王偉

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

1 工程概況

蓮花隧道沿線以低丘地形為主，高程5.47～73.92m，最大高差為68.45m，地形起伏較大。機(jī)動(dòng)車道與非機(jī)動(dòng)車道凈距約5.76～13.26m，為超小凈距隧道，機(jī)動(dòng)車隧道及非機(jī)動(dòng)車隧道的進(jìn)出口線路與地形等高線斜交，地質(zhì)勘查結(jié)果顯示現(xiàn)場(chǎng)的地形偏陡峭，同時(shí)有較為明顯的洞口偏壓現(xiàn)象，考慮到施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本要求，采用端墻式洞門。

2 超前預(yù)注漿施工技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 灌漿參數(shù)的設(shè)計(jì)

從施工現(xiàn)場(chǎng)的圍巖特性出發(fā)，結(jié)合《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 279—2016）的相關(guān)要求，有針對(duì)性地開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。灌漿壓力取內(nèi)水壓力的1～2倍，開(kāi)挖跨度為7.3m，超前預(yù)注漿圈厚度按7.7m 控制；考慮的是20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)水文資料，水位高程為15.8m，隧道底板高程為-50m，水力梯度為8.5；注漿施工材料選用的是普通水泥單液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿，兩類材料的具體配比情況如表1所示。

表1 漿液配比參數(shù)設(shè)計(jì)

超前預(yù)注漿施工中采用到短距離、長(zhǎng)距離兩種注漿方式，其中孤立斷層區(qū)域的施工選用短距離超前預(yù)注漿工藝，單循環(huán)注漿長(zhǎng)度為13.5m，隨著隧道開(kāi)挖進(jìn)程的推進(jìn)，開(kāi)挖量達(dá)到10m 后預(yù)留下一循環(huán)止?jié){巖盤（3.5m），鉆孔總量為22 個(gè)。江底斷層帶約50m 范圍內(nèi)則選用長(zhǎng)距離超前預(yù)注漿工藝，單循環(huán)注漿長(zhǎng)度增加至30m，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的開(kāi)挖后，開(kāi)挖量達(dá)到24m 時(shí)預(yù)留下一循環(huán)止?jié){巖盤（6m），鉆孔總量共88個(gè)。

2.2 注漿施工方案

本洞段的地下水發(fā)育較好，5 個(gè)鉆孔的實(shí)際情況揭示其含有多個(gè)出水點(diǎn)，水量65L/min，實(shí)測(cè)穩(wěn)定水壓力0.51MPa。根據(jù)掌握的現(xiàn)場(chǎng)水文信息，經(jīng)過(guò)分析后決定采用超前預(yù)注漿的工藝處理，擬布置一環(huán)超前預(yù)注漿孔，孔深17m，共24 個(gè)，孔底與開(kāi)挖邊線保持3m 的間隔。

2.3 超前預(yù)注漿施工技術(shù)的具體要點(diǎn)

2.3.1 孔口管的選材及布置

孔口管選用長(zhǎng)度為3m、壁厚5mm 的φ120mm 無(wú)縫鋼管，將其安裝在止?jié){墻內(nèi)，外露量30～40cm。以焊接的方法在管上安裝注漿施工所需的配件，包含排水閥門、關(guān)閉閥門、法蘭盤，并在法蘭盤間墊入橡膠墊片，起到密封的作用。

2.3.2 鉆孔、注漿

鉆孔時(shí)由專員操作，保證鉆頭與孔口管對(duì)齊；加強(qiáng)檢測(cè)，根據(jù)孔偏角的實(shí)際情況靈活調(diào)整鉆機(jī)角度；開(kāi)孔時(shí)遵循輕加壓、勻速的基本原則，并逐一對(duì)孔進(jìn)行編號(hào)，加強(qiáng)對(duì)巖石裂隙發(fā)育情況、涌水情況等方面的觀察與記錄[1]。鉆孔時(shí)重點(diǎn)關(guān)注單孔出水量，若該值超過(guò)30L/min 時(shí)不具備繼續(xù)鉆進(jìn)的條件，需要停止鉆進(jìn)，安排注漿。

