■吳麗珍

(福建路港(集團(tuán))有限公司，泉州 362000)

1 工程概況

將樂梅花隧道是省道S308(縱七線)將樂縣梅花至玉華段公路的一部份， 設(shè)計樁號為K1+240～K2+370， 全長1130m，為長隧道。 本隧道區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對穩(wěn)定，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎，且易形成排水通道，隧道洞身圍巖受其影響，圍巖級別降低。 本隧道為單洞雙車道，洞身凈寬14m，設(shè)計速度40km/h，二級公路標(biāo)準(zhǔn)。

樁號K1+750～K1+800 為隧道淺埋段， 且在K1+780處存在F2 斷層破碎帶，破碎帶發(fā)育，沿斷層帶巖石硅化強(qiáng)烈，局部發(fā)育斷層泥和劈理化帶。 斷層角礫及擦痕、階步等特征顯示， 本帶是多期多階段構(gòu)造疊加、 復(fù)合的產(chǎn)物，地質(zhì)情況復(fù)雜，圍巖差，在施工中易發(fā)生坍塌，極端情況會出現(xiàn)冒頂。 K1+760～K1+785 段為兩山之間低洼平地，最小覆蓋層厚度12.3m，最大覆蓋層35m，兩邊山坡地勢較陡峭。 根據(jù)該段地勘資料ZK2 顯示，主要有粉質(zhì)粘土堆積層，厚度在2.2～5.3m，破碎狀的強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，厚度在12.2～19.7m，在洞身局部有中風(fēng)化粉砂巖。淺埋段區(qū)域地表水主要分布于山間溝谷中， 隧址區(qū)內(nèi)未見常年性溪流，僅溝谷當(dāng)中在降雨后出現(xiàn)間歇性水流，流水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，受季節(jié)性影響變化較大?；鶐r構(gòu)造裂隙水賦存于基巖的裂隙中，受構(gòu)造發(fā)育情況控制，一般地區(qū)導(dǎo)水性弱，但構(gòu)造破碎帶附近，其導(dǎo)水性較好，主要接受大氣降水及地下水側(cè)向補(bǔ)給，水量變化較大，對隧道施工影響較大。

2 地表加固技術(shù)措施

針對淺埋段V 級圍巖地質(zhì)條件差，在施工過程易發(fā)生坍塌、冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害，為提高圍巖的強(qiáng)度，降低圍巖透水性能，增強(qiáng)隧道掘進(jìn)時圍巖的穩(wěn)定性，在隧道洞身與地表間采用高壓注漿地表加固技術(shù)措施， 在隧道開挖輪廓線外6m 范圍內(nèi)形成受力拱，如圖1 所示。 鉆孔注漿分三部分進(jìn)行：(1) 在隧道初支外兩側(cè)打入Φ108 鋼管，90°垂直鉆孔，長度約25m，間距1.5m×1.5m，梅花形布置，如圖2 所示。 (2)在隧道范圍內(nèi)拱頂打入Φ76 鋼管，90°垂直鉆孔，長度約15m，直至隧道開挖面，間距1.5m×1.5m，梅花形布置，如圖3 所示。 (3)在兩側(cè)山腳之間打入Φ76 鋼管，6°至18°斜向鉆孔，長度20～25m，間距1.5m×1.5m，梅花形布置，兩側(cè)各布置4 排，如圖4 所示，第一排呈垂直打入， 第二排注漿孔方向角度與第一排垂直夾角呈6°，第三排注漿孔方向角度與垂直夾角呈12°， 第四排注漿孔方向角度與垂直夾角呈18°。 加固方式采用水泥單液注漿，標(biāo)號為M30，水泥采取42.5R 級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5∶1， 注漿壓力1～3.0MPa。 注漿順序為先注漿靠山一側(cè)，再注另一側(cè)，然后再注中間的，注漿順序宜按單、雙孔序孔進(jìn)行，即先跳孔跳排，注單序孔，然后注剩下的雙序孔。為確保淺埋段安全渡過，地表注漿加固在洞身開挖前7 天完成。

圖1 節(jié)理裂隙帶斷層注漿示意圖

圖2 隧道初支兩側(cè)加固示意圖

圖3 隧道拱頂加固示意圖

圖4 隧道淺埋段縱斷面圖及山腳段加固改造圖

3 施工工藝

3.1 工藝流程

測量放樣→鉆孔布點→鉆機(jī)就位鉆孔→下管→注漿→二次(劈裂)注漿→結(jié)束。

3.2 施工技術(shù)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

(1) 在開鉆前對加固范圍內(nèi)場地按統(tǒng)一標(biāo)高進(jìn)行平整，地表采用厚15cm 素混凝土噴層，避免地表水下滲軟化圍巖并起到穩(wěn)壓層的作用，根據(jù)地形水文情況，在施工區(qū)域上方15m 處設(shè)置截水措施， 在下游15m 處挖坑降水。

