不同地质条件下小导管注浆施工探讨

裴 云

（水利部山西水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 简述及目的

某隧洞工程，地质情况分布复杂，围岩多变。主要岩性有砂岩、泥岩、泥灰岩、页岩、灰岩等，局部由紫红色黏土、细砂岩等组成。地表众多河流，地下水较为丰富。主要由地表渗水、孔隙水、基岩裂隙水、断裂带积水和黏土饱和水、黏土渗水等组成。为了改善围岩性能，减少隧洞开挖过程中的超挖，增加掌子面的稳定性，阻隔地下水的渗透性等，在不同地质地段采用超前小导管注浆施工。

2 围岩变化及不同地质分布

该隧洞工程穿越地层从老到新：太古界吕梁山群古老变质岩；震旦亚届长城系石英砂岩；古生界寒武系及奥陶系灰岩、白云岩及泥灰岩；二叠系及中生届三叠系砂页岩；新生界上第三系、第四系松散层等。

隧洞洞线走向基本与离石大断裂平行，岩体中断裂及褶皱构造发育，岩层总体走向为NE～NW向，倾向为NW～SW向，倾向多为平缓，局部较陡，受褶皱及断裂构造影响，局部发生变化。

桩号18+865～24+720段穿过岩层为背斜，轴部在千河沟附近，走向N5°E，两翼倾角10°～26°；桩号30+515～67+365段岩层穿过两宽缓倾向，其轴部分别位于暖泉和德义河附近，走向近NS向，两翼倾角6°～21°；沿线主要发育有两条较大断层（FD1、FD2），桩号3+675处发育FD1逆断层，桩号30+465处发育FD2正断层；主要发育两组节理裂隙，一组走向为NE，倾向NW或SE；另一组走向为NW，倾向NE或SW，其倾角一般较陡。

洞线地下水主要有：太古界吕梁山群变质岩类裂隙水，寒武奥陶系碳酸盐岩类裂隙岩溶水，石炭系和三叠系砂岩裂隙水与松散岩类孔隙水等；隧洞洞顶多数处于地下水位以下。

2.1 黏土和细砂岩洞段

地面高程970～1 165 m，洞底埋深60～240 m。 围岩岩性为下统和尚组泥岩夹细粒砂岩。地下水位位于洞顶以上，隧洞穿和尚组泥岩夹细粒砂岩，不能自稳，不稳定，变形破坏严重。

地面高程928～1 026 m，洞底埋深2.8～100.5 m。 围岩岩性为上第三系低液限黏土和卵石混合土，下伏基岩三叠系下统和尚组厚层紫红色泥岩夹砂岩。地下水位高于设计底高程。

地面高程923～1 124 m，洞底埋深0～200 m。隧洞穿过地层岩性为上第三系新统低液限黏土，稍湿、可塑，结构较密实，局部夹卵石混合土，成洞条件差。

2.2 围岩较完整洞段

地面高程1 296～1 359 m，洞底埋深351～414 m，围岩岩性为奥陶系中统上马家沟组中断（Q2s2）灰岩、豹皮灰岩。该洞段岩溶地下水位于洞顶以上。围岩工程地质分类为Ⅲ类。洞段埋深较大，在地应力作用下，易产生软岩变形。部分洞段存在涌水、突水可能性。洞段局部岩溶较发育，可能遇到溶洞。

地面高程970～1 165 m，洞底埋深45～240 m，围岩岩性为三叠系下统和尚组泥岩夹细粒砂岩。地下水位位于洞顶以上，隧洞穿和尚组泥岩夹细粒砂岩，围岩工程地质分类为Ⅳ类。围岩不稳定，不能自稳，遇水变形严重。

2.3 岩石节理裂隙发育洞段

地面高程1 119～1 390 m，洞底埋深178～456 m。围岩岩性为三叠系中统二马营组上段（T2er2）砂岩与泥岩互层，地下水水位位于洞顶以上，围岩工程地质分类为Ⅳ类。泥岩段长度占该段隧洞约44%，砂岩段长度占该段隧洞约56%。部分隧洞可能产生涌水、突水。局部洞段埋深较大，在地应力作用下，易产生软岩变形。桩号60+718～69+957地段：地面高程1 140～1 335 m，洞底埋深207～402 m。围岩岩性为三叠系中统二马营组下段（T2er1）砂岩、局部夹薄层泥岩、砂质泥岩。地下水水位位于洞顶以上。部分隧洞可能产生涌水、突水。局部洞段埋深较大，在地应力作用下，易产生软岩变形。桩号69+957～79+377.2地段：地面高程945～1 225 m，洞底埋深39～299 m。围岩岩性为三叠系下统和尚沟组（T1h）泥岩夹细粒砂岩。岩层产状为N50°W/SW∠8°。地下水水位位于洞顶以上。围岩工程地质分类为Ⅴ类。局部洞段埋深较大，在地应力作用下，易产生软岩变形。

