李軍、湯宇、彭學(xué)軍、凌濤

（1.中鐵五局集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng)550003；2.中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410117）

0 引言

注漿在工礦企業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，隧道施工遇到破碎帶、導(dǎo)水帶等地質(zhì)不良體時(shí)，通過注漿可提高圍巖穩(wěn)定性、承載能力并封堵潛在的導(dǎo)水裂隙，從而為隧道施工安全創(chuàng)造良好條件。然而受到隧道施工現(xiàn)場(chǎng)空間狹小、注漿設(shè)備靈活度差等因素影響，注漿現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中面臨耗時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)人員排斥以及注漿效果不明顯等問題。因此，在隧道施工遇到不良地質(zhì)段時(shí)選擇合理的注漿工藝，對(duì)提高隧道施工安全系數(shù)、減少注漿耗時(shí)以及提高隧道施工效率等均有顯著的促進(jìn)作用。文中以西南地區(qū)某隧道施工為工程實(shí)例，對(duì)超前注漿在不良地質(zhì)段應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 隧道施工區(qū)域概況

西南地區(qū)某隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為6590m，為雙線隧道，根據(jù)前期勘察資料顯示，隧道施工沿線IV 及V 級(jí)圍巖占隧道長(zhǎng)度的88.5%，隧道施工區(qū)域最大埋深達(dá)到590m，不良地質(zhì)多。

隧道施工通過多條區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，在地質(zhì)構(gòu)造影響范圍內(nèi)巖體內(nèi)裂隙發(fā)育、較為破碎，承載能力及自身穩(wěn)定性較差。預(yù)計(jì)隧道施工至3505m 位置時(shí)，會(huì)遇到段莊斷層，該斷層有一定導(dǎo)水性同時(shí)斷層破碎帶內(nèi)破碎，隧道施工至段莊斷層破碎帶時(shí)面臨較大的塌方、突水等風(fēng)險(xiǎn)，給隧道施工安全帶來(lái)影響并增加施工工期。

2 超前注漿工藝優(yōu)選

現(xiàn)階段礦井常用的注漿工藝有帷幕注漿、套管注漿等。帷幕注漿需要施工止?jié){墻，耗時(shí)長(zhǎng)且工藝繁雜；套管注漿需要先施工套管后下放注漿管，受到鉆孔孔壁不規(guī)則、封孔質(zhì)量不佳等因素影響，鉆孔注漿時(shí)面臨注漿壓力偏小、容易漏漿、注漿效果差以及注漿耗時(shí)長(zhǎng)等問題。為了實(shí)現(xiàn)隧道高效注漿，需采取一種注漿工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、注漿效果較好的注漿技術(shù)。膜袋法注漿是通過內(nèi)側(cè)膜袋注漿管向鉆孔內(nèi)壓入注漿漿液，可實(shí)現(xiàn)鉆孔分段以及全程注漿。從安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及工期等方面對(duì)比現(xiàn)階段常用注漿工藝[1]，具體比對(duì)結(jié)果如表1所示。

表1 不同注漿工藝對(duì)比結(jié)果

從表1 可看出，膜袋注漿具有注漿效率高、工藝簡(jiǎn)單以及注漿效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，為此，文中優(yōu)選使用膜袋注漿工藝對(duì)隧道進(jìn)行超前注漿。

3 現(xiàn)場(chǎng)膜袋注漿方案

3.1 膜袋注漿設(shè)計(jì)

膜袋注漿主要工序包括有布孔、鉆孔鉆進(jìn)以及孔內(nèi)注漿設(shè)備安裝等。鉆孔沿著隧道掘進(jìn)外輪廓線布置，鉆孔間距均為500mm，孔深統(tǒng)一為15m，均有3°外插角。為便于后續(xù)膜袋注漿設(shè)備安裝，施工的注漿鉆孔孔徑均為89mm，鉆孔施工完畢并檢驗(yàn)合格后即可下放膜袋注漿裝置[2]。具體在隧道施工的膜袋注漿鉆孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 膜袋注漿鉆孔結(jié)構(gòu)

膜袋注漿相較于帷幕注漿、套管注漿流程更為簡(jiǎn)單，主要工藝包括膜袋制作、鉆孔鉆進(jìn)、下放注漿管、膜袋注漿、注漿管注漿等?，F(xiàn)場(chǎng)使用的膜袋具有較強(qiáng)的抗破斷、抗壓等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 注漿參數(shù)

3.2.1 注漿材料及設(shè)備

注漿漿液為水泥單液漿，材料主要為P.O42.5 普通硅酸鹽水泥、水按照1∶1 配比制作。采用雙筒攪拌機(jī)攪拌均勻后，用3SNS 注漿泵連接注漿軟管向注漿孔內(nèi)泵送水泥漿液。

