水泥注漿在隧道坍方處理中的應用
【摘要】文章以新建黃織鐵路打括隧道施工為實例，具體介紹了注漿在隧道坍方施工中的應用，從而有效地保證隧道坍方處理施工安全。
【關鍵詞】隧道坍方；注漿技術；坍方體
水泥注漿技術具有施工方法簡單、方便、快速、有效等特點，同時具有凝膠時間可以調節、能控制漿液的擴散范圍、固結強度高、結石率可達100%等優點。因此，在淺埋、軟弱圍巖隧道施工及隧道坍方處理中被廣泛應用。
一、工程概況
打括隧道位于新建黃織鐵路畢節地區織金縣境內，其進口里程為D1K44+845，中心里程為D1K45+847.5，出口里程為D1K46+850，全長2005m。進口D1K44+845～D1K45+693段848m屬于淺埋、軟弱圍巖隧道，隧道埋深為5m～30m，為單線電氣化鐵路。
二、隧道坍方原因
打括隧道進口端D1K44+925～D1K44+968段地表為洼地，隧道覆蓋層薄，孔頂至地表為15m，隧道開挖過程中連降大雨，隧道內淌水嚴重，使該段隧道覆蓋土層已滲透軟化，自穩能力差。造成打括隧道D1K44+925～D1K44+968段發生冒頂坍方，長度43m。隧道坍方體為黃色的軟、流塑狀粘土、粉粘土，局部夾雜少量粗細角礫，天然含水量較大。軟、流塑粘土有以下幾個特性：（1）以粘粒和粉粒為主，細而膩，結構基本為絮團狀，孔隙大，壓縮性大，強度底；（2）粘粒周圍結合水膜及水中化學成分，產生了顆粒間的膠結作用，使流塑粘土呈膠體狀，表面有一保護膜，水中浸泡不易分散；（3）具有觸變性，在邊攪拌邊振動或拍打能變成稀泥狀，但靜置后則重新呈現凝膠狀。
三、注漿在隧道坍方處理中的應用
考慮到坍方體具有強度低，靈敏度高，易產生蠕動現象，開挖后自穩能力差，地面沉降難以控制，嚴重時洞內可能再次發生坍方，擴大坍方長度，導致隧道施工困難加劇。為避免坍方加劇，打括隧道D1K44+925～+968坍方段處理施工中采用地面注漿、隧道內工作面注漿、隧道周邊淺孔注漿等三種注漿方式相結合的施工方法，以保證坍方處理施工安全。
（一）地表注漿
在地表坍方周邊插入注漿導管，間距1m，梅花形布置，注漿導管采用φ42無縫鋼管制成，長3.5m，管壁每隔20cm交錯鉆眼，眼孔直徑6～8mm，根部留1.5m不鉆眼做為止漿段。按預定的水灰比及注漿壓力開始注漿，注漿過程中，觀察斷面是否有漿液滲出，若隧道內坍方處自上往下有漿液滲出，則維持注漿壓力30s后停止注漿；若隧道內坍方處沒有漿液滲出，注漿壓力達到0.8Mpa后停止注漿。注漿固結地表土體，防止地表水流入隧道內加大坍方面積，增加工作面施工難度。
（二）隧道內工作面注漿
隧道內采用兩環大管棚注漿及Ⅰ18工字架加強支護通過。在D1K44+920處施做第一環大管棚導向墻，第二環大管棚導向墻設置于D1K44+942處，導向墻厚1.0m，長1.0m。大管棚水平鉆孔開孔φ102 mm，選用φ89熱軋鋼管，壁厚8mm，每環每根長度為25m。第一環大管棚外插角為6°，第二環大管棚外插角為2～3°，環向間距40cm，每環27根。大管棚內注入水泥凈漿，凈漿水灰比1：1，注漿壓力：初壓為0.5～1Mpa,終壓為2Mpa,注漿壓力以控制水泥凈漿不冒出地表為原則。注漿結束后用C10水泥砂漿充填管棚鋼管，增強鋼管的強度和剛度。大管棚注漿時先注無水孔，后注有水孔。在無水地段可從拱腳起順序注漿。注漿速度根據注漿孔出水量大小而定，一般從快到慢。注漿結束時將閘閥關閉，卸下進漿管，進入下一循環。
（三）隧道周邊淺孔注漿
