暗挖隧道穿越砂层注浆施工工艺研究

孟涛

摘要：本文针对中铁三局莞惠七标项目暗挖隧道过砂层地段采用的全断面、半断面帷幕注浆施工工艺进行研究，在实际施工中对设计的注浆工艺进行了一定改进，将设计采用的钻注一体注浆工艺改为前进式分段注浆工艺，通过改进工艺，降低了注浆施工造价，保证了在狭小空间注浆施工的可行性，提高注浆止水效果的目的。

关键词：暗挖隧道；砂层；注浆施工

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一、引言

由于地下水的影响会导致隧道施工过程中围岩坍塌、变形、失稳，特别是在富水砂层中可能引起隧道涌水、突泥，危及施工安全，此外还会引起隧道运营过程中基底翻浆冒泥和不均匀沉降，严重时还会引起地表沉降、水土流失、地面塌陷和房屋倒塌，造成环境破坏；因此，在隧道施工过程中对地层的堵水和加固非常重要，不仅可以提高地层的强度和完整性，而且可以防止隧道涌水突泥。

莞惠GZH-7项目地下暗挖隧道分为两段，分别为DK38+952～DK44+577、DK44+809～DK51+339。部分暗挖隧道存在埋深较浅，最浅地段埋深仅8m，由于地面下10m范围内分布有黏土层或砂层、因此隧道拱顶部分穿越黏土层或砂层。隧道局部地段还存在下穿建筑物、穿越断裂带等情况，设计采用半断面或全断面超前帷幕注浆加固技术进行加固。

2、注浆方法

2.1、原设计注浆方法

原设计主要针对隧道穿越黏土层或砂层、下穿建筑物、穿越断裂带等不同围岩情况选择半断面或全断面超前帷幕注浆形式对围岩进行加固，达到安全开挖的目的。注浆工艺设计情况介绍如下。

2.1.1、全断面注浆

1）全断面深孔注浆加固范围为隧道开挖轮廓线外2m，注浆延隧道掘进方向均为20m一循环段。一个注浆段完成后留3m不开挖作为下一循环的止浆岩盘。

2）每循环超前预注浆共设置96个注浆孔，第一环1-1#～1-20#孔深8m，第二环2-1#～2-20#孔深14m，第三、四、五、六环3-1#～6-1#孔深20.5m。示意图如下：

2.2.2半断面注浆

1）上半断面深孔注浆加固范围为隧道开挖轮廓线外2m，注浆延隧道掘进方向均为20m一循环段。一个注浆段完成后留3m不开挖作为下一循环的止浆岩盘。

2）每循环超前预注浆共设置51个注浆孔，第一环1-1#～1-24#孔深9.4m，第二環2-1#～2-24#孔深14.6m，第三环3-1#～3-24#孔深21m第四、五环4-1#～5-14#孔深20.9m，第六、七环6-1#～7-4#孔深20m。

原设计采用钻注一体化的注浆工艺，该工艺工作原理是通过在止浆墙上安装孔口管，在软弱地层中，可采用金刚石钻头直接钻孔至设计深度后，在孔口安装止浆塞，将孔口密封，然后停止供水，从供浆管中直接注入浆液，浆液从钻杆中流向钻头进入地层，同时浆液在回流过程中产生反力使止浆塞膨胀，对钻杆外壁和孔口管内壁产生挤压力，封堵空隙，起到止浆作用，然后，边注浆边旋转钻杆，达到设计注浆压力或注浆量后，后退钻杆1.5～2m（一根钻杆长度），拆下一根钻杆，直到退到孔口，拆下止浆塞和钻杆，完成整个孔的注浆。

2.3、改进的注浆施工工艺

由于本项目全部为地下暗挖隧道，竖井空间狭小，且由于地质非常差，为保证安全，掌子面只能小范围开挖，无法满足大型机械操作，加之注浆单价低，注浆段落分散，因此无法实施原设计的钻注一体化的注浆工艺，为解决实际注浆施工中的困难，经现场多次试验，采用分段前进式注浆工艺，满足了现场注浆需要，同时减少了投入，达到了实用经济的效果。

1）注浆方式选择

进行帷幕注浆加固时，注浆方法有前进式注浆和后退式注浆两种方式。前进式注浆主要用于围岩破碎严重，成孔困难及地层软弱的地段，后退式主要用于围岩破碎程度相对稍好一些的地段。由于注浆段落处于砂层中，因此采用前进式分段注浆，每段长度6m，钻一段注一段，直至注浆完成。

