（中交四公局海外事業(yè)部，北京 100022）

淺析裂隙巖體中隧道注漿加固理論研究及工程應(yīng)用

劉嶺忠

（中交四公局海外事業(yè)部，北京 100022）

為了保證隧道工程建設(shè)的質(zhì)量和安全，必須對裂隙巖體中的隧道進(jìn)行注漿加固。本文對裂隙巖體中隧道注漿加固理論進(jìn)行了研究，并探討了其在工程中的應(yīng)用問題。

裂隙巖體；隧道注漿；加固

由于我國地質(zhì)情況比較復(fù)雜，尤其是西南部地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造運動相對頻繁，在隧道施工中，存在大量的裂隙巖體，不僅給隧道施工帶來困難，而且在隧道建成后還會出現(xiàn)襯砌結(jié)構(gòu)破壞等現(xiàn)象，影響隧道運營的安全性和穩(wěn)定性。因此，有必要對其注漿加固理論及工程應(yīng)用進(jìn)行研究。

一、裂隙巖體隧道注漿加固理論研究現(xiàn)狀

受地下復(fù)雜地質(zhì)條件的限制，實驗室里很難模擬出注漿介質(zhì)和注漿工藝，目前國內(nèi)外裂隙巖體隧道注漿加固理論研究主要集中在以下幾方面：①裂隙巖體隧道注漿材料的流變特性；②滲透注漿理論研究；③巖體劈裂注漿理論。后兩種理論在城市地鐵隧道注漿加固工程中應(yīng)用比較多，并且這兩種理論研究逐漸發(fā)展成為當(dāng)今該領(lǐng)域內(nèi)主要的理論研究方向。但是目前裂隙巖體隧道加固理論研究還不夠深入，使得注漿工藝因缺乏有效理論指導(dǎo)而停滯不前。

目前我國裂隙巖體隧道工程注漿加固材料主要采用的是水泥和化學(xué)注漿，兩種注漿材料各有優(yōu)缺點。水泥注漿材料優(yōu)點：制造成本較低、原材料來源豐富、晶體具有較高強(qiáng)度和漿液配置簡單等；缺點：注漿顆粒粒徑較大，難以滿足裂隙巖體裂縫要求（注漿實體裂縫應(yīng)控制在0.2mm以內(nèi)）?；瘜W(xué)漿液優(yōu)點：流動性能較好且材料粘度低，能夠?qū)⒆{實體裂縫控制在要求范圍以內(nèi)；缺點：制造成本較高，具有一定毒性。

在裂隙巖體隧道工程施工中，各種注漿加固技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是在注漿加固理論方面還有待深入研究才能滿足隧道工程實踐注漿的需要，引導(dǎo)注漿加固技術(shù)得到更大的發(fā)展。

二、裂隙巖體中隧道注漿加固機(jī)理分析

注漿是指在一定的機(jī)械輔助下，將化學(xué)漿液或水泥漿液注入到工程實體中，以實現(xiàn)止水目的。要想獲得較好的注漿加固效果，在工程施工前，應(yīng)充分掌握工程實體的水文地質(zhì)情況，并分析地下水運動規(guī)律；了解注漿材料特性，并仔細(xì)研究其在工程實體中的流動及擴(kuò)散規(guī)律。

注漿加固理論是研究漿液在裂隙巖體工程中的流動規(guī)律，展示工程注漿工藝同地質(zhì)條件及注漿材料性質(zhì)間的關(guān)系，為巖體工程注漿加固技術(shù)提供科學(xué)的理論依據(jù)。地下水的運動規(guī)律同巖土中灌注漿液流動及擴(kuò)散規(guī)律較為接近，不同的是其運動阻力比地下水較為復(fù)雜，流變性也有差異。漿體的流動性會因注漿材料性質(zhì)而發(fā)生變化。如果采用較為粘稠的漿液進(jìn)行灌注，漿液則會受到不同壓力和地層影響，產(chǎn)生不同的擴(kuò)散方式。主要有滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿等注漿理論，如圖1所示。

