杂填土隧道袖阀管地表注浆加固施工技术

曾继光

摘 要 针对龙洞堡机场隧道出口端人工杂填土、浅埋等不良地质情况，本文从袖阀管注浆参数的确定、施工控制要点及注浆效果验证等方面介绍其地表注浆加固施工技术措施，总结了袖阀管地表注浆施工经验，为该隧道杂填土段施工安全、顺利通过提供了强有力的技术保证。

关键词 杂填土 隧道 袖阀管 注浆加固 施工技术

随着我国高速铁路建设规模不断扩大，铁路隧道施工难度及施工技术要求也越来越高。龙洞堡机场隧道是白龙铁路的控制性工程，隧道三次穿越人工杂填土回填区，地质条件极差，暗洞开挖前若对回填土预注浆加固处理不当，极易发生塌方、地表下沉、冒顶等风险事件。

一、工程概况

1.工程简介。贵阳枢纽白云至龙里北联络线工程站前I标段龙洞堡隧道位于龙洞堡机场范围内，隧道全长2496 m，正线双线通过速度目标值250 km/h。该隧道采用“新奥法”施工的原理进行设计，隧道三次穿越人工杂填土区域，地表建筑分布密集，施工风险等级高，属I级风险隧道，是全线控制性工程。

2.注浆加固段地质概况。龙洞堡隧道DI3K30+053～DI3K29+970段地表为机场规划用地，机场扩建将弃渣堆置于沟槽洼地内，原地形地貌已经改变。根据设计地质资料和地表注浆钻孔芯样分析围岩情况可知，该段隧道洞身全部或大部穿越杂填土，主要成分以黏土为主，含少量砾石、建筑垃圾，均匀性差，经频繁饱水、失水作用交替，建筑垃圾及砾石颗粒被黏土握裹严密，黏土含水量大，导致土体整体呈软塑状，稳定性差，施工中易产生沉降、坍塌、偏压等，对隧道施工影响极大，因此暗洞开挖前对杂填土进行注浆预加固显得尤为重要。

二、袖阀管地表注浆施工

设计沿隧道顶部开挖轮廓外至地表采用Φ50 PVC袖阀管注浆加固杂填土，布置形式采用1 m×1 m梅花形布置。

1.地表处理及现场情况核对。（1）地表修整及排水处理。根据原有地形，对注浆区地表进行整平，并进行简单夯实，整平完成后要求地表沿线路方向呈“人”字坡，横向呈拱形，以保证洞顶范围内地表排水通畅。（2）现场情况核对。①.地面标高核对。场地处理完毕后，进行测量放线定出孔位，沿线路方向每10 m设置里程标识牌进行分区，并将孔位用红油漆喷做标记，按编号做好详细记录，根据实测标高逐一反推每根袖阀管长度，技术人员全过程现场进行复核，以防止出现错、漏、短、盲现象。②.地质情况核对。袖阀管大面积施工前，加固区域按每10 m一处进行土体取芯，对杂填土体厚度、成分进行核对，并对其物理力学性能进行试验，准确掌握加固体的孔隙率和含水率。根据分析结果为注浆工艺性试验及注浆参数调整提供依据。

2.注浆工艺性试验及注浆参数的确定。（1）注浆工艺性试验。在注浆区域选取6排注浆孔作为注浆试验段，并将注浆孔等间距分为4个区域，先对区域间的分隔孔压注水泥浆，以防止各个区域压注的浆液发生相互渗透，影响试验数据分析。待分隔孔压注的水泥浆终凝后，对试验段分区域压注不同水灰比的水泥浆，水灰比分别采用0.75（净浆）、1.0（净浆），0.4（掺灌浆剂）、0.5（掺灌浆剂），注浆终压控制在1.0 MPa。完成后对各个不同水灰比的注浆区域进行取芯试验和地基荷载试验，根据试验结果进行比对，判定水灰比为0.4（掺灌浆剂）的水泥浆液注浆加固效果最好，浆液扩散半径及结石率均满足设计要求，故确定采用水灰比为0.4（掺灌浆剂）的水泥浆液进行注浆施工。

（2）注浆参数。根据工艺试验结果确定该段注浆采用水灰比为0.4掺加灌浆剂改性水泥浆液，注浆终压控制在1.0 MPa。具体参数详见表1。

注：由于现场各区段地质情况存在差异，现场可根据实际情况对注浆压力进行相应调整：进浆量小、进浆速度慢的孔位，注浆终压以1.0 MPa来控制，并持压不小于10 min。注浆顺畅地段且注浆量远远超出设计注浆量的孔位，注浆终压以0.5 MPa来控制。

3.地表袖阀管施工。（1）施工工艺流程，见图2。

图2 袖阀管施工工艺流程图

①测量放样：场地处理完毕后，进行测量放线定出孔位及标高。

②孔深核对：根据实测标高逐一反推每根袖阀管长度，保证加固深度符合设计要求。

③钻孔：根据核对后孔深进行钻孔。钻进过程中做好记录，对设计地质情况进行核对，为注浆作业提供参考数据。

④安装袖阀管：根据孔深度接长袖阀管，套壳料置换完毕后，将连接好的袖阀管下至孔底，袖阀管上口露出地面10～20 cm。

⑤封孔口：采用水泥砂浆封堵地面以下1 m范围内钻孔与袖阀管之间的空隙，以防止注浆过程中发生冒浆。

⑥注浆作业：总体遵循先外围后内圈，先单号后双号间隔跳注，单孔采用先下后上的顺序分段式注浆，注浆步距66 cm（2节袖阀管）。注浆过程中，每段注浆完成后，向上移动一个步距的芯管长度（详见图3）。注浆结束后，在注浆管上口盖上闷盖，以便于复注或补注施工。