2）注浆量控制

（1）注浆采用循环注浆方式，对每一循环注浆孔根据注浆时间先后顺序分为两序孔或以上。一序孔为先注浆孔，二序孔为后注浆孔，两序孔按跳孔的方式进行划分，注浆顺序同样按跳孔的方式进行。一序孔原则上按定量定压相结合原则，二序孔按定压原则进行钻孔注浆施工。

（2）单孔注浆量控制

设计控制：Q=π.R2.h.n.a.(1+β)

式中：Q—注浆量（m3），R—浆液扩散半径（m），h—注浆段长（m），

n—地层裂隙度（空隙率），a—浆液填充率，β—浆液损失率（一般取10％～30％）。

一序孔：按上式计算结果取Q一序＝Q；二序孔：按上式计算结果取Q二序＝0.8Q

3）现场注浆施工控制

施工时应严格按设计原则进行注浆量控制，当现场出现漏浆较严重时，应及时调整注浆孔顺序；出现个别注浆孔长时间注浆压力不上升时，应通过调整注浆材料和浆液配比参数，以及通过反复注浆措施，达到可控域注浆，并满足加固圈厚度要求。

（1）注浆顺序：先注内圈孔，后注外圈孔，先注无水孔，后注有水孔，从拱顶顺序向下进行，如遇窜浆或跑浆，则可间隔一孔或数孔灌注，注浆结束后，应利用止浆阀保持孔内压力，直至浆液完全凝固。（2）注浆材料选择调整顺序：注浆材料由细颗粒浆材调整到粗颗粒浆材，浆液由单液浆调整为双液浆。（3）浆液配比参数：通过调整浆液配比参数，将低浓度浆液调整到高浓度浆液，将凝胶时间长的浆液调整到凝胶时间短的浆液。

4）注浆控制参数

注浆压力：采用0.3～2.0mpa，注浆时根据实际注浆止水效果调整；配合比：经试配采用配合比为：体积比c:s=1:(0.6和0.8)，水灰比1:1，水玻璃模数2.7，水玻璃波美度37Be；注浆方式：根据现场施工条件选用预埋φ42钢花管注浆施工；注浆循环：注浆沿隧道掘进方向6m一循环段；扩散半径：1.5m；开孔直径：φ89mm；注浆终压：注浆终压为1.5～2Mpa（注浆机压力表读数）。

5）注浆施工工艺

（1）注浆施工流程

止浆墙→注浆孔位放样测量→钻孔→埋设钢花管→安装孔口浆液混合器→注浆施工。

（2）止浆墙施工

为保证注浆施工顺利安全进行，在掌子面设置30～40cm厚挂网喷射混凝土止浆墙。避免注浆压力过大导致掌子面开裂。

（3）钻孔及埋管施工

钻孔采用锋100型潜孔钻机一次性钻至6m，钻杆为Φ50mm中空钢管，每节1m，钻头直径为Φ89mm。钻进过程采用跟进式，钻杆间采用套丝连接，钻至设计孔深后埋设Φ42mm钢花管，钢花管每节3m，钢花管间采用套丝连接，直至埋入到钻孔深度后采用快速凝结水泥将孔口与钢花管外侧封口密实后进行下步施工。

（4）注浆施工

注浆前按照设计参数要求进行浆液调配，并检测浆液是否合格，待孔口封堵水泥强度达到要求后，再安装孔口浆液混合器，将钢花管口与混合器前端钢板焊接密实，在混合器后端安装浆液控制阀后，采用SYB-60/5双液注浆机进行注浆施工，浆液在孔口混合器中汇合，注浆至设计压力后维持2～3min，进浆量达到设计数量则停止注浆，注入清水将管内浆液顶出使其先行扩散凝固。浆液凝固后，拆除注浆管，清洗干净，保证下次使用。

四、结论与讨论

1）采用改进后注浆工艺的分段注浆施工工艺，克服了在隧道掌子面空间狭小的条件下人工操作的可行性，达到了工艺操作简单，满足现场施工需要。

2）经过现场注浆试验，该方法大大减少钻孔数量，注浆量能控制在设计量范围内，且注浆效果很好，保证了隧道施工安全可控。

3）该工艺使用的机械设备造价相对较低、简单易操作，适用性较强。

4）采用该注浆工艺进行注浆，存在的一个问题就是施工效率较低，影响开挖施工进度，对工期紧张的隧道施工不是太适用。

参考文献：

[1].李治国、王全胜、徐海廷 隧道钻孔注浆一体化施工技术〔J〕隧道建设 2010年8月 第4期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。