，當探水孔5~6孔中至少4孔出水，總流量≥10m3/h時應進行全斷面深孔注漿堵水。鉆孔起點應在距斷層面前≥10m，注漿孔布置由掌子面向開挖方向呈環狀布置，鉆孔布置成3圈，內外圈按梅花形排列，一個注漿段完成后留6m不開挖作為下一注漿段的止漿巖盤。漿液擴散半徑1.5m，孔底間距不大于3m，并孔直徑φ115mm，終孔直徑φ75mm。
2注漿工藝在隧道施工過程中加固應用
注漿的加固作用在隧道工程中主要有結構加固和地層加固[4]。結構加固主要實用于應力較大、膨脹圍巖段已支護好的巷道。由于應力增加、支護強度不足而使隧道產生較大變形或失穩，影響安全和使用功能。這種情況在我們公司施工過的項目中曾多次出現（如開遠小隧道工程、馬鞍山豎井工程、保山金廠河斜井工程）。在支護結構變形或失穩前，沒有引起足夠的重視，結果導致工期拖延并造成了較大的經濟損失。通過這類地層時，施工中除了減少對圍巖的擾動、及時加強支護外，還應必須及時、準確的對支護結構進行變形觀測，及時掌握圍巖和支護結構的應力、應變情況和分布位置、應力大小、來壓時間和周期。當支護結構不能有效的抵抗圍巖應變時，必須提前增加支護強度、通過注漿加固地層，變被動支護為主動支護，及時減少圍巖的應力釋放，減輕支護結構的承載壓力，保護支護結構穩定。
3注漿工藝在支護過程中的應用
注漿充填是隧道工程施工中比較常用的施工工藝，廣泛用于混凝土支護的承壓隧道、永久硐室的壁后充填，能夠保證支護結構的密實性[5]。一般選擇與支護結構同強度的單液漿進行充填。注漿孔間距縱向一般（5～8）m，橫向一般（2～3）m為宜。通過漿液充填混凝土與圍巖間的裂隙，保證支護質量[6]。充填注漿施工要求如下：1）注漿范圍不小于空洞和裂縫的空隙范圍。當空洞邊界巖體破碎、裂隙發育時，注漿范圍超出空洞范圍的寬度不小于空洞高度的0.5倍；注漿深度應根據洞穴、裂縫分布情況綜合確定，充填下限深度應低于空洞底部標高或附加應力影響深度，固結體強度應滿足上覆荷載要求；注漿孔應采用“三角形”或“矩形”布置，注漿孔間距宜為（3.5～10.0）m（當漿液流動性大時取大值，當漿液流動性小時取小值）；2）注漿材料宜選用水泥、黏土或粉煤灰。當空洞體積較大，且對充填體強度要求高時，可填充水泥砂漿或超流態混凝土；當對充填體強度要求較低時，可先注入粉煤灰、尾礦粉、砂、礫石等惰性材料，再注水泥漿液。當滲漏嚴重時可注入水泥漿-水玻璃等漿液；3）漿液濃度應根據空洞特征選用，并應符合下列規定：①當注漿流量大時，應采用濃漿液或雙液漿，當注漿流量小時，應采用稀漿液；②對于無充填物的空洞，可先注水泥砂漿或超流態混凝土，當砂漿無法注入時，采用純水泥漿；4）注漿壓力應綜合根據上覆壓力、空洞大小、裂隙發育程度、漿液性能及巖土條件等因素通過試驗確定，并符合下列規定：①前期注漿壓力宜為（0.2～0.5）MPa，當體積較大且空洞內無充填物時，可采用無壓填充；②注漿終止壓力宜為（1.0～1.5）MPa，中間孔宜為（2.0～2.5）MPa；5）鉆孔孔徑不得小于91mm；鉆孔孔斜率應小于1/100；注漿施工應先邊緣孔，后中間孔；當場地存在高差時，應先注孔底標高低的孔，孔底標高的孔注漿完成后，封閉孔口，再注孔底標高高的孔；6）水泥漿液的水灰比可采用0.5～0.6，空洞較大時可直接注入水泥基混合漿液或超流態混凝土。