①滲透注漿。粘稠漿液在壓力作用下會滲入工程實體裂隙中，這一過程會排擠出巖體裂隙中的水分和氣體，漿液在裂隙中還會凝結(jié)固化，最終達(dá)到注漿加固的目的。滲透注漿理論研究條件是工程實體在較小的注漿壓力下結(jié)構(gòu)不會遭到破壞。②壓密注漿。這種方式的注漿主要是利用鉆孔向工程實體中注入濃度較高的漿液，從而加密工程實體以提高其承載力。這種形式的注漿適用于軟弱土層中。③劈裂注漿一般采用壓力比較高的漿液進(jìn)行裂隙注漿加固，利用壓力擴(kuò)大巖體裂隙可注漿范圍，從而增加漿液也工程實體接觸面積，起到很好的加固作用。這種形式的注漿在較為發(fā)育的軟弱巖層中能起到較好的應(yīng)用效果。

三、裂隙巖體中隧道注漿加固工程應(yīng)用

在實際隧道工程中，注漿壓力會隨巖體裂隙長度變化，規(guī)律如下：

①注漿壓力與巖體裂隙長度之間存在非線性遞減的關(guān)系。當(dāng)巖體裂隙長度達(dá)到1.5米時，注漿壓力基本不會受巖體長度變化影響。為了不破壞裂隙巖體原有整體性，在裂隙巖體隧道中注漿壓力控制應(yīng)充分考慮巖體裂隙長度，并注意填滿有限的裂隙巖體縫隙，避免產(chǎn)生新裂隙。

圖1 漿液的三種擴(kuò)散形式

②隧道巖體中裂隙長度不同，則注漿加固壓力在隨裂隙長度減小的非線性變化中減小趨勢比較明顯。即裂隙長度與注漿壓力成正比關(guān)系，當(dāng)裂隙長度減小到1米時，注漿加固壓力較小速率最為明顯。因此在裂隙巖體中隧道注漿加固過程中，注漿壓力和注漿速率都應(yīng)隨裂隙長短進(jìn)行調(diào)整，還應(yīng)考慮影響破壞原有巖體的因素。

③裂隙長度和沿該方向上的注漿壓力衰減幅度也有某種必要的聯(lián)系，當(dāng)裂隙足夠小時，其注漿壓力衰減基本不隨裂隙長度而發(fā)生變化。

④裂隙巖體的劈裂能會隨裂隙長度的增加呈現(xiàn)非線性增加趨勢，同一裂隙長度中裂隙劈裂能不再發(fā)生變化，說明該能量即為裂隙巖體劈裂能量。在注漿壓力消耗能量中，裂隙擴(kuò)展實際上需要的能量只是一小部分，其余大部分能量均用來克服裂隙巖體及注漿管的摩擦阻力。

⑤在裂隙巖體劈裂過程中，裂隙巖體裂隙張開度與裂隙巖體中產(chǎn)生的塑性變性能成正比關(guān)系，當(dāng)裂隙張開度大于0.04米時，裂隙巖體中所產(chǎn)生的塑性變性能呈非線性增加特性；而當(dāng)裂隙張開度足夠小時，其塑性變形能基本不隨巖體裂隙長度發(fā)生變化。此時的裂隙中心點與其所消耗的塑性變性能成正比關(guān)系。

結(jié)語

總之，對裂隙巖體中隧道進(jìn)行注漿加固是一個具有挑戰(zhàn)性的研究課題，如果能建立相應(yīng)的漿液流體模型研究相關(guān)參數(shù)將有助于豐富和發(fā)展隧道力學(xué)理論，解決斷層碎帶隧道工程技術(shù)難題，并為隧道建設(shè)工程提供可靠的理論依據(jù)，擴(kuò)大其在隧道工程應(yīng)用范圍，并在具體工程應(yīng)用中發(fā)揮其重要作用。

[1]黃戡．裂隙巖體中隧道注漿加固理論研究及工程應(yīng)用[D]．中南大學(xué)，2011．

[2]張付濤．裂隙巖體注漿材料研究及應(yīng)用[D]．山東科技大學(xué)，2011．

U415.6

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