图3 袖阀管注浆结构示意图

（2）施工要点控制。①合理地进行分序钻孔、分区注浆，严格按照从外围达到“围、堵、截”、从内部达到“填、压、挤”、逐节自下而上并连续的注浆工艺进行注浆施工。

②注浆正常孔位，根据单孔设计注浆量及设计注浆压力采取定量、定压双控原则进行注浆施工。

③进浆量小、进浆速度慢、注浆困难的孔位，采取间歇式注浆，间歇时间控制在20 min～30 min，让浆液在地层中充分扩散后再进行注浆，结束条件以注浆终压1.0 Mpa并持压10 min来控制。

④注浆顺畅且注浆量远远超出设计注浆量的孔位，注浆终压以0.5Mpa控制，以防止注浆速度过快、注浆量过大而引起串浆现象。

⑤每次拌制的浆液超过2 h，将会影响结石程度，应及时废弃，重新拌制。

⑥特殊情况的处理。

注浆中断：在注浆过程中，由于机械设备、输浆管道、仪表失真等原因，迫使注浆暂停，直接影响注浆质量，同时也会给注浆施工带来麻烦，延误工期。对于注浆中断，及时采取措施，如能尽早恢复，缩短中断时间，恢复注浆，如中断时间较长，应及时清洗注浆管和袖阀管，并检查注浆设备，找出中断的原因，采取有效措施，复注弥补，以保证注浆质量。

串浆：在注浆过程中，浆夜从其他钻孔内流出发生串浆，其主要原因是该段为杂填土，孔隙相互串联，使注浆孔直接或间接地连通，造成串浆，当发现串浆应立即采取措施，可对串浆孔同时进行注浆，或者将串浆孔封闭，待灌浆孔结束灌浆后，再将串浆孔打开，进行扫孔，冲洗，而后继续注浆。

冒浆：由于封孔质量差或地表土质疏松，注浆过程中出现浆液从注浆孔外壁或注浆区域裂隙处冒出，造成注浆材料的损失及浆液通过裂隙通道渗透而无法形成均匀地扩散半径，造成注浆盲区，影响注浆加固效果。采取加强封孔质量及间歇式注浆措施，必要时可使用水泥-水玻璃双液浆对裂隙通道进行封堵，避免浆液四处流窜。

卡管：注浆过程中易出现注浆芯管掉入或卡入注浆管内而无法拔出的现象，导致整个注浆管路的废弃，无法进行分段注浆，从而造成注浆盲区，影响注浆加固效果。为防止注浆芯管掉入或卡入注浆管内，下入芯管前应确保丝扣连接牢固，避免发生脱口而使芯管掉入注浆管的现象；施工过程中密切关注注浆压力变化，防止因压力过大导致注浆管发生变形而发生卡管现象。

（3）注浆效果验证。①注浆验证条件及标准。对与地表注浆完成14d后对注浆效果进行验证及分析。注浆效果控制指标：弹性反力系数≥150 MPa/m；地基承载力达到0.3 MPa以上；变形模量大于1.5 GPa；泊松比≤0.4；内摩擦角不小于15°；黏聚力大于0.15 MPa；衬砌外5 m范围内取芯率达到60%以上。

②验证方法。根据现场实际，选用以下方法进行检查：

统计计算注浆量。利用灌浆过程中的注浆量和压力进行分析，判断灌浆效果。

利用静力触探测试加固前后土体力学指标的变化，用以了解加固效果。

地表随机开挖揭示，通过对土体固结效果及浆脉分布情况判定。

钻芯取样，对芯样进行检测分析。

③验证后对于不合格区的对应措施。

对于注浆效果验证优先采用钻芯检测，如发现有未达到设计要求时或持怀疑态度时，应采取四项综合手段进行综合复检，若均不符合要求，及时对不合格地段注浆原始记录进行分析，查找原因并进行跟踪注浆加固。跟踪注浆施工完成并经验证合格后，方可进行下一步施工。

三、结束语

经洞内开挖揭示及现场验证结果表明，通过现场科学、合理的工艺性试验，确定采用水灰比为0.4（掺灌浆剂）的水泥浆液及合理的注浆参数对地表进行袖阀管注浆施工，达到了预期加固效果。

通过合理的施工组织安排以及施工关键部位、工序的重点控制，按期保质、保量地完成了该段注浆加固任务，为下一步隧道的安全、高效施工打下了坚实的基础。

及时对注浆施工成果进行总结，为今后该隧道其他回填土段落以及类似工程施工提供了宝贵的施工经验。

参考文献

[1]应金星.袖阀管注浆加固设计与施工工艺研究.吉林水利，第326期P 22-25，2009年7月.

[2]TZ204-2008.客运专线铁路隧道工程施工技术指南.

[3]杜嘉鸿等.地下建筑工程注浆简明手册.北京：科学出版社，1993年.