胡麻岭隧道注浆浆液配合比优化设计

王 冠

(中铁十九局集团有限公司，北京 100176)



胡麻岭隧道注浆浆液配合比优化设计

王 冠

(中铁十九局集团有限公司，北京 100176)

摘要：介绍了在胡麻岭隧道第三系富水全风化粉细砂围岩段的施工过程中，对围岩进行注浆加固时所用纯水泥浆流动度试验，以及在水泥浆+水玻璃双液浆中掺入不同浓度水玻璃的凝结时间试验等。通过试验和工程实践得到了单浆液适宜的注浆围岩段落以及优化的注浆压力和水灰比，双液浆中适宜的水玻璃掺入浓度和最佳配合比等，注浆加固效果很好，保证了施工安全。对富水软弱围岩的注浆加固施工有指导意义。

关键词：隧道施工；富水软弱围岩；注浆加固；浆液配合比；水灰比

隧道施工中遇到富水的软弱围岩时施工难度会非常大，一般都需要采取全断面帷幕注浆和加强超前支护等预注浆措施，对围岩进行加固。在胡麻岭隧道施工中就遇到了富水全风化粉细砂岩围岩。在施工过程中对注浆加固所用的注浆浆液及其配合比进行了试验，在此主要介绍试验情况及试验结果对现场施工的指导意义。

1 工程概况

新建兰州至重庆铁路夏官营至广元段土建工程LYS-1标段胡麻岭隧道位于甘肃省榆中县和定西市境内，隧道全长13 608 m，进口里程DK68+626，出口里程DK82+234，为一单洞双线隧道，洞内线间距4.4 m，隧道最大埋深295 m。除了3段曲线以外，隧道其余段落均处在直线段上，隧道纵坡分别处在+8‰、+12.8‰、+13‰、+3‰的单面上坡上。

隧道洞身穿越黄土高原的黄土梁峁区。山间发育着切割较深、纵坡较大的冲沟，只是汇水面积不大，冲沟内没有常年流水，雨后却有短时较大的水流。

隧道地表土层主要是黄土和粗圆砾土。基岩主要是白垩系砂岩、泥岩。地下水为孔隙潜水和基岩裂隙水，隧道最大涌水量为Q=9 012 m3/d，地下水对圬工不具侵蚀性。

隧道有长度近4 000 m的围岩是第三系富水全风化粉细砂围岩段，这种全风化粉细砂岩具有II级自重湿陷性和膨胀性。这段地层的地下水水位在隧道拱顶以上40 m，地层富水。围岩渗透系数较小，含泥量高并伴有板结层，降水难度大。围岩开挖后汗状渗水较为普遍，并时常伴有小股水流、核心土崩塌、基底软化、围岩持续层剥离的现象，开挖、支护难度大。往往会有流塑状流砂从掌子面或初期支护背后流出，常出现边挖边流的现象，造成开挖及支护无法施工，流砂流出后在初支背后形成空洞，容易引起初期支护变形和塌方，高压富水区段还容易发生大型突水涌泥，安全风险极高，施工难度大。针对上述的不利情况，在隧道开挖之前，必须对围岩进行预先注浆加固处理。

2 隧道施工方案

第三系富水全风化粉细砂围岩段隧道根据其不同段落的围岩等级，分别采用CRD法或双侧壁导坑法施工。但隧道开挖前必须预先采取超前帷幕注浆和超前小导管注浆的加固措施[1]。超前支护按V级围岩加强段设置，拱部144°范围内设L=10.0 m、∅89 mm×5 mm、环向间距0.33 cm的超前中管棚，搭接长度≮3.0 m，注纯水泥浆；拱部144°范围内设L=4.0 m、∅42 mm×3.5 mm、环向间距0.33 m的超前小导管，每1.8 m(3榀)施作一环，搭接长度≮1.0 m，注纯水泥浆。必要时还要增加L=5.0 m、∅42 mm×3.5 mm、插入角为45°、环向间距0.33 m的预注浆小导管，注纯水泥浆，对掌子面前面的围岩进行层层注浆加固。

CRD法和双侧壁导坑法施工、超前帷幕注浆、超前注浆小导管、45°插入角小导管预注浆等均按常规方法施工，在此不再赘述。本文仅就开工前和施工过程中对注浆使用的浆液配合比的设计和配制所做的一些研究加以介绍。

3 单液注浆液配合比试验

针对粉细砂无强度、松散、遇水液化流失的特性，对水灰比为0.4∶1～0.7∶1纯水泥浆的流动度进行了试验[1-2]。

3.1 水泥浆流动度试验

试验方法：水泥浆流动度采用ZNN-D6型六速旋转黏度计测定。试验条件：纯水泥浆水灰比分别为0.40∶1，0.50∶1，0.55∶1，0.60∶1，0.65∶1，0.70∶1。水泥：使用PC 32.5R复合硅酸盐水泥。试验用水：水质符合相关规定。

试验得出的不同水灰比时纯水泥浆的流动度见表1。

表1 不同水灰比时纯水泥浆的流动度

3.2 现场注浆试验结果分析

根据现场注浆试验得出，影响纯水泥浆流动性的主要因素是浆液中的水泥固体含量，水灰比越大，纯水泥浆的流动性就越差；纯水泥浆的固化时间随着水灰比的增大而缩短。试验证明，当注浆压力在0.2～1.0 MPa，水灰比为0.55∶1时最适合在粉细砂围岩中使用。

由于单液浆的凝结时间是水泥的终凝时间，其终凝时间比较长，再加上单液浆的早期强度比较低，强度增长比较缓慢，浆液受地下水流动的影响比较大。因此，单液浆注浆只适用于受力部位较小的围岩、地下水相对不太发育的地段或施工进度比较缓慢的地段。

