李鵬

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司 山西太原 030024）

公路隧道軟弱圍巖大變形段注漿加固的施工技術(shù)

李鵬

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司 山西太原 030024）

軟弱圍巖在公路隧道的施工中是比較常見的，其容易造成大變形段的問題。因此，在實(shí)際施工中需要通過一定的加固技術(shù)對軟弱圍巖區(qū)段進(jìn)行加固處理，使其達(dá)到隧道施工的基本要求。注漿加固在軟弱圍巖的加固處理中應(yīng)用廣泛，本文針對軟弱圍巖變形的力學(xué)原理作了簡單分析，對注漿加固半徑和時(shí)間的確定進(jìn)行了探討，最后分析了注漿加固的具體工藝，以期對公路隧道施工能夠起到一定的參考作用。

公路隧道；軟弱圍巖；大變形段；注漿加固

引言

隧道對于公路建設(shè)而言是重中之重，不僅因?yàn)樗淼揽梢源蠓s短公路的距離，還因?yàn)槠涫┕るy度很高，所以必須對其施工予以關(guān)注。軟弱圍巖大變形段的存在給隧道施工造成了很大的負(fù)面影響，尤其是施工安全和施工質(zhì)量這兩個(gè)方面，更是遭受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，必須加強(qiáng)對大變形段注漿加固的研究分析，找準(zhǔn)加固半徑和注漿時(shí)間，確保加固效果最好。

1 公路隧道軟弱圍巖大變形段力學(xué)原理

之所以在進(jìn)行隧道施工的時(shí)候會出現(xiàn)軟弱圍巖變形，其根本原因就是隧道進(jìn)行開挖時(shí)對原本的圍巖造成了破壞，使得其平衡狀態(tài)被打破，應(yīng)力分布發(fā)生變化，超過軟弱圍巖具有的極限強(qiáng)度，進(jìn)而發(fā)生塑性變形或是彈性變形。在塑性變形和彈性變形不能及時(shí)得到阻止的情況下，就會引起圍巖產(chǎn)生大變形段，嚴(yán)重情況下發(fā)生圍巖失穩(wěn)破裂等問題，給公路隧道施工造成很大的負(fù)面影響。在開挖公路隧道的過程中，會形成一個(gè)松動圈，其具有明顯的可循規(guī)律，這就給清楚認(rèn)知隧道軟弱圍巖變形提供了途徑，進(jìn)而能夠通過合理的施工手段對其進(jìn)行處理，避免塑性變形或是彈性變形造成圍巖破壞。

在分析軟弱圍巖的過程中，可以將其劃分為彈性區(qū)和松動圈兩個(gè)部分，在這兩個(gè)部分內(nèi)，圍巖應(yīng)力達(dá)到峰值后可以處在塑性和彈性狀態(tài)，其簡化為模型之后可以被看做軸對稱平面應(yīng)變問題。通過簡化模型，可以將復(fù)雜的軟弱圍巖受力關(guān)系清晰地表達(dá)出來，為分析其變形特性提供可靠的參考。不僅如此，還可以對松動圈的大小進(jìn)行計(jì)算，對隧道開挖過程進(jìn)行精確的掌控，從而對注漿加固的半徑和時(shí)間更為有效的控制。

2 公路隧道軟弱圍巖大變形段注漿加固半徑和時(shí)間的確定

2.1 半徑確定

確定注漿加固的半徑是非常重要的，只有在合理的半徑范圍進(jìn)行注漿加固，才能確保整個(gè)大變形段具有良好的強(qiáng)度，不會因?yàn)槭┕こ霈F(xiàn)破壞。根據(jù)圍巖破壞的基本原理，可以建立一個(gè)等式關(guān)系，即隧道凈空變化可測量值和圍巖松動體積可以按照一定的關(guān)系建立等式，通過對隧道凈空變化值進(jìn)行測量，可以計(jì)算出圍巖松動體積，確定圍巖松動范圍，進(jìn)而就可以明確注漿加固的范圍。具體說來，可以假設(shè)公路隧道開挖松動圈和凈空半徑是關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)，暫定隧道的初始半徑是ro（t），對應(yīng)的松動圈半徑是rs（t）。在隧洞經(jīng)過dt時(shí)間開挖之后，隧道凈空半徑和松動圈半徑分別變化為ro（t）+r1o（t）dt和rs（t）+r1s（t）dt，則在dt這一段時(shí)間之內(nèi)，隧道開挖引起的空間體積變化量為dv1=2πro（t）r1o（t）dt，而圍巖松動圈體積的變化量為dv2=2πkrs（t）r1s（t）dt，其中k是擴(kuò)容系數(shù)。

通過對比兩個(gè)式子不難看出，dv1的產(chǎn)生是松動圈擴(kuò)張導(dǎo)致的，加之隧道凈空在彈性變形作用下發(fā)生的變化很小，幾乎可以忽略，進(jìn)而可以得出dv1+dv2=0。將前邊兩個(gè)式子帶入該式中，就可以得到ro（t）r1o（t）dt+krs（t）r1s（t）dt=0。這個(gè)式子就是對圍巖松動圈擴(kuò)展和隧道收斂變形之間的規(guī)律進(jìn)行了描述，揭露了其內(nèi)在規(guī)律。根據(jù)上述公式也可以精確計(jì)算出任意時(shí)刻的隧道凈空半徑以及圍巖松動半徑，據(jù)此就可以得出注漿加固的半徑范圍。

