何凱波

（湖南省醴婁高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概況

某隧道工程位于我國南部，在該項(xiàng)目中，隧道產(chǎn)生了明顯的裂縫，寬度達(dá)5mm，深度達(dá)4mm，對隧道運(yùn)營的穩(wěn)定性和安全性造成了負(fù)面影響，因此，施工時選擇采用灌漿加固法實(shí)施加固。

2 灌漿法加固原理

隧道施工時可能會遇到復(fù)雜性較高的地層環(huán)境。灌漿加固技術(shù)是利用外界作用的壓力，通過灌漿管道將與巖石結(jié)構(gòu)有融合性的漿液注進(jìn)地層結(jié)構(gòu)。由于漿液具有重力作用和流動作用等物理特征，因此會慢慢滲透和填充地層結(jié)構(gòu)，然后擠出巖石縫中具有不穩(wěn)定性的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括空氣和水等。在經(jīng)過一段時間靜置干燥后，原先地層組織中具有的松散組織和巖石會被漿液包裹，然后形成完整的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而增大了結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，并提升其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和防水性能。

灌漿法是先將水泥、砂、土或一些高分子化學(xué)溶液按照合適的比例混合，待混合完成后利用氣壓和水力在地基或建設(shè)工程的裂縫處或斷裂帶進(jìn)行灌漿，以此改善橋梁的化學(xué)或物理性能[1]。灌漿會在裂縫中形成漿柱，凝聚成整體，切實(shí)增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)定性和承載力，降低橋梁出現(xiàn)不均勻沉降的可能性。

3 灌漿法加固施工技術(shù)

3.1 鉆孔

（1）鉆孔方法。灌漿前必須做好鉆孔工作，為保證整體施工質(zhì)量，必須確保鉆進(jìn)和成孔順利開展。表層灌漿進(jìn)行鉆孔工作時可以選擇使用沖擊旋鉆、硬質(zhì)合金鉆頭的旋挖鉆機(jī)或沖擊鉆。使用沖擊鉆或沖擊旋鉆時，需要對清理裂縫和鉆孔加強(qiáng)操作。使用任何一種鉆進(jìn)工藝時都需要嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行施工。

鉆進(jìn)過程中需要認(rèn)真做好記錄工作，特別是一些重要信息和異常情況，主要包括巖層、掉鉆、塌孔、鉆速變化、回水變色、失水、涌水等。以試驗(yàn)區(qū)巖石的發(fā)育程度、裂縫以及滲透率為依據(jù)，需要在鉆進(jìn)過程中綜合考慮實(shí)際的送漿能力和巖性的變化情況，科學(xué)調(diào)整鉆壓和鉆進(jìn)長度，若巖體由硬到軟，需要合理降低泵容積，并提升轉(zhuǎn)速。若鉆速不下降，應(yīng)適當(dāng)加大壓力，堵塞巖心，再取出巖心；當(dāng)鉆孔遇到溶洞時，如果孔洞塌陷或下陷較快則鉆孔困難，可在鉆孔前進(jìn)行灌漿處理[2]。

（2）鉆孔的方向和孔直徑。鉆孔的方式、巖性和深度以及鉆孔類型都是決定鉆孔直徑類型的因素。一般情況下灌漿鉆孔直徑為5.9cm 和7.5cm，如果灌漿孔需要滿足特殊要求，則可以適當(dāng)增大。鉆孔方向的選擇需要保證單位深度的鉆孔能穿透最多的巖層，且鉆孔方向選擇垂直巖層或裂隙面。一般情況下，為方便施工，在地面灌漿時會和地面垂直，需要按照設(shè)計(jì)好的孔方向進(jìn)行鉆孔。若將孔設(shè)置成垂直孔，需要在垂直方向進(jìn)行鉆孔；若設(shè)計(jì)的鉆孔是斜孔，需要根據(jù)規(guī)定的方位角和傾角進(jìn)行鉆孔。

（3）鉆進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。灌漿孔位置與設(shè)計(jì)空間的坐標(biāo)偏差控制在10cm 以內(nèi)，相鄰兩個孔的底部最大偏差距離控制在孔距的1/2內(nèi)，孔斜度偏差值在50以內(nèi)，保證鉆深滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，并按照設(shè)計(jì)要求記錄實(shí)際孔位、孔深等內(nèi)容。