3 不同的地质洞段采用不同的小导管注浆施工方法

3.1 小导管加工及注浆施工工艺

超前小导管按照要求加工制作，型号为ф42 mm，长度5 m。首先检查小导管材质情况，然后进行制作加工。在距小导管管口8 cm处侧面开孔，加焊接长8 cm长钢管（直径1.8 cm）。小导管端口配套PE塑胶软管，连接处采用软绳绑扎。小导管的另一端，加工成锥形体，便于穿入岩体，同时避免杂物堵塞。小导管管壁周围每隔8 cm至15 cm钻成梅花形喷浆孔，直径6 mm。

超前小导管注浆施工前，首先进行施工准备，检查小导管管材质量情况，小导管加工制作情况，以及检查掌子面是否进行混凝土喷护，喷护厚度是否满足要求等；然后检查小导管注浆液体的配合比拌制、设备维修、注浆部位钻孔、小导管安装等；之后连接管道、密封孔口、检查注浆压力、注浆过程、注浆结束条件及效果检查等。

3.2 不同的围岩地质情况，采用不同的施工方法

根据黏土及细砂岩洞段、围岩较完整洞段及岩石节理裂隙发育洞段，具有不同的地质特性，采用不同的小导管注浆施工方法，可得到不同的效果。

3.2.1 黏土洞及细砂岩段注浆方法

编制并确定专项施工方案，采用不大于0.2 MPa的注浆压力，水泥与水的比例为0.4∶1，钻孔仰角10°，单孔注浆时间不少于2 min，注浆结束时间为注浆单管容积的1.1倍，检查注浆管密实情况，检验注浆效果。

3.2.2 围岩较完整洞段注浆方法

依据批复的工艺措施进行施工，采用不大于0.5 MPa的注浆压力，水泥与水的比例为0.3∶1，钻孔仰角8°，单孔注浆时间不少于2.5 min，注浆结束时间为注浆单管容积的1.0倍，注浆管密实度检验，注浆效果检查。

3.2.3 岩石节理裂隙发育洞段注浆

按照实际情况，制定可操作的施工方案并实施，采用不大于0.3至0.5 MPa的注浆压力，水泥与水的比例为0.5∶1，钻孔仰角12°，单孔注浆时间不少于3 min，注浆结束时间为注浆单管容积的1.4倍，检查注浆管是否密实，检查注浆效果是否满足要求。

4 不同的地质洞段注浆效果检查

针对黏土及细砂岩洞段、围岩较完整洞段和岩石节理发育洞段，采用小导管注浆施工；施工结束后，进行注浆效果检查。

4.1 黏土及细砂岩洞段注浆效果检查

①管材检验：每环12根，选取4环，共48根；检验屈服强度、抗拉强度、伸长率、性能试验等；检查结果表明95%符合要求。②小导管与支撑结构连接；选择8环，共10根；进行检查，检查结果97%满足要求。③纵向搭接长度；检查6环72根，搭接长度位于0.8～1.2 m之间，符合要求率达95%以上。④注浆配合比；进行试验，现场试配，满足要求。⑤注浆压力；过程检测，注浆压力为0.5～0.55 MPa。⑥小导管管内密实度；每环抽查6根，抽查4环，检查24根，饱满度为95%。⑦加固岩体强度，改善阻隔渗水，现场测试保证度为94%。

4.2 围岩较完整洞段注浆效果检查

①管材检验：每环15根，选取6环，共90根；检验屈服强度、抗拉强度、伸长率、性能试验等；检查结果表明98%符合要求。②小导管与支撑结构连接；选择10环，共15根；进行检查，检查结果95%符合要求。③纵向搭接长度；检查5环75根，搭接长度位于0.5～1.0 m之间，符合要求率达90%以上。④注浆配合比；进行试验，现场试配，符合要求。⑤注浆压力；过程检测，注浆压力为0.2～0.25 MPa。⑥小导管管内密实度；每环抽查4根，抽查5环，检查20根，饱满度98%。⑦加固黏土强度，改善阻隔渗水，现场测试保证率为90%。

4.3 岩石节理裂隙发育洞段注浆效果检查

①管材检验：每环15跟，选取5环，共75根；检验屈服强度、抗拉强度、伸长率、性能试验等；进行检查，检查结果表明99%符合要求。②小导管与支撑结构连接；选择12环，共18根；进行检查，检查结果98%符合要求。③纵向搭接长度；检查8环96根，搭接长度位于0.6～1.1 m之间，符合要求率达95%以上。④注浆配合比；进行试验，现场试配，达到要求。⑤注浆压力；过程检测，注浆压力为0.3～0.55 MPa。⑥小导管管内密实度；每环抽查5根，抽查6环，检查30根，饱满度96%。⑦加固破碎岩体强度，改善阻隔渗水，现场测试保证率为98%。

5 结论

根据黏土及细砂岩洞段、围岩较完整洞段和岩石节理裂隙发育较破碎洞段的工程实际情况，分别采用不同的小导管注浆施工工艺和注浆参数，进行科学合理地小导管注浆施工。从原材料检验，钻孔布设、到过程注浆监督，及注浆效果分析等，表明在改善岩体强度，阻隔渗水量、加固掌子面稳定性、减少隧洞开挖过程中超挖等方面，均发挥了良好的效果；特别在节理裂隙发育，岩体破碎洞段，科学选择小导管注浆施工，效果更佳。进而推论，对类似工程成功建设具有重要的借鉴和指导作用。