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在高速公路隧道或矿山井巷工程施工中，在接近破碎带、断层前，围岩或填充体都会出现一定程度的变化，这时作为技术人员就应该仔细对围岩情况进行观察、分析，必要时辅以超前地质钻孔探明前方的围岩状况[1]。当前方围岩强度低于二类、长度大于5m时，宜采用注浆法对破碎段围岩进行补强加固后再进行掘进施工。
1.1工程概况
该隧道的软弱地层段起始桩号为K82+080～K82+600，全长520m，隧道中部的K82+080处发育一条中落鱼断裂，属于压性非活动断裂，断裂带宽度（10～20）m；该断裂富含地下水。同时在隧道的K82+540处发育一条冲江河断裂，属于活动断裂，属于压性质断裂，破碎带宽度（80～100）m。围岩岩性表层为褐黄色、褐灰色碎石土，围岩主要成份板岩夹千枚岩；下伏基岩上为褐灰色、深灰色板岩夹千枚岩、玄武岩，上部多为强风，岩石较破碎；下部多为中风化，岩体较完整、岩石较软，隧道穿过区域多为强～中风化板岩夹千枚岩区域。[BQ]=266，施工期间处理不当或支不及时时极易出现局部塌陷，侧壁基本稳定；另外，由于大气降水下渗较强，地下水流通区通过隧道轴线，地下水丰富，隧道在雨季施工中会有股状流水，建议做好地下水监测及预备工作，加强地下水的疏导措施。隧址区埋深达363.6m，隧道设计为双向四车道分离式隧道，开挖断面积114.43m2，净断面65.13m2，净宽11m，C30钢筋砼衬砌断面。
1.2注浆参数的确定
1.2.1注浆方法的选择常用的注浆方法有地面预注浆和工作面预注浆两种方式可供选择，结合该隧道而言，首先隧道埋深达363.6m，若采用地面预注浆工作，即有设备选择的局限性，也面临地层可注性的未知因素，同时亦存在操作技术、效果检验困难的问题，综合考虑采用掌子面超前预注浆较为合理[2]。掌子面超前预注浆是当隧洞掘进到断层（或含水层）前，停止掘进，利用掌子面与断层（或含水层）之间不透水岩帽为保护层或专门构筑止浆垫，然后在掌子面上钻孔注浆，再进行掘砌工作。对于高速公路隧道而言，要在114.43m2的掌子面人工构筑2m厚的止浆垫存在技术上不可行、经济上不合理等诸多困难。而预留止浆岩帽的方法，不需工料，简单易行，若条件允许应优先考虑，亦推荐采用在掌子面预留止浆岩帽的方式进行预注浆。式中：B为岩帽厚度，m；Pf为注浆终压，包括岩帽处的静水压力和注浆时超过静水压力的工作压力，取5MPa；D0为隧道净宽，11m；[τ]为岩层容许抗剪强度，按0.1倍抗压强度计算，取2.45MPa。
1.2.2钻孔及注浆参数确定
在确定实施注浆前，应在YCS-2000A瞬变电磁仪或TSP203地质探测仪等超前水文地质预报的指引下钻6～7个钻孔，以探明断层或地下水发育情况和溶洞、孔穴、裂隙的方位、规模等地质情况[3]。并采用长短孔相结合，以达到注浆充分、不留死角为目的，来确定钻孔参数。浆液的选择主要根据破碎段地下水量大小确定：①当流速<0.138m/s、裂隙宽度>0.15mm时，可采用32.5级的硅酸盐水泥配置单液浆即可满足要求。注浆过程中，当初压升高较慢、浆液可注性较差时，可在浆液中适当添加适量的可注性材料，如水玻璃、粉煤灰等，但总量应控制在3%～5%，以免增加注浆成本；②当地下水流速≥0.138m/s时，应选择水泥—水玻璃浆液以保证注浆效果。其配合比参数为：C∶S=1∶（0.4～1.0）（体积比），施工用水的pH值不宜小于4.0，水玻璃模数2.2～2.8，水玻璃浓度40Be。设计注浆压力（终压值）为注浆处静水压力的2～3倍；如没有测静水压力，当采用水泥浆时，流动度宜大于240mm，注浆压力宜为（1.0～7.0）MPa；注浆时，当注浆压力达到初压时应立即停止注浆，待浆液凝结后再逐步注至终压。