注漿施工階段，先將孔口管安裝到位，然后鉆孔，下放合適規(guī)格的栓塞，經(jīng)過(guò)全面的清洗后消除孔內(nèi)的雜物，組織壓水試驗(yàn)，若實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到要求方可灌漿。鉆孔達(dá)到3m 時(shí)開(kāi)始注漿，經(jīng)過(guò)注漿施工后，若現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異常狀況則再次鉆進(jìn)，按照此方法有序推進(jìn)施工進(jìn)程，直至終孔為止。注漿后鉆2～3個(gè)檢查孔，根據(jù)實(shí)際情況判斷注漿效果。合理把控注漿順序，優(yōu)先對(duì)臨近隧道拱頂?shù)牟课蛔鲢@孔、注漿處理，再轉(zhuǎn)向隧道兩側(cè)、底板。此外，注漿施工總體上需遵循先外圈后內(nèi)圈、先上后下的基本順序。

2.3.3 注漿工藝

對(duì)整個(gè)注漿工藝來(lái)說(shuō)，注漿壓力值的控制至關(guān)重要，將直接影響最終注漿質(zhì)量，施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力能夠有效避免壓力值超出設(shè)計(jì)上限。控制注漿速率有助于控制最終的注入量，即當(dāng)漿液將要溢出時(shí)能夠及時(shí)終止注漿?？紤]到不同項(xiàng)目所使用的注漿材料有所不同，因此在注漿之前可以使用注漿強(qiáng)度值法計(jì)算出對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度大小。此外，項(xiàng)目的最大注漿體積可通過(guò)如下方式計(jì)算得出，即將管路體積、漿液穿透半徑之內(nèi)的空洞體積以及因可壓縮性而產(chǎn)生的體積等相加，即可得到最終數(shù)值。

注漿過(guò)程中同步開(kāi)展統(tǒng)計(jì)分析有助于注漿工作的有序開(kāi)展，同時(shí)還有助于保障最終的注漿質(zhì)量。壓力敏感注入能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)壓力分析，能夠精準(zhǔn)計(jì)算出漿閥關(guān)閉與注漿孔封閉時(shí)，壓力與時(shí)間之間的關(guān)系。施工過(guò)程中需如實(shí)記錄關(guān)閉后2～6min 內(nèi)壓力值的下降情況，將其作為乘積因子，以用作估算最適宜的注漿強(qiáng)度大小；待注漿進(jìn)行至15min 后，可再次重復(fù)此關(guān)閉流程，以便觀察漿液擴(kuò)散的變化情況?；诖?，項(xiàng)目單位可以分析出巖體飽和強(qiáng)度，進(jìn)而得出最終的注漿質(zhì)量。

整個(gè)注漿施工中，壓力與注入量的波動(dòng)通常呈三個(gè)階段的變化：起初，壓力數(shù)值偏低、注漿量變大，隨著施工的推進(jìn)，壓力值與注入量的變化幅度將變小，總體呈平穩(wěn)趨勢(shì)；待注漿到達(dá)壓密注滿階段，壓力值將迅速提升，而注入量的增速則越來(lái)越慢，逐漸趨于平穩(wěn)。

當(dāng)注漿壓力達(dá)到一定水平后，即便迅速增加注漿量，壓力值大小也不發(fā)生變化，此時(shí)該數(shù)值便可作為臨界壓力。而這一參數(shù)往往會(huì)受到巖石本身的剪切強(qiáng)度以及變形情況的影響。而注漿量增加則是因?yàn)橄惹白⑷氲臐{液出現(xiàn)裂縫、變形。若項(xiàng)目注漿的目的僅僅是為了堵水，則無(wú)需到達(dá)臨界壓力數(shù)值；但若是項(xiàng)目處于地形復(fù)雜的環(huán)境中，此時(shí)注漿的目的則是為了加固圍巖、緩解松動(dòng)，此時(shí)則需要確保注漿超過(guò)臨界壓力。通常情況下，若無(wú)需達(dá)到臨界壓力，那么最終的注漿量只需超過(guò)設(shè)計(jì)值的75%即可；但若項(xiàng)目處于斷層地帶，那么注漿必須超過(guò)臨界壓力，此時(shí)注漿量應(yīng)超過(guò)臨界壓力值的50%。綜上所述，具體注漿方法應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目所處地質(zhì)條件、涌水狀況來(lái)決定。為了確保最終注漿效果滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還需為其配備專業(yè)的注漿泵。若沒(méi)有考慮到地質(zhì)條件特征，選擇了錯(cuò)誤的注漿方法，那么極易引起注漿量不足等問(wèn)題，即便注漿也無(wú)法起到阻水的效果，反倒會(huì)使積水殘留在周邊土層中，長(zhǎng)期下來(lái)必將影響土層條件；但若灌注的漿液過(guò)多，則將導(dǎo)致裂隙阻塞漿液的滲透，因此為了提升注漿質(zhì)量過(guò)多注漿也是沒(méi)有必要的。此外，漿液的黏度、初凝強(qiáng)度等參數(shù)同樣會(huì)影響注漿的臨界壓力。