（4）鉆孔維護(hù)。暫停鉆孔施工時應(yīng)妥善保護(hù)孔眼，防止異物和污水進(jìn)入；鉆孔結(jié)束后沖洗鉆孔，這一流程是固定的，并且孔底厚度不能高于0.2m。

3.2 裂隙沖洗及壓水試驗(yàn)

（1）沖洗裂縫。所有的灌漿孔和注前測試孔參考的標(biāo)準(zhǔn)均為鉆孔結(jié)束后的鉆孔條件和鉆孔方式以及鉆孔深度，并考慮夾層風(fēng)化較強(qiáng)、巖體破碎、結(jié)構(gòu)較緊密或結(jié)構(gòu)面巖屑含量較高等復(fù)雜情況，通過綜合考慮，選用高壓風(fēng)水聯(lián)合沖洗、高壓風(fēng)或者壓力水洗的方式。灌漿的壓力需要控制在80%之內(nèi)才可以進(jìn)行壓力水沖洗，并不超過1MPa，沖洗到回水澄清后10min 即完成，總時間控制在0.5h 內(nèi)。在進(jìn)行風(fēng)水聯(lián)合沖洗鉆孔過程中，其壓力是灌漿壓力的一半，且不超過1MPa，首先將水管打開，再注入水，待水達(dá)到一定高度時，將氣管打開，通入壓縮空氣，促使孔內(nèi)的水和空氣充分混合；沖水10min 后待回水澄清結(jié)束沖洗，所需總時間僅為30min。

（2）測試水壓。首先清理鉆孔至干凈狀態(tài)，然后對其進(jìn)行水壓試驗(yàn)了解注入巖體的透水性。不需要在巖溶泥質(zhì)充填物和遇水易變質(zhì)的巖層開展灌漿加固過程中進(jìn)行水壓試驗(yàn)和裂隙沖洗。試驗(yàn)時具體通過簡易水壓試驗(yàn)法和標(biāo)準(zhǔn)五點(diǎn)水壓試驗(yàn)法進(jìn)行。測試孔數(shù)應(yīng)至少是總孔數(shù)的5%。通常使用自下而上的分段式插頭，試驗(yàn)長度控制在5.0～8.0m即可。

五點(diǎn)水壓法可分五級壓水，分0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa、0.6MPa、0.3MPa 五種壓力。入侵流量的穩(wěn)定性在各級別水壓下的標(biāo)準(zhǔn)是：在穩(wěn)定壓力的前提下，間隔3min 測量并讀取一個數(shù)據(jù)，如果連續(xù)四次讀取的數(shù)據(jù)最大值與最小值的差值在最終值的10%或處于1L/min的范圍內(nèi)，則可以中斷加壓水位。

3.3 制漿與漿液儲存

3.3.1 漿液的制備

可以選擇使用一次制漿或二次制漿的配置方案進(jìn)行現(xiàn)場灌漿。一次制漿時需要按照設(shè)計(jì)要求的漿液配合比進(jìn)行漿液制作；二次制漿是利用集中制漿站制作稠漿液，然后應(yīng)用管道輸送至灌漿區(qū)并稀釋到設(shè)計(jì)配比，最后進(jìn)行灌注。應(yīng)根據(jù)灌漿規(guī)模、灌漿區(qū)域的空間和孔數(shù)確定制漿方案[3]。

具體制漿過程中應(yīng)根據(jù)規(guī)定的漿液比來計(jì)算，控制誤差在5%以內(nèi)。水泥等固體物料按重量（質(zhì)量）稱重法計(jì)算。必須均勻攪拌漿液，測試漿液的密度，嚴(yán)格按照順序添加，首先將一定量的水加入高速攪拌機(jī)中，然后按照規(guī)定邊攪拌邊加入一定量的水泥，待攪拌均勻后倒入摻合料，一般需要在4min 內(nèi)完成加料，常用水泥漿液規(guī)范如下：

（1）利用高速攪拌機(jī)攪拌純水泥漿時，時間需超過30s，如使用普通攪拌機(jī)則必須超過3min。使用前必須篩選泥漿，從配置準(zhǔn)備到完成的時間不得超過4h。