2.2 時(shí)間確定

對隧道軟弱圍巖大變形段進(jìn)行注漿加固，時(shí)機(jī)的掌握是非常重要的。一般說來，注漿時(shí)間的基本依據(jù)是監(jiān)控測量數(shù)據(jù)，在隧道進(jìn)行初期開挖時(shí)，圍巖就會出現(xiàn)一定的形變，導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生裂痕，這就需要盡心圍巖注漿加固。對于部分軟弱圍巖而言，其內(nèi)部巖體密實(shí)度較高，空隙率比較小，如果其內(nèi)部沒有形成裂痕，注漿就會比較困難。所以，在實(shí)際的隧道施工中，都是通過實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)對圍巖裂痕的變化情況進(jìn)行全面監(jiān)控，在其達(dá)到一定程度的時(shí)候，就可以及時(shí)進(jìn)行注漿加固施工。

比如，某隧道K56+970斷面，對其進(jìn)行注漿加固時(shí)，就是在隧道開挖初期就展開監(jiān)測，其圍巖變形量每天維持在5cm左右，4d時(shí)間達(dá)到20cm。圍巖的內(nèi)部裂痕增多、空隙變大，此階段就可以進(jìn)行注漿施工。隨著施工持續(xù)進(jìn)行，該階段的注漿斷面和實(shí)際的施工作業(yè)面會存在6～8m的差距，彼此間不會相互影響。在完成注漿加固之后，通過監(jiān)測可以看出圍巖變形的速率顯著減小，但是也并未完全穩(wěn)定。這主要是因?yàn)樵诘谝浑A段的注漿加固中，加固漿液并沒有全部滲透到圍巖當(dāng)中，在加固面之間的巖體還可以進(jìn)一步生成裂痕，會引起外延的變形持續(xù)。在該變形量達(dá)到25～30cm的范圍時(shí)，就可以進(jìn)行第二階段的注漿加固，確保加固漿液能夠充滿整個(gè)圍巖，使其趨于穩(wěn)定。

3 加固注漿施工工藝

在公路隧道圍巖加固中的，分階段隔跳注漿加固工藝時(shí)最為常用的手段。根據(jù)其實(shí)際的操作流程，可以被劃分為小導(dǎo)管加工、打孔送管、注漿參數(shù)確定和封口施工等環(huán)節(jié)。

在上述隧道工程中，其注漿加固使用的小導(dǎo)管尺寸為長5m、直徑42mm、壁厚4mm，加工斷頭為錐形，且其端部1m以下梅花形打孔，以15cm作為孔間距，在小導(dǎo)管的端部需設(shè)置止?jié){閥。

打孔送管需要配合實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，合理進(jìn)行施工。在上述隧道的第一階段中，打孔時(shí)需保持環(huán)向間距1m，縱向間距0.5m，同時(shí)對打孔的角度和深度進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡量保證孔深在導(dǎo)管深度的10～15cm之上。打孔完成后需及時(shí)清孔，清孔后應(yīng)當(dāng)及時(shí)送入導(dǎo)管，然后進(jìn)行第一階段的注漿施工。在第一階段注漿完成之后，隨著圍巖變形達(dá)到第二階段注漿的要求，就可以進(jìn)行第二階段注漿打孔，按照環(huán)向0.5m、縱向0.5m的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打孔，然后重復(fù)注漿步驟。

注漿參數(shù)直接關(guān)系到加固效果，所以必須嚴(yán)格控制。一般將水泥漿液的水灰比控制在1：1～1：0.8之間，采用模數(shù)2.4、35波美度的水玻璃，按照水泥用量的5％進(jìn)行摻雜。進(jìn)行注漿時(shí)，壓力需控制在1.5～3.0MPa之間，并且按照分階段隔跳的方式注漿，具體如圖1所示。

圖1 分階段注漿

如圖1中所示，第一階段和第二階段的注漿加固是按照注漿孔的單雙號隔跳進(jìn)行的。不僅如此，為了確保注漿質(zhì)量可靠，還需對每孔反復(fù)多次進(jìn)行注漿，盡量保證注漿次數(shù)在4～5次，間隔3～4min就重復(fù)一次，同時(shí)還需逐次增大注漿壓力。

在對每個(gè)孔完成注漿施工之后，就對其進(jìn)行封口施工。封口時(shí)一般采用錨固劑對注漿孔進(jìn)行填充密實(shí)，不僅如此，為了避免漿液在壓力作用下從注漿孔中噴出，需在完成封口之后對導(dǎo)管尾部進(jìn)行處理，設(shè)置止?jié){閥避免漿液噴出。需要注意的是，設(shè)置止?jié){閥時(shí)必須確保其處于關(guān)閉狀態(tài)，以免漿液從止?jié){閥流出。

4 結(jié)論

在公路隧道施工中，對軟弱圍巖大變形段進(jìn)行注漿加固處理是十分必要的。因此，必須對軟弱圍巖的變形原理清楚認(rèn)知，同時(shí)對注漿半徑和注漿時(shí)間進(jìn)行確定，最后根據(jù)實(shí)際情況利用分階段隔跳注漿法展開注漿施工，就可以實(shí)現(xiàn)加固軟弱圍巖的目的。

[1]張?jiān)Z.公路隧道軟弱圍巖大變形段注漿加固施工方法探究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2015（02）：19～20+66.

[2]李小坤.滇中紅層軟弱圍巖隧道變形開裂原因分析及處治措施研究[J].隧道建設(shè)，2012（01）：88～93+102.

U455.4

A

1004-7344（2016）02-0147-02

2015-12-22

李 鵬（1984-），男，山西臨汾人，技術(shù)員，大專，從事技術(shù)管理工作。