項(xiàng)目注漿時(shí)需使用如下設(shè)備儀器：專門調(diào)制漿液的設(shè)施、注漿設(shè)施以及監(jiān)測(cè)設(shè)施。施工之前必須使用專門的設(shè)備預(yù)制漿液，若項(xiàng)目所需施工范圍較大，則需將制漿設(shè)備安設(shè)在中心區(qū)域，并借助軟管將其與各個(gè)鉆孔連接起來(lái)。通常情況下，軟管的長(zhǎng)度最長(zhǎng)需控制在1km以內(nèi)；如果漿液較為黏稠，則需設(shè)置多個(gè)中續(xù)站。

漿液預(yù)制完成后，必須將其妥善保存，確保其品質(zhì)不受濕度、溫度等外界因素的影響。通常，漿液中的液體成分可按體積稱量，而固體成分則需按照質(zhì)量稱量。若施工人員借助自動(dòng)化設(shè)備，即可直接借助設(shè)備控制板來(lái)自動(dòng)稱量漿液，依照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其誤差最大不得超過(guò)5%。此外，還需定期檢測(cè)設(shè)備功能、測(cè)量精度是否達(dá)標(biāo)。配制過(guò)程中，若需要加水，則需借助水表、量水箱等設(shè)備確定具體的加水量；而若是使用罐裝材料，則需要借助電子控制配料設(shè)備進(jìn)行稱量計(jì)算，該設(shè)備能夠同時(shí)容納不同成分，且計(jì)算精度高，誤差較小。

2.4 注漿效果分析

2.4.1 分析法

分析法的基本思路在于全面收集注漿孔的參數(shù)信息，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析，從定性和定量的角度評(píng)價(jià)注漿效果。分析法的優(yōu)勢(shì)在于評(píng)價(jià)效率高，結(jié)果可反映真實(shí)情況。在應(yīng)用分析法時(shí)需全面收集注漿孔參數(shù)信息，在此基礎(chǔ)上繪制P-Q-t 曲線（注漿壓力-注漿流量-注漿時(shí)間曲線），如圖1所示。根據(jù)注漿過(guò)程的變化情況得知，注漿初期的壓力為0.3～0.5MPa，注漿流量30～45L/min，在后續(xù)的注漿施工中注漿壓力有增加的情況，注漿速度則減小。實(shí)際注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的注漿壓力為1MPa（終壓），注漿流量10～15L/min。

圖1 P-Q-t曲線

通過(guò)與注漿初期作業(yè)參數(shù)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，注漿過(guò)程中呈現(xiàn)出注漿時(shí)間增加、注漿壓力緩慢升高、注漿流量緩慢減小的變化特點(diǎn)，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓后，由于地層基本不再吸收漿液，注漿速度在短時(shí)間內(nèi)大幅度下降，最終達(dá)到飽滿的狀態(tài)。

2.4.2 鉆孔檢查方法

注漿結(jié)束后，分別在拱頂、左右邊墻及底部打設(shè)檢查孔，共5 個(gè)（其中拱頂處2 個(gè)，其他部分均為1個(gè)），孔徑110mm，長(zhǎng)度27m，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示孔的出水量平均值為0.1～0.15L/min，壓水檢查結(jié)果顯示吸水率為1.5L/min，壓力在1MPa 以內(nèi)，芯樣抗壓強(qiáng)度為3.2MPa，巖體的RQD 指標(biāo)（Rock Quality Designation，巖石質(zhì)量指標(biāo)）為75～80。

從繪制的P-Q-t 曲線得知，注漿初期的壓力為0.3MPa，注漿流量為17L/min；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的注漿后，注漿壓力均無(wú)明顯的變化，此階段注漿的基本作用在于補(bǔ)充注漿、劈裂強(qiáng)化注漿效果；約6min 后，注漿壓力呈現(xiàn)出大幅增加，約23min 達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓，此時(shí)注漿流量大幅度下降；注漿壓力變化至1.2MPa 時(shí)，注漿流量基本不再變化，地層幾乎不吸漿，表明檢查孔達(dá)到飽和密實(shí)的狀態(tài)，圍巖的加固效果良好。經(jīng)過(guò)注漿施工后，制備適量的M10 水泥砂漿，利用此材料封堵預(yù)先設(shè)置的各處檢查孔。