（2）當(dāng)高速攪拌機(jī)對穩(wěn)定漿液和細(xì)水泥漿液進(jìn)行攪拌時，需要適當(dāng)添加減水劑。攪拌時間需要根據(jù)試驗(yàn)確定。應(yīng)特別注意，需要在2h 內(nèi)完成細(xì)水泥漿液的配置和使用。

集中制漿站配置時，將純水泥漿水灰比設(shè)置為0.5，且流速在輸送泥漿的管道中達(dá)1.4～2.0m/s。需要對每個灌漿地點(diǎn)從輸漿站或制漿站輸送來的漿液密度進(jìn)行測試，經(jīng)過合理調(diào)整再用于施工中。

3.3.2 漿液的儲存

漿料溫度必須保持在5～40℃。如果使用熱水?dāng)嚢?，水溫不得超過40℃。在不同季節(jié)，機(jī)械和管道必須做好防寒和防熱保護(hù)，選用合適的防凍和防曬方法。

3.4 灌漿方法

根據(jù)不同工程的要求和地質(zhì)，可以選擇孔口灌漿、全孔一次性灌漿、由下至上分段灌漿、由上至下分段灌漿或綜合灌漿的方式進(jìn)行隧道表面加固灌漿。

3.4.1 灌注方式的選擇

（1）沖壓式灌漿：即所有的漿液到達(dá)巖體裂隙時不再出現(xiàn)孔內(nèi)返回現(xiàn)象。這種方式比較適合滲透性小或淺孔中裂隙不發(fā)育的孔段中。

（2）循環(huán)灌漿：將一定量的漿液通過灌漿泵進(jìn)行輸送。當(dāng)出現(xiàn)巖石的吸入量低于泵的灌漿量時，會有一部分漿液返出孔外，還有一部分滲入土壤和巖石中。該方法適用于成孔難度高、孔壁松散或裂隙發(fā)育的孔段，射漿管距孔底的距離控制在50cm以內(nèi)。

3.4.2 灌漿順序的選擇

結(jié)合施工環(huán)境、地質(zhì)情況和灌漿目的確定灌漿順序。通常以跳孔間隔灌漿的方式作業(yè)，從而避免發(fā)生串漿問題。如遇到一些特殊情況，例如存在地下動水流，流動的泥漿會有遷移效應(yīng)，所以要從水頭高的位置先進(jìn)行作業(yè)。會選用順序灌漿的方式進(jìn)行表面加固和灌漿，先外周、后內(nèi)周；如果在灌漿范圍外有邊界約束（阻礙漿液流動的障礙物），也可采用從內(nèi)側(cè)依次到外側(cè)的灌漿法。

3.4.3 注漿段長度的選擇

灌漿段的長度通常在5～6m，如有特別情況可合理增長或縮短，最長需控制在10m 以內(nèi)。隧道面固結(jié)時，如灌漿段長度在6m內(nèi)應(yīng)使用單次法；超過6m則使用分段灌漿法。如果應(yīng)用底部分段灌漿法，在灌漿長度超過10m時需要采取有效的補(bǔ)救措施；如果使用的方式是由上而下的分段灌漿，可以選擇適當(dāng)增加灌漿長度。

3.5 灌漿壓力及漿液配合比變換

3.5.1 灌漿過程壓力調(diào)整

灌漿壓力根據(jù)工程類比和地質(zhì)條件相結(jié)合。如果施工現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，則應(yīng)先開展試驗(yàn)論證，從而得到較為合理的施工參數(shù)，再在具體施工時合理調(diào)整。施工時，前期灌漿壓力控制在0.5～1MPa 為宜，后期可稍微加大，具體為1.0～2.5MPa，但要控制在2.5MPa 以內(nèi)。施工中注重科學(xué)調(diào)整灌漿壓力和灌漿率，以此保證灌漿質(zhì)量。兩者的匹配原則為：

（1）當(dāng)局部層有大量灌漿，即灌漿量較大時，應(yīng)及時調(diào)整灌漿水灰比，一般采用低壓或“無壓”灌漿。

（2）當(dāng)?shù)貙庸酀{量少、注入量低時，應(yīng)盡快將壓力提高到最大，并及時調(diào)整水灰比。灌漿時，如果是灌漿率低的地層，應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力，如果是灌漿量大、易抬動的地層，則分階段慢慢增加壓力，還要控制好升壓速度。具體可根據(jù)以下規(guī)則執(zhí)行：①灌漿開始時，若灌漿量較大則采用最低級壓力；②需要在灌漿速率降至20L/min 時，增加一級的壓力；③如果注射速度降至10L/min 時，再增加一級的壓力；④按該方式持續(xù)進(jìn)行，一直達(dá)到規(guī)定壓力灌漿降低至最終標(biāo)準(zhǔn)，則結(jié)束作業(yè)。