(2)按批復(fù)的施工方案組織人員、機(jī)械設(shè)備及材料等進(jìn)場，按相關(guān)要求進(jìn)行檢測后及時按程序報批。檢查攪拌機(jī)、注漿泵等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況并做好各易損件的籌備工作：用1.5～2 倍于注漿終壓對系統(tǒng)進(jìn)行注水試驗檢查， 并接好水、電；檢查管路系統(tǒng)能否耐壓，有無漏水，連接是否正確；檢查設(shè)備機(jī)況是否正常；使設(shè)備充分熱身，試運(yùn)轉(zhuǎn)時間為20min。

(3)施工前，項目部嚴(yán)格按照設(shè)計要求及有關(guān)規(guī)范規(guī)定對施工班組進(jìn)行技術(shù)交底，作好施工前安全文明教育，在施工人員掌握設(shè)計意圖、技術(shù)要求、施工順序后再進(jìn)行注漿加固工程的施工。

3.2.2 試驗孔施工

(1) 根據(jù)設(shè)計要求選定Φ108-2# 孔、Φ108-100# 孔和Φ76-188# 孔作為試驗孔，利用全站儀放樣出孔位，鉆機(jī)就位固牢后開鉆。 過程中需檢查鉆桿的垂直度不得大于1%，如有偏差則利用鉆機(jī)進(jìn)行修孔，保證成孔后的垂直度。在成孔后采用挖機(jī)進(jìn)行下管，鋼管則按設(shè)計要求提前進(jìn)行加工，接口采用焊接，接口質(zhì)量檢查合格方能下管，在下管到位后施工長度不小于1m 的止?jié){塞， 在止?jié){塞砼達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行注漿施工。

(2)注漿停止條件采用定量-定壓相結(jié)合的方法控制，當(dāng)注漿壓力逐漸上升,流量逐漸下降,注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓并穩(wěn)定10min 后, 即可結(jié)束該孔注漿。 當(dāng)長時間注漿壓力不上升或注漿壓力在較小值附近, 且單孔注漿量達(dá)到設(shè)計單孔注漿量的2 倍時,可結(jié)束該孔注漿，施工情況如表1 所示：

表1 試驗孔鉆孔注漿情況表(施工時間：2018.12.9～12.10)

(3)施工中存在的問題

①在2# 孔鉆孔到位后，鉆機(jī)移位及到下管時間間隔63min，在下管到18m 深度時發(fā)現(xiàn)無法下管，原因為鉆孔完成后停滯時間過長，孔內(nèi)塌孔而無法下管到位。

②在注漿過程加壓時，鉆孔的止?jié){段有上浮現(xiàn)象，致使注漿無法持續(xù)加壓，在孔口先是地下水冒出，持續(xù)注漿后出現(xiàn)濃漿，止?jié){措施達(dá)不到止?jié){的作用。

③在施工過程中發(fā)現(xiàn)淺埋段地下水位較高， 成孔后觀察地下水位在地面下5m 左右，對注漿質(zhì)量存在影響。

(4)解決措施

①單孔成孔時間控制在25～35min， 注漿時間在15～25min，在成孔后應(yīng)在30min 內(nèi)完成下管且時間不得超過30min。

②完成下管就位后第一時間施工止?jié){塞， 止?jié){塞的長度應(yīng)不低于1m，經(jīng)12 個小時后再進(jìn)行注漿作業(yè)，以免止?jié){措施達(dá)不到效果。

③Φ108-100# 孔與Φ76-188# 孔注漿壓力達(dá)到0.6～0.7MPa，注漿量分別為0.612m3與0.558m3，鉆孔內(nèi)體積分別分0.202m3與0.131m3， 則擴(kuò)散的注漿量為0.208m3與0.227m3。 在孔口出現(xiàn)濃漿時停止注漿作業(yè)，綜合地下水位的影響，根據(jù)注漿量推算擴(kuò)散半徑達(dá)不到設(shè)計要求，注漿效果不理想。