注浆结束标准：对于压力注浆，注浆压力达到设计终压下，注浆量不大于1L/min后，继续注浆30min以上，可结束本孔注浆；对于无压注浆，当注浆量达到设计要求时，停止注浆后，浆液在（10～15）min不在正常时，即可结束注浆。注浆效果检查：一个注浆段的注浆孔全部注完后，按钻总数的2%～5%布置检查孔，对注浆效果取样进行检验，同一地层取样数量不少于3组，每组试件不少于6个；并取岩芯观察浆液充填情况，同时对检查孔进行压水试验（宜在注浆结束3d后进行），在1.0MPa压力下检查孔进水量应小于2L/min，否则应加密钻孔注浆。考虑地层产状变化的影响，深孔全断面预注浆起点于距断层面前10m左右，以保证足够的止浆岩帽，其终点应超过断层破碎带（或预测突水段）10m。注浆工程量按填充率5%计算，实际工程数量应以监理工程师认可的现场记录为准。
1.2.3钻孔布置
当隧道通过断层破碎带，当探水孔5~6孔中至少4孔出水，总流量≥10m3/h时应进行全断面深孔注浆堵水。钻孔起点应在距断层面前≥10m，注浆孔布置由掌子面向开挖方向呈环状布置，钻孔布置成3圈，内外圈按梅花形排列，一个注浆段完成后留6m不开挖作为下一注浆段的止浆岩盘。浆液扩散半径1.5m，孔底间距不大于3m，并孔直径φ115mm，终孔直径φ75mm。
2注浆工艺在隧道施工过程中加固应用
注浆的加固作用在隧道工程中主要有结构加固和地层加固[4]。结构加固主要实用于应力较大、膨胀围岩段已支护好的巷道。由于应力增加、支护强度不足而使隧道产生较大变形或失稳，影响安全和使用功能。这种情况在我们公司施工过的项目中曾多次出现（如开远小隧道工程、马鞍山竖井工程、保山金厂河斜井工程）。在支护结构变形或失稳前，没有引起足够的重视，结果导致工期拖延并造成了较大的经济损失。通过这类地层时，施工中除了减少对围岩的扰动、及时加强支护外，还应必须及时、准确的对支护结构进行变形观测，及时掌握围岩和支护结构的应力、应变情况和分布位置、应力大小、来压时间和周期。当支护结构不能有效的抵抗围岩应变时，必须提前增加支护强度、通过注浆加固地层，变被动支护为主动支护，及时减少围岩的应力释放，减轻支护结构的承载压力，保护支护结构稳定。
3注浆工艺在支护过程中的应用
注浆充填是隧道工程施工中比较常用的施工工艺，广泛用于混凝土支护的承压隧道、永久硐室的壁后充填，能够保证支护结构的密实性[5]。一般选择与支护结构同强度的单液浆进行充填。注浆孔间距纵向一般（5～8）m，横向一般（2～3）m为宜。通过浆液充填混凝土与围岩间的裂隙，保证支护质量[6]。充填注浆施工要求如下：1）注浆范围不小于空洞和裂缝的空隙范围。当空洞边界岩体破碎、裂隙发育时，注浆范围超出空洞范围的宽度不小于空洞高度的0.5倍；注浆深度应根据洞穴、裂缝分布情况综合确定，充填下限深度应低于空洞底部标高或附加应力影响深度，固结体强度应满足上覆荷载要求；注浆孔应采用“三角形”或“矩形”布置，注浆孔间距宜为（3.5～10.0）m（当浆液流动性大时取大值，当浆液流动性小时取小值）；2）注浆材料宜选用水泥、黏土或粉煤灰。当空洞体积较大，且对充填体强度要求高时，可填充水泥砂浆或超流态混凝土；当对充填体强度要求较低时，可先注入粉煤灰、尾矿粉、砂、砾石等惰性材料，再注水泥浆液。当渗漏严重时可注入水泥浆-水玻璃等浆液；3）浆液浓度应根据空洞特征选用，并应符合下列规定：①当注浆流量大时，应采用浓浆液或双液浆，当注浆流量小时，应采用稀浆液；②对于无充填物的空洞，可先注水泥砂浆或超流态混凝土，当砂浆无法注入时，采用纯水泥浆；4）注浆压力应综合根据上覆压力、空洞大小、裂隙发育程度、浆液性能及岩土条件等因素通过试验确定，并符合下列规定：①前期注浆压力宜为（0.2～0.5）MPa，当体积较大且空洞内无充填物时，可采用无压填充；②注浆终止压力宜为（1.0～1.5）MPa，中间孔宜为（2.0～2.5）MPa；5）钻孔孔径不得小于91mm；钻孔孔斜率应小于1/100；注浆施工应先边缘孔，后中间孔；当场地存在高差时，应先注孔底标高低的孔，孔底标高的孔注浆完成后，封闭孔口，再注孔底标高高的孔；6）水泥浆液的水灰比可采用0.5～0.6，空洞较大时可直接注入水泥基混合浆液或超流态混凝土。