3.5.2 灌漿過程漿液配合比變換

（1）當(dāng)灌漿壓力保持穩(wěn)定且灌漿量一直下降時，或出現(xiàn)壓力處于上升狀態(tài)時灌漿量穩(wěn)定，水灰比沒有變化。

（2）如果某級注入的漿液量高于300L或使用30min的灌漿時間，而且灌漿的壓力和速度不進(jìn)行及時調(diào)整或不調(diào)整時，需要調(diào)整成為下一級的漿液濃度。

（3）如果進(jìn)漿的速度大于30L/min，可以按照實(shí)際情況進(jìn)行越級變濃。

3.5.3 灌漿過程突發(fā)情況處理

（1）施工時如果灌漿壓力或灌漿量突然提升或下降，需要盡快分析原因并采取措施[4]。

（2）如果發(fā)現(xiàn)漿液與設(shè)計(jì)指標(biāo)不同，應(yīng)立即確定問題的原因，并處理。

（3）施工中若需要將單液換成雙液，應(yīng)將間隔時間控制在10min 之內(nèi)，按照配合比，初凝時間必須大于間歇時間，不然有可能出現(xiàn)堵管情況。

3.6 灌漿結(jié)束及封孔

（1）灌漿終點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。終止灌漿的前提條件是孔的最終灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，并且最后一次灌漿壓力的總量接近設(shè)計(jì)值。如果出現(xiàn)本灌漿最大的設(shè)計(jì)壓力時就是完整的隧道固結(jié)標(biāo)準(zhǔn)，若容積不超過1L/min 時進(jìn)行灌漿，需要持續(xù)30min完成灌漿。

（2）灌漿完畢后封孔。應(yīng)封閉地面固結(jié)的灌漿孔，鉆體采用全孔封堵程序或管道防塵密封程序，并用砂漿和水泥覆蓋該孔[5]。采用全孔灌漿-封孔法時，待全孔灌漿結(jié)束后，先將濃漿注入管道，水灰比為0.5∶1，將剩余的漿置換入孔內(nèi)。在孔開口處繼續(xù)使用該濃漿密封孔。封堵灌漿壓力采用孔內(nèi)最大灌漿壓力，時間不少于1h；采用管道灌漿法時，全孔灌漿結(jié)束后應(yīng)將管道（軟管、鐵管、鉆桿）下放到鉆孔底部，水灰比為0.5∶1，用灌漿泵將濃漿泵入管內(nèi)。

3.7 灌漿后質(zhì)量檢測

為保證工程整體質(zhì)量，應(yīng)注重施工過程質(zhì)量控制和施工結(jié)束后的檢驗(yàn)工作。按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求實(shí)際情況確定檢驗(yàn)內(nèi)容、方法和合格標(biāo)準(zhǔn)。選用聲波測試和孔壓水試驗(yàn)進(jìn)行隧道表面灌漿檢查，并且直觀觀測結(jié)石強(qiáng)度和水泥結(jié)石率，選用試驗(yàn)結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及施工記錄相結(jié)合進(jìn)行分析和綜合評價。灌漿完成后3d 或8d 需要在該部位進(jìn)行水壓試驗(yàn)，采用鉆孔巖芯、檢查豎井等方法目視檢查灌漿后巖體的充填情況。一般在灌漿孔全部完成后等待凝凍14d（見表1）。

表1 注漿效果檢測技術(shù)方法

4 結(jié)語

實(shí)施定期灌漿養(yǎng)護(hù)能夠防止工程出現(xiàn)質(zhì)量問題，節(jié)約整體建設(shè)成本，并延長工程使用時間。本文結(jié)合某工程，探討了路橋隧道工程中經(jīng)常出現(xiàn)的裂縫問題和處治技術(shù)。為徹底解決裂縫病害問題，除了在施工前期保證材料和工程質(zhì)量外，后期做好維護(hù)保養(yǎng)工作也非常關(guān)鍵。