④針對試驗孔注漿效果不太理想的情況， 并綜合考慮地下水對鉆孔注漿的影響，結(jié)合以往類似的工程經(jīng)驗，對原設(shè)計的方案進(jìn)行了優(yōu)化： 注漿工藝采用二次劈裂注漿進(jìn)行施工，取消原設(shè)計的Φ76 與Φ108 鋼花管段，保留實管段作為護(hù)壁，防止注漿孔在地質(zhì)不良段發(fā)生坍塌，在孔中先預(yù)埋一根Φ25 鍍鋅管， 長度為高出孔深至少50cm，并在原設(shè)計的注漿段長度范圍內(nèi)對Φ25 鍍鋅管進(jìn)行鉆孔，鉆孔外圈需用塑料膠布綁扎兩層，避免第一次注漿時水泥漿滲入。第一次注漿時注漿管需伸至孔底，在孔口冒出濃漿時再慢慢撥出。 第一次注漿時孔內(nèi)地下水排水需預(yù)先用人工挖出小排水溝進(jìn)行外排， 避免地下水亂排導(dǎo)致場地雜亂影響施工。注漿過程做好施工記錄，待一次注漿完成12h 后進(jìn)行二次注漿，利用較大的注漿壓力，將漿液注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走破碎土及巖體裂隙中的水分和空氣，并占據(jù)其位置，形成“結(jié)石體”，使原來松散圍巖膠結(jié)成一個整體，從而達(dá)到穩(wěn)定圍巖的效果，保證隧道施工的安全。 注漿工藝如圖5所示。

圖5 注漿工藝示意圖

3.3.3 鉆孔與注漿施工

(1)樁位放樣

根據(jù)設(shè)計圖紙確定鉆孔位置、鉆孔深度，對樁位進(jìn)行統(tǒng)一編號，在地面按編號用小木樁進(jìn)行布孔。

(2)鉆機(jī)就位鉆孔

①對鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)整復(fù)測樁位坐標(biāo)， 確保鉆機(jī)準(zhǔn)確定位及牢固，開鉆后記錄每節(jié)鉆桿長度，確保鉆孔深度。 鉆孔設(shè)備采用履帶式鉆機(jī)，配備3 名機(jī)手，成孔后及時進(jìn)行鋼管接樁，避免出現(xiàn)塌孔返工現(xiàn)象。

②鉆孔位置依據(jù)平面圖施放，孔位偏差不大于5cm，鉆孔采取隔孔進(jìn)行， 成孔的深度比設(shè)計孔深超出50cm，避免在未下管或下管過程中鉆孔坍塌達(dá)不到設(shè)計孔深。

(3)下管與注漿

①鉆孔完成后按設(shè)計要求下一根Φ25 塑料管，塑料管單根長度4m，根據(jù)孔深搭配塑料管，確保二次注漿塑料管伸入鉆孔底部，再對塑料管6m 長度進(jìn)行鉆孔，鉆孔間隔25～35cm，用膠帶纏繞兩圈，二次注漿時當(dāng)壓力達(dá)到一定程度，能在鉆孔位置爆開，水泥漿液在此位置擴(kuò)散。塑料管底部、連接接頭需密封好，防止第一次注漿時水泥漿液進(jìn)入管中，完成后繼續(xù)下注漿管。

②制漿時通過制漿桶水的體積根據(jù)水灰比， 確定每次制漿加入的水泥量， 并采用比重計對所制漿液進(jìn)行檢查。 制漿攪拌時間不少于5min，制備好的漿液不得離析、不得停置時間過長，制成漿液(未加早強(qiáng)劑)停留時間不超過4h,水泥漿經(jīng)過濾后進(jìn)入儲漿罐。

③先利用注漿管對孔位進(jìn)行洗孔， 確保水泥漿液與孔壁有效粘結(jié)， 待孔內(nèi)泥漿清洗干凈后進(jìn)行第一次注漿(注漿壓力0～0.5MPa)， 待孔內(nèi)水排出后注漿停止， 凝固12～24h 后進(jìn)行第二次注漿，注漿利用之前預(yù)留Φ25 塑料管進(jìn)行，壓力在1～8MPa。 開始注漿時因管內(nèi)處于密封狀態(tài)，壓力會很快到達(dá)4～8MPa，沖破塑料管鉆孔位置膠帶后壓力值穩(wěn)定并慢慢降至1.5～3.0MPa， 待注漿量達(dá)到設(shè)計單孔注漿量2 倍或地下水?dāng)D壓出地面后注漿停止。

(4)施工要點

①鉆孔時應(yīng)保持孔的垂直度，傾斜度不得大于1%，因巖層破碎，在鉆孔完成后應(yīng)及時清孔下管，避免鉆孔坍塌造成無法下管，并做好鉆孔相關(guān)記錄。隧道輪廓線范圍內(nèi)的鉆孔孔深必須根據(jù)地面標(biāo)高與隧道開挖輪廓線標(biāo)高進(jìn)行計算得出。