4注浆工艺在隧道工程中水害治理的应用
地下水是地下工程施工中最大的“拦路虎”之一，治理地下水主要有“堵、截、疏、排”等几种方法。通过断层破碎带前，通常采用帷幕注浆的方式进行治水，注浆堵水的钻孔布置方式同前述软弱地层的注浆加固类似。帷幕注浆法治理地下水主要是充分利用浆液的密实性来隔断地下水流通道，改变地下水的流动方向来实现工作面无水作业。施工中遇到大量的突水点或突水带时，应及时将突入巷道内的水及时排除地表或主水仓，探明出水点的位置，监测出水点的流量、静水压力、水质等[7]。在获得突水点的第一手资料后，制定科学的帷幕注浆止水方案：注浆孔间距宜为有效扩散半径的1.5倍，当采用多排孔布设时，钻孔排距不宜大于孔间距。帷幕注浆终压宜为静水压力的1.6～3.0倍，三序孔注浆压力应高于一序孔和二序孔。松散地层或裂隙较发育的岩体帷幕注浆压力宜取小值，其他岩体帷幕注浆压力宜取大值；帷幕注浆宜采用循环式注浆，也可采用纯压式注浆；注浆水灰比宜采用0.5～5.0，可加入水玻璃等添加剂。帷幕注浆应利用下一序注浆孔检查上一序注浆效果；帷幕注浆质量检验孔数量不应少于注浆孔总数的10%，且不应少于5个，帷幕轴线上检验孔中压水试验孔不少于检验孔总数的60%。检验孔应采取岩芯，并绘制钻孔柱状图，岩芯采取率不应小于75%。只有在地下水流速相对较慢、静水压力较小时，浆液的浓度、压力可以适当降低，否则不允许注浆压力小于静水压力。注浆顺序应由出水量少、水压低的部位向出水量大、水压力高的部位逐渐靠拢，直至全部将突水点封堵完毕。注浆过程中，应对每个注浆孔的进浆量、注浆压力做好准确的记录。进浆量和注浆压力未达到设计要求的注浆孔，应采用间隔注浆的方法灌注，直至达到设计要求。注浆结束后，应观察检查孔内的水量、水压力、水质的变化情况检验注浆效果。正式掘进前，必须采用超前探水钻机钻设探水孔进一步验证注浆效果，探水孔不得少于3个，深度超前于含水层（3～5）m。只有当探水孔内无明显的水流时才允许进行工作面的开挖、支护作业。作业过程中，工程技术人员应密切观察工作面的水量、水质、顶底板和支护结构压力变化情况，出现水量变化异常、顶底板和支护压力增大时，应立即撤出人员和设备，查清水量变化和来压的具体原因，另行制定处理方案。贵铝项目部北部回风斜井施工期间，采用注浆法成功通过了两段涌水超过100m3/h的含水断层。
5结语
1）在隧道节理裂隙发育、地下水流速较慢的围岩中采用注浆技术进行加固能取到很好效果，可防止隧道施工时的顶部坍塌和边墙片邦，更好地为作业人员的提供安全保障，在降低隧道穿过不良地层处治成本的同时也能快速通过隧道围岩不稳定段；2）在隧道应力较大且较松软、地下水流速较快的围岩中采用注浆技术进行加固其围岩固结效果不太明显，注浆技术在隧道围岩加固应用中还有局限性。
参考文献：
[1]彭春雷.锚固与注浆基础知识[M].北京：中国电力出版，2019.
[2]陈发东.试析道路桥梁隧道施工中灌浆法的应用[J].四川水泥，2017（10）：75.
[3]王小林.桥梁隧道施工中注浆技术的应用研究[J].中华建设，2020（2）：164-165.
[4]梁家启.注浆技术在铁路隧道施工中的应用分析[J].企业科技与发展，2021（4）：102-104.
作者:张荣贵 郝留忠 陈林 单位:云南建投矿业工程有限公司