2.4.3 注漿施工中異常情況的處理

注漿時(shí)可能存在突發(fā)狀況，此時(shí)需要及時(shí)做出響應(yīng)，根據(jù)實(shí)際情況采取有效的應(yīng)對(duì)措施。遇到突泥的情況時(shí)，需暫停鉆進(jìn)施工，以注漿的方法處理。若地層的吸漿量偏大，實(shí)際注漿壓力難以上升，此時(shí)可靈活調(diào)整漿液的配合比，在不影響漿液性能的前提下縮短凝膠時(shí)間。注漿壓力異常升高時(shí)暫停注漿，開(kāi)啟泄?jié){閥泄壓，分析具體的原因，妥善處理。若注漿時(shí)有串漿現(xiàn)象，應(yīng)關(guān)閉串漿孔，在原有基礎(chǔ)上加大鉆孔與注漿孔的間隔。若注漿時(shí)有跑漿、漏漿的情況，采用間歇注漿法處理。注漿全流程中管路均要保持暢通、嚴(yán)密，否則也會(huì)出現(xiàn)注漿異常狀況。

3 注漿注意事項(xiàng)、問(wèn)題及其對(duì)策

3.1 注漿注意事項(xiàng)

（1）以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)嚴(yán)格控制注漿孔的方向和深度。

（2）選擇合適的孔口管安裝到位，保證位置的準(zhǔn)確性以及孔口管自身的穩(wěn)定性[2]。

（3）值班工程師加強(qiáng)質(zhì)量控制，詳細(xì)匯總鉆孔揭示的地質(zhì)信息，將其反饋給設(shè)計(jì)方，以便設(shè)計(jì)人員及時(shí)掌握實(shí)際施工情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活調(diào)整施工方案。

（4）現(xiàn)場(chǎng)施工人員需要與值班工程師保持密切的溝通，根據(jù)要求配制漿液，控制漿液的凝膠時(shí)間，以免對(duì)注漿施工效果造成影響。

（5）注漿施工中，若存在堵管現(xiàn)象需及時(shí)開(kāi)啟孔口泄?jié){閥、關(guān)閉進(jìn)漿閥，深入現(xiàn)場(chǎng)分析情況，查明原因后妥善處理。

（6）注漿量超過(guò)設(shè)計(jì)注漿值，但此時(shí)實(shí)際注漿壓力仍偏低時(shí)需要適當(dāng)減小水灰比，采取此方法來(lái)保證終壓的合理性。

（7）注漿結(jié)束后及時(shí)以注清水的方法清洗管路，避免漿液凝固在管路內(nèi)。

3.2 問(wèn)題及對(duì)策

（1）漿液注入難度較大，難以進(jìn)入地層。地層較為密實(shí)時(shí)，若采用的是普通水泥，則只能達(dá)到劈裂填充和擠密土體的效果，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻擴(kuò)散，即此時(shí)產(chǎn)生的固結(jié)體缺乏連續(xù)性與完整性。為此，可綜合應(yīng)用多種漿液，達(dá)到堵水、加固多重效果。除此之外，靈活調(diào)整注漿過(guò)程中的注漿壓力和注漿速度，以便將漿液充分注入待加固的區(qū)域[3]。

（2）掌子面串漿、漏漿。注漿壓力較大時(shí)，掌子面可能會(huì)出現(xiàn)串漏漿現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)地面和拱頂漏漿的問(wèn)題。為此，可采用注入雙液漿的方法解決。實(shí)際施工中，在孔口部位接入2根暢通、嚴(yán)密性較好的注漿管，作為注漿施工裝置，首先向串漿部位注入水泥漿，待該處返出漿液后進(jìn)一步注入水玻璃。經(jīng)過(guò)多重注漿處理后有效解決堵管問(wèn)題，同時(shí)漿液將全方位填充在裂隙內(nèi)，因此可規(guī)避漿液堆積（局部由于堵塞而阻礙漿液的正常流動(dòng)，從而堆積）。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在軟弱地層超小凈距隧道施工中，圍巖的穩(wěn)定性必須得到保證，其是隧道有序施工以及順利貫通的重要保障，其中超前預(yù)注漿是重要的手段，依托于注漿的方法，用漿液填充圍巖裂隙，阻止水的流動(dòng)、加固圍巖，創(chuàng)設(shè)安全的隧道施工環(huán)境。在應(yīng)用超前預(yù)注漿施工技術(shù)時(shí)，工程人員應(yīng)注重對(duì)方案的設(shè)計(jì)以及各項(xiàng)參數(shù)的控制，并在施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)每道工序的檢驗(yàn)，在各崗位員工共同努力下，保證超前預(yù)注漿施工效果。