4注漿工藝在隧道工程中水害治理的應用
地下水是地下工程施工中最大的“攔路虎”之一，治理地下水主要有“堵、截、疏、排”等幾種方法。通過斷層破碎帶前，通常采用帷幕注漿的方式進行治水，注漿堵水的鉆孔布置方式同前述軟弱地層的注漿加固類似。帷幕注漿法治理地下水主要是充分利用漿液的密實性來隔斷地下水流通道，改變地下水的流動方向來實現工作面無水作業。施工中遇到大量的突水點或突水帶時，應及時將突入巷道內的水及時排除地表或主水倉，探明出水點的位置，監測出水點的流量、靜水壓力、水質等[7]。在獲得突水點的第一手資料后，制定科學的帷幕注漿止水方案：注漿孔間距宜為有效擴散半徑的1.5倍，當采用多排孔布設時，鉆孔排距不宜大于孔間距。帷幕注漿終壓宜為靜水壓力的1.6～3.0倍，三序孔注漿壓力應高于一序孔和二序孔。松散地層或裂隙較發育的巖體帷幕注漿壓力宜取小值，其他巖體帷幕注漿壓力宜取大值；帷幕注漿宜采用循環式注漿，也可采用純壓式注漿；注漿水灰比宜采用0.5～5.0，可加入水玻璃等添加劑。帷幕注漿應利用下一序注漿孔檢查上一序注漿效果；帷幕注漿質量檢驗孔數量不應少于注漿孔總數的10%，且不應少于5個，帷幕軸線上檢驗孔中壓水試驗孔不少于檢驗孔總數的60%。檢驗孔應采取巖芯，并繪制鉆孔柱狀圖，巖芯采取率不應小于75%。只有在地下水流速相對較慢、靜水壓力較小時，漿液的濃度、壓力可以適當降低，否則不允許注漿壓力小于靜水壓力。注漿順序應由出水量少、水壓低的部位向出水量大、水壓力高的部位逐漸靠攏，直至全部將突水點封堵完畢。注漿過程中，應對每個注漿孔的進漿量、注漿壓力做好準確的記錄。進漿量和注漿壓力未達到設計要求的注漿孔，應采用間隔注漿的方法灌注，直至達到設計要求。注漿結束后，應觀察檢查孔內的水量、水壓力、水質的變化情況檢驗注漿效果。正式掘進前，必須采用超前探水鉆機鉆設探水孔進一步驗證注漿效果，探水孔不得少于3個，深度超前于含水層（3～5）m。只有當探水孔內無明顯的水流時才允許進行工作面的開挖、支護作業。作業過程中，工程技術人員應密切觀察工作面的水量、水質、頂底板和支護結構壓力變化情況，出現水量變化異常、頂底板和支護壓力增大時，應立即撤出人員和設備，查清水量變化和來壓的具體原因，另行制定處理方案。貴鋁項目部北部回風斜井施工期間，采用注漿法成功通過了兩段涌水超過100m3/h的含水斷層。
5結語
1）在隧道節理裂隙發育、地下水流速較慢的圍巖中采用注漿技術進行加固能取到很好效果，可防止隧道施工時的頂部坍塌和邊墻片邦，更好地為作業人員的提供安全保障，在降低隧道穿過不良地層處治成本的同時也能快速通過隧道圍巖不穩定段；2）在隧道應力較大且較松軟、地下水流速較快的圍巖中采用注漿技術進行加固其圍巖固結效果不太明顯，注漿技術在隧道圍巖加固應用中還有局限性。
參考文獻：
[1]彭春雷.錨固與注漿基礎知識[M].北京：中國電力出版，2019.
[2]陳發東.試析道路橋梁隧道施工中灌漿法的應用[J].四川水泥，2017（10）：75.
[3]王小林.橋梁隧道施工中注漿技術的應用研究[J].中華建設，2020（2）：164-165.
[4]梁家啟.注漿技術在鐵路隧道施工中的應用分析[J].企業科技與發展，2021（4）：102-104.
作者:張榮貴 郝留忠 陳林 單位:云南建投礦業工程有限公司