4 双液浆的凝结时间试验

4.1 试验条件

试验环境：模拟现场温度13 ℃。试验方法：两种浆液同时掺入小型搅拌器中，开始搅拌并计时，直至浆液凝结。从两种浆液掺入到浆液开始凝结不能停止搅拌，以防止两种浆液发生不均匀沉淀。试验所用材料：水玻璃，浓度40 Be′，模数3.2，原液加水分别稀释到20 Be′和15 Be′；水泥浆液配合比，1∶1。水泥，使用PC 32.5R复合硅酸盐水泥。试验用水，水质符合相关规定。

4.2 试验设计

(1)试验1。将40 Be′水玻璃原液稀释到20 Be′，掺入水灰比为1∶1的水泥浆液中，双液浆在不同体积比时的初凝时间如表2所示。

表2 双液浆在不同体积比时的初凝时间

(2)试验2。将40 Be′水玻璃原液稀释到15 Be′，掺入水灰比为1∶1的水泥浆液中，双液浆在不同体积比时的初凝时间如表2所示。

4.3 试验成果分析

从两组试验可以得出[2]：

(1)水玻璃的掺入量是双液浆初凝时间的最主要影响因素，水玻璃的掺入量越大，可以缩短双液浆的初凝时间；双液浆中的水泥浆液水灰比的大小对双液浆的初凝时间影响不大。

(2)双液浆中水玻璃浆液的浓度越大，浆液的初凝时间越短。

(3)水泥浆液的水灰比是影响被加固围岩土体强度的最主要因素，而水泥的品种和水玻璃的掺入量的影响比较小。

(4)双液浆的固化时间随着水灰比的增大而缩短，随着水玻璃的掺入量的增加而缩短。

(5)试验结果证明，当地下水丰富且有流动的情况时，应该选用水玻璃掺入量较大或水玻璃浓度较大的双液浆进行注浆。

(6)水泥浆液与水玻璃双液浆的固结和硬化是由于硅酸盐水泥水化过程中产生氢氧化钙，水玻璃中的硅酸钠与水泥浆混合后，二者会迅速反应产生一种水化硅酸钙的胶凝体，这种胶凝体随着氢氧化钙的不断产生而不断增多，被加固土体的强度也会越来越高。所以，双液浆中的水泥浆液水灰比越小(水泥用量越大)，对注浆效果的影响越大。

(7)影响被加固土体强度的主要因素是浆液中的水泥颗粒含量，被加固土体的强度随着水灰比的增大而减小。但是，浆液中加入水玻璃会降低被加固土体的强度，掺入量越大，强度降低的越多。

在胡麻岭隧道第三系富水全风化粉细砂岩围岩段隧道施工过程中，根据不同地段的地下水状况，分别采用过1∶0.70和1∶0.75的双液浆配合比对围岩进行注浆加固，取得了良好的效果。

试验中，采用在4个注浆孔中间钻测试孔检测渗漏情况的方法来检验注浆加固效果，并且还要通过对注浆段开挖后的实际检查来确定注浆加固的效果。

渗漏检查时以测试孔中没有连续水流出为标准，允许有少量的滴水，少量的渗水不会对施工造成大的影响。

5 结束语

胡麻岭隧道第三系富水全风化粉细砂岩围岩段隧道施工过程中，采用了全断面帷幕注浆、超前小导管注浆和插入角为45°的小导管预注浆等综合注浆加固技术。在预先试验的基础上，使用试验给出的纯水泥浆的水灰比和注浆压力，在地下水相对不太发育的地段进行了单液浆注浆加固工作，收到了较好的注浆加固效果；在地下水比较发育的地段进行的双液浆注浆加固工作中，利用试验给出的水玻璃掺入浓度和双液浆配合比，也取得了比较好的注浆加固效果。在注浆加固段随后的开挖过程中可以看到，经过注浆加固后的围岩土体密实度和粘结强度大大提高，达到了预期的加固效果，保证了施工安全。其经验可供类似工程参考。

参考文献

[1]徐长久.胡麻岭隧道第三系粉细砂岩段施工关键技术[J].国防交通工程与技术, 2011(6)：55-58

[2]姜玉松，聂琼，韩洪兴.注浆浆液试验方法与标准探讨[C]//地基基础工程与锚固注浆技术：2009年地基基础工程与锚固注浆技术研讨会论文集.北京：中国水利水电出版社，2009：243-249

On the Optimized Design of the Mix Ratio of the Mortar for the Humaling Tunnel

Wang Guan

(19th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Beijing 100176,China)

Abstract:The fact that the flow ability of the pure cement mortar used for slip-casting to consolidate the surrounding rock was tested and the setting time of the cement mortar+sodium silicate,when sodium silicate of different concentrations was added,was tested in the course of the construction of the 3rd system rich-watered,fully-weathered fine-sanded surrounding-rock section of the Humaling Tunnel,and other tests performed there and then are introduced in the paper.Through the tests and the practice of construction,the optimal slip-casting pressure and the appropriate water-cement ratio are obtained,and the appropriate concentration of the sodium silicate to be added and the optimal mix ratio and other parameters are also obtained for the surrounding-rock section of the tunnel. Upon the basis of the tests mentioned above,the slip-casting achieves very good effect of consolidation, with the safe construction ensured.The success in the project may help guide the slip-casting-consolidating construction in other rich-watered soft surrounding-rock projects.

Key words:construction of a tunnel;rich-watered soft surrounding rock;reinforced by means of slip-casting;mix ratio of the mortar;water-cement ratio

中图分类号：U455.49

文献标识码：B

文章编号：1672-3953(2016)02-0030-03

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.008

作者简介：王冠(1984—)，男，工程师，主要从事土木工程施工技术管理工作15811139997@163.com

收稿日期：2015-11-30