3.2.2 注漿方式

注漿按照鉆孔成孔順序依次進(jìn)行，注漿時(shí)首先往膜袋內(nèi)注漿，當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.5MPa 后停止注漿并待膜袋內(nèi)漿液凝結(jié)后，開始向注漿管內(nèi)注入水泥漿，注漿壓力設(shè)計(jì)為3.5MPa。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以注漿壓力為主并輔助注漿流量，當(dāng)注漿壓力達(dá)到3.5MPa 后保壓5min，期間鉆孔注入流量在20～30L/min 以內(nèi)時(shí)則停止注漿；當(dāng)注漿鉆孔有水涌出時(shí)，則將注漿壓力值設(shè)定為水壓加1.5MPa，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)水裂隙封堵。在注漿過程中若出現(xiàn)注漿量較大且長(zhǎng)時(shí)間不升壓情況時(shí)，可能注漿鉆孔揭露大裂隙或者溶洞，此時(shí)應(yīng)暫停注漿同時(shí)查明前方地質(zhì)情況，并可在注漿漿液中添加一定量速凝劑，縮短漿液膠結(jié)時(shí)間[3]。

4 超前注漿加固效果分析

在隧道施工至3505m 時(shí)，采用膜袋注漿法對(duì)段莊斷層破碎帶以及導(dǎo)水裂隙等進(jìn)行加固及封堵，現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)布置4 個(gè)注漿循環(huán)，單個(gè)循環(huán)注漿深度均為15m，兩注漿循環(huán)間均有3m 重疊區(qū)。注漿后從注漿圍巖控制及導(dǎo)水裂隙封堵情況、注漿工期以及注漿成本等方面分析注漿效果[4]。

4.1 圍巖控制及導(dǎo)水裂隙封堵情況

待隧道掌子面采用膜袋注漿后，在掌子面施工檢查鉆孔并使用鉆孔窺視儀分析檢測(cè)鉆孔成孔、孔壁裂隙漿液充填情況。檢測(cè)鉆孔施工期間，未出現(xiàn)涌出以及鉆孔塌孔等情況，且鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)鉆孔孔壁裂隙被注漿漿液充填且孔壁較為完整，具體窺視結(jié)果如圖2所示，表明注漿后掌子面前方巖體穩(wěn)定性得以明顯提升。

圖2 檢驗(yàn)鉆孔窺視圖

隧道開挖至注漿加固區(qū)域后，發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶內(nèi)裂隙被注漿漿液膠結(jié)，巖體自穩(wěn)能力較強(qiáng)且堵水效果較好，開挖期間隧道頂板基本不出現(xiàn)淋水情況[5]。

4.2 注漿工期評(píng)價(jià)

在隧道掌子面單個(gè)注漿循環(huán)注漿加固長(zhǎng)度為15m，若采用傳統(tǒng)的注漿工藝則鉆孔施工、注漿等耗時(shí)一般在7d 左右，而現(xiàn)場(chǎng)采用膜袋注漿法時(shí)注漿耗時(shí)控制在4d 以內(nèi)，單個(gè)注漿循環(huán)縮短3d 注漿工藝；膜袋注漿施工工期較傳統(tǒng)的注漿方式縮短約42.9%。

4.3 注漿成本評(píng)價(jià)

采用膜袋注漿時(shí)注漿管為φ42mm、長(zhǎng)15m 中空花管，鉆孔施工、注漿等需要8 名作業(yè)工人，注漿人工費(fèi)用為200 元/d，注漿泵及鉆機(jī)使用費(fèi)分別為100 元/d、400 元/d，由于注漿時(shí)間縮短使單個(gè)注漿循環(huán)節(jié)省的人力及設(shè)備成本約為：（200×8+100+400）×3=6300 元。同時(shí)，膜袋注漿單個(gè)注漿循環(huán)節(jié)省的材料費(fèi)用約690元。經(jīng)過綜合分析，三個(gè)注漿循環(huán)即可直接節(jié)省注漿成本費(fèi)用約20970 元。

5 結(jié)語(yǔ)

不良地質(zhì)段巖體破碎、自穩(wěn)能力較差且往往具有導(dǎo)水性，隧道施工至此區(qū)域時(shí)面臨較大的塌方、突水風(fēng)險(xiǎn)，而注漿是提高圍巖強(qiáng)度以及封堵導(dǎo)水裂隙的主要途徑。文中在對(duì)比分析帷幕注漿、套管注漿、膜袋注漿基礎(chǔ)上，優(yōu)選采用膜袋注漿對(duì)隧道掘進(jìn)面臨的不良地質(zhì)段進(jìn)行加固。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)膜袋注漿方案并工程應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，膜袋注漿較以往的傳統(tǒng)注漿工藝在注漿耗時(shí)、成本以及注漿效果等方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，可為隧道安全快速通過不良地質(zhì)段創(chuàng)造良好條件。