②在注漿全部結(jié)束且達(dá)到一定強(qiáng)度時， 可進(jìn)行取芯判定驗證注漿效果， 當(dāng)注漿不能達(dá)到效果時可進(jìn)行補(bǔ)注漿或在洞身施工時根據(jù)注漿質(zhì)量進(jìn)行隧道動態(tài)設(shè)計，確定隧道施工安全與質(zhì)量。

③每5m 設(shè)置一個沉降觀測點， 在隧道洞身施工前進(jìn)行觀測，隨時掌握淺埋段沉降情況。

④注漿時嚴(yán)格按已批復(fù)的配合比進(jìn)行攪拌， 保證拌漿的連續(xù)性，注漿從外圍進(jìn)行圍、堵、截，內(nèi)部進(jìn)行填、壓，以獲得良好的注漿效果。

⑤K1+780 斷層破碎帶寬度為2～4m， 鉆孔時應(yīng)測量出斷層帶位置，在范圍內(nèi)適當(dāng)加密孔數(shù)，并通過鉆孔驗證斷層破碎帶真實情況。

⑥斷層破碎帶周圍注漿時， 應(yīng)先進(jìn)行斷層破碎帶范圍外的鉆孔注漿，再進(jìn)行斷層破碎帶范圍內(nèi)的鉆孔注漿。應(yīng)掌握注漿實時情況， 遇到注漿量大且壓力一直無法上升時應(yīng)停止注漿， 在水泥漿初凝時間快到前再進(jìn)行注漿或采取雙液注漿， 單液注漿量按其他區(qū)域鉆孔或試驗孔的注漿量2 倍進(jìn)行控制。 在取芯驗證時在斷層破碎帶范圍內(nèi)需至少取一個孔驗證注漿質(zhì)量， 作為洞身施工時是否要加強(qiáng)施工措施的依據(jù)。

4 注漿效果分析

在鉆孔注漿完成后， 通過鉆芯取樣進(jìn)行鉆孔注漿質(zhì)量檢測，通過對取樣巖芯進(jìn)行結(jié)石率測試，了解漿液在地下的終凝程度，再對結(jié)石體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，檢驗其強(qiáng)度是否滿足設(shè)計要求。 試驗結(jié)果表明： 巖體結(jié)石率達(dá)到96.7%， 符合規(guī)范巖體結(jié)石率必須達(dá)到95%以上的要求；巖體28d 平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到9.5MPa，符合規(guī)范28d 極限抗壓強(qiáng)度不低于5.8MPa 的要求。同時通過注漿取得如下效果：

(1)施工安全得到保證。 目前該隧道淺埋段已采用小導(dǎo)管超前支護(hù)及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法順利進(jìn)洞并實現(xiàn)隧道貫通，開挖與初期支護(hù)已全部完成，施工中未出現(xiàn)坍塌或冒頂?shù)劝踩鹿?，保證了隧道工程的施工安全。

(2)工程質(zhì)量得到保證。通過地表注漿加固，有效地隔絕了地表水，降低圍巖的透水性能，大大改善了原有巖層的物理力學(xué)性能，提高了圍巖的自穩(wěn)時間和承載能力，減少了初期支護(hù)的圍巖壓力， 保證了鋼支撐錨噴等初期支護(hù)長期穩(wěn)定，提高初支結(jié)構(gòu)安全。 施工中通過地表沉降、洞內(nèi)收斂及拱頂下沉進(jìn)行監(jiān)控量測， 最大地表下沉值19mm， 最大拱頂下沉值23mm， 最大水平周邊收斂值12mm，量測結(jié)果滿足設(shè)計規(guī)范要求，圍巖和初支變形已穩(wěn)定，施工中未發(fā)現(xiàn)初支開裂或滲漏水現(xiàn)象。

(3)工期得到了保證。通過地表加固注漿處理，提高了圍巖的自穩(wěn)能力，加快了隧道的掘進(jìn)速度，工作效率大大提高，縮短了淺埋段的施工工期。

5 結(jié)束語

梅花隧道淺埋暗挖段， 對粉砂巖殘積粘性土及碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖地表加固采用高壓注漿地表加固方法有效可行，第一次注漿可確保水泥漿液與孔壁有效粘結(jié)，防止塌孔，第二次劈裂注漿，利用較高的注漿壓力使水泥漿液有效擴(kuò)散，滿足設(shè)計要求的擴(kuò)散半徑，在隧道開挖輪廓線外加固形成受力拱， 使得隧道開挖過程中洞內(nèi)沒有發(fā)生塌方，初期支護(hù)和二次襯砌也沒有開裂，隧道的變形都在允許范圍內(nèi)，有效地保障隧道的施工安全。