為防止大管棚外插板圍巖掉塊，D1K44+925～+968段拱部設置φ42注漿鋼花管（小導管），外插角45°，環向間距40cm，每根長度4m，每1.8m一環，每環26根。邊墻設置φ42注漿鋼花管注漿支護，小導管外插角45°，每環每側10根，每根長度為3.5m，每1.8m一環。同時，在施做完工字鋼架支護后，設置φ42徑向注漿鋼花管，徑向注漿鋼花管垂直于巖面，環向間距為1m，與工字鋼架焊接牢固。注漿鋼花管注漿前先噴混凝土封閉掌子面以防滲漏，對強行打入的鋼管進行沖清管內積物，然后再進行水泥水玻璃漿液注漿，注漿順序由下而上，漿液用攪拌桶攪拌。在施工前取現況土樣進行水玻璃漿液配比試驗，來指導現場注漿施工，要求水玻璃模數范圍為：2.8～3.3，濃度要求在40Be’以上。注漿壓力：初壓為0.1～0.3Mpa，終壓為0.5Mpa。注漿時，要時刻觀察壓力和流量變化，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，注漿壓力達到0.5Mpa后要穩定3min即可停止注漿用棉紗塞緊孔口轉入下孔注漿。
隨著注漿的連續進行，注漿壓力和進漿量增加，而土層吃漿量和進漿速度逐漸減小，土體內孔隙趨向填滿。由于漿液對周圍的土層連續擾動、壓縮，使土顆粒移動，重新排列，漿液中的水泥顆粒慢慢吸收周邊土的水份，有利于土體的脫水排氣，利于復合圍巖的形成，并通過張性層理劈裂壓入漿材并凝固成脈，迫使土體向上地層傳遞壓力并以輻射狀局隆起重新分布，經過壓縮、脫水，稀泥狀粘土已變成土中，抗壓強度提高，承受隧道周邊部分圍巖壓力，不僅起到臨時防滲加固的作用，而且能作永久圍巖加固。
完成大管棚及注漿鋼花管注漿施工后，待注漿達到規定強度時，在管棚及超前小導管支護環的保護下按短臺階法開挖，上臺階超前下臺階6～10m，及時支護，襯砌緊跟。其工序為：開挖→初噴→掛網→架立工字鋼架→施作外插角45°及邊墻注漿鋼花管→復噴至設計厚度→進入下一循環開挖→及時施做二襯。
四、結語
實踐表明，注漿在隧道坍方處理中發揮了很好的作用，隧道內坍方體軟、流塑狀粉粘土在高壓力的漿液作用下，在土體壓裂區中，漿脈與粘土互層，并經過多次擠壓提高效率氧相互摻透，形成漿脈網絡，漿脈一方填充和擠密脫水固結為硬塑狀粘土，另一方面起著土體骨架作用，從而改變土體對外力的反應機制，使土體的變形受到約束，使圍巖的強度、穩定性、抗滲性均得到提高。
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【關鍵詞】隧道坍方；注漿技術；坍方體
水泥注漿技術具有施工方法簡單、方便、快速、有效等特點，同時具有凝膠時間可以調節、能控制漿液的擴散范圍、固結強度高、結石率可達100%等優點。因此，在淺埋、軟弱圍巖隧道施工及隧道坍方處理中被廣泛應用。
一、工程概況
打括隧道位于新建黃織鐵路畢節地區織金縣境內，其進口里程為D1K44+845，中心里程為D1K45+847.5，出口里程為D1K46+850，全長2005m。進口D1K44+845～D1K45+693段848m屬于淺埋、軟弱圍巖隧道，隧道埋深為5m～30m，為單線電氣化鐵路。
二、隧道坍方原因
打括隧道進口端D1K44+925～D1K44+968段地表為洼地，隧道覆蓋層薄，孔頂至地表為15m，隧道開挖過程中連降大雨，隧道內淌水嚴重，使該段隧道覆蓋土層已滲透軟化，自穩能力差。造成打括隧道D1K44+925～D1K44+968段發生冒頂坍方，長度43m。隧道坍方體為黃色的軟、流塑狀粘土、粉粘土，局部夾雜少量粗細角礫，天然含水量較大。軟、流塑粘土有以下幾個特性：（1）以粘粒和粉粒為主，細而膩，結構基本為絮團狀，孔隙大，壓縮性大，強度底；（2）粘粒周圍結合水膜及水中化學成分，產生了顆粒間的膠結作用，使流塑粘土呈膠體狀，表面有一保護膜，水中浸泡不易分散；（3）具有觸變性，在邊攪拌邊振動或拍打能變成稀泥狀，但靜置后則重新呈現凝膠狀。
三、注漿在隧道坍方處理中的應用
考慮到坍方體具有強度低，靈敏度高，易產生蠕動現象，開挖后自穩能力差，地面沉降難以控制，嚴重時洞內可能再次發生坍方，擴大坍方長度，導致隧道施工困難加劇。為避免坍方加劇，打括隧道D1K44+925～+968坍方段處理施工中采用地面注漿、隧道內工作面注漿、隧道周邊淺孔注漿等三種注漿方式相結合的施工方法，以保證坍方處理施工安全。
（一）地表注漿
在地表坍方周邊插入注漿導管，間距1m，梅花形布置，注漿導管采用φ42無縫鋼管制成，長3.5m，管壁每隔20cm交錯鉆眼，眼孔直徑6～8mm，根部留1.5m不鉆眼做為止漿段。按預定的水灰比及注漿壓力開始注漿，注漿過程中，觀察斷面是否有漿液滲出，若隧道內坍方處自上往下有漿液滲出，則維持注漿壓力30s后停止注漿；若隧道內坍方處沒有漿液滲出，注漿壓力達到0.8Mpa后停止注漿。注漿固結地表土體，防止地表水流入隧道內加大坍方面積，增加工作面施工難度。
（二）隧道內工作面注漿
隧道內采用兩環大管棚注漿及Ⅰ18工字架加強支護通過。在D1K44+920處施做第一環大管棚導向墻，第二環大管棚導向墻設置于D1K44+942處，導向墻厚1.0m，長1.0m。大管棚水平鉆孔開孔φ102 mm，選用φ89熱軋鋼管，壁厚8mm，每環每根長度為25m。第一環大管棚外插角為6°，第二環大管棚外插角為2～3°，環向間距40cm，每環27根。大管棚內注入水泥凈漿，凈漿水灰比1：1，注漿壓力：初壓為0.5～1Mpa,終壓為2Mpa,注漿壓力以控制水泥凈漿不冒出地表為原則。注漿結束后用C10水泥砂漿充填管棚鋼管，增強鋼管的強度和剛度。大管棚注漿時先注無水孔，后注有水孔。在無水地段可從拱腳起順序注漿。注漿速度根據注漿孔出水量大小而定，一般從快到慢。注漿結束時將閘閥關閉，卸下進漿管，進入下一循環。
（三）隧道周邊淺孔注漿
為防止大管棚外插板圍巖掉塊，D1K44+925～+968段拱部設置φ42注漿鋼花管（小導管），外插角45°，環向間距40cm，每根長度4m，每1.8m一環，每環26根。邊墻設置φ42注漿鋼花管注漿支護，小導管外插角45°，每環每側10根，每根長度為3.5m，每1.8m一環。同時，在施做完工字鋼架支護后，設置φ42徑向注漿鋼花管，徑向注漿鋼花管垂直于巖面，環向間距為1m，與工字鋼架焊接牢固。注漿鋼花管注漿前先噴混凝土封閉掌子面以防滲漏，對強行打入的鋼管進行沖清管內積物，然后再進行水泥水玻璃漿液注漿，注漿順序由下而上，漿液用攪拌桶攪拌。在施工前取現況土樣進行水玻璃漿液配比試驗，來指導現場注漿施工，要求水玻璃模數范圍為：2.8～3.3，濃度要求在40Be’以上。注漿壓力：初壓為0.1～0.3Mpa，終壓為0.5Mpa。注漿時，要時刻觀察壓力和流量變化，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，注漿壓力達到0.5Mpa后要穩定3min即可停止注漿用棉紗塞緊孔口轉入下孔注漿。
隨著注漿的連續進行，注漿壓力和進漿量增加，而土層吃漿量和進漿速度逐漸減小，土體內孔隙趨向填滿。由于漿液對周圍的土層連續擾動、壓縮，使土顆粒移動，重新排列，漿液中的水泥顆粒慢慢吸收周邊土的水份，有利于土體的脫水排氣，利于復合圍巖的形成，并通過張性層理劈裂壓入漿材并凝固成脈，迫使土體向上地層傳遞壓力并以輻射狀局隆起重新分布，經過壓縮、脫水，稀泥狀粘土已變成土中，抗壓強度提高，承受隧道周邊部分圍巖壓力，不僅起到臨時防滲加固的作用，而且能作永久圍巖加固。
完成大管棚及注漿鋼花管注漿施工后，待注漿達到規定強度時，在管棚及超前小導管支護環的保護下按短臺階法開挖，上臺階超前下臺階6～10m，及時支護，襯砌緊跟。其工序為：開挖→初噴→掛網→架立工字鋼架→施作外插角45°及邊墻注漿鋼花管→復噴至設計厚度→進入下一循環開挖→及時施做二襯。
四、結語
實踐表明，注漿在隧道坍方處理中發揮了很好的作用，隧道內坍方體軟、流塑狀粉粘土在高壓力的漿液作用下，在土體壓裂區中，漿脈與粘土互層，并經過多次擠壓提高效率氧相互摻透，形成漿脈網絡，漿脈一方填充和擠密脫水固結為硬塑狀粘土，另一方面起著土體骨架作用，從而改變土體對外力的反應機制，使土體的變形受到約束，使圍巖的強度、穩定性、抗滲性均得到提高。
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