岩门口隧道浅埋段地表注浆施工技术

胡代锋

摘 要：岩门口隧道右线YK4+191～YK4+228段处于浅埋、偏压地段，平均覆盖层只有2m，左侧拱顶局部覆盖层仅有40cm，拱腰局部已无覆盖层，且地表覆土松散，通过对浅埋段回填土方及地表注浆加固土体，结合隧道大管棚超前支护实现了快速、安全施工通过的目的，本文主要介绍地表注浆的原理及注浆方法、施工工艺、施工控制措施及注浆前后的监测情况等。

关键词：岩门口隧道；地表；钢花管；注浆

中图分类号： U455.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-65-3

隧道施工中，在洞身段遇到浅埋偏压段时，为避免对山体的大挖大刷，严重破坏原有植被，为使植被得到妥善的保护，维护原有的生态地貌，在施工浅埋偏压段前，在覆盖层较薄处回填土并夯实，采用钢花管在地表注浆加固土体，最后在洞内施做超前长管棚预加固。注浆加固及超前支护完成且稳定后，才可以继续暗洞开挖。

1 地质及工程概况

张花高速公路第1B合同段岩门口隧道工程位于湖南省张家界市永定区境内，是一座双洞单向公路交通隧道，左线ZK4+209～ZK4+650长度为441m，右线YK4+125～YK4+645长度为520m。隧道位于长期风化剥蚀切割作用形成的丘陵地貌区，具老年期丹霞地貌的特点，区内冲沟发育，山坡陡峭。地面高程在220.00～310.00m之间，隧道最大埋深约77m。

场地属于新华夏系武陵山二级隆起带中段，处于云贵高原隆起带与洞庭湖沉降带之间，其构造线走向主要为北方向，由一系列的褶皱和断裂组成，控制了走廊带内河流峡谷的主要走向及岩溶发育基本特征。岩门口隧道主要围岩为Ⅳ级围岩440m，Ⅴ级围岩450m，明洞71m。

2 地质情况

场区原始分布的地层除堆积体和表层植物层外，主要为第四系更新统坡积成因碎石土、白垩系下统泥质粉砂岩和砾岩、志留系中统页岩。

YK4+128～YK4+228段围岩情况：顶板为强-中风化砾岩夹泥质粉砂岩，具层状结构。产状约为143～190∠10～30，以砾岩为主，层厚一般0.5～2.0m，砾石粒径1～30cm，胶结程度较差；泥质粉砂岩一般较薄，厚0.1～0.5m，为软弱夹层，岩石中节理发育，一般呈微张-闭合状，不稳定，成洞难。

YK4+191～YK4+228段山体地表存在一原始冲沟，原设计隧道覆盖层达4.0m，左侧拱顶覆盖层最薄处达3.0m。由于长期雨水冲刷，至2010年5月，经现场实际量测，该段埋深极浅，平均覆盖层只有2m，YK4+191左侧拱顶覆盖层仅有40cm。该段靠右侧为山体，地势较高，左侧为冲沟，地势较低，呈浅埋偏压地势。同时岩门口隧道开挖面积达101.5m2，大断面隧道，暗洞施工条件极为不利，施工难度相当大。

3 工程原设计状况及变更设计

YK4+191～YK4+228段原设计采用S5c衬砌支护类型进行施工，拱顶采用4.5m长φ42小导管作为超前预支护进行施工。

2010年6月由张花公司总监办、设计代表、工作站、监理处、施工单位等相关人员对岩门口隧道进行施工现场勘测，并举行了会议，就岩门口隧道右线YK4+191～YK4+228段处理方案进行讨论。会议认为：岩门口隧道YK4+191～YK4+228段地表覆盖层由于雨水冲刷变薄，如继续按原设计开挖方式开挖暗洞，很有可能出现坍塌事故。拟先在覆盖层较薄处施做挡土墙，然后在覆盖层较薄处回填土并夯实，用钢管在地表注浆，最后在洞内施做超前长管棚。加固及超前完成且稳定后，才可以继续暗洞开挖。根据会议精神，确定变更如下：

①YK4+191～YK4+210.5段施做挡土墙，在挡土墙后回填土夯实；②YK4+191～YK4+228段地表喷射混凝土，铺钢筋网，采用φ42钢管注单液浆加固；③YK4+191～YK4+228在洞内采用潜孔锤跟管钻进法，分两个循环在洞内施做长管棚。

4 施工方案

根据变更设计及现场情况，此段施工应避开雨季快速施工。在挡墙混凝土达到回填强度后，进行洞顶回填土施工；地表钢花管采用岩芯钻机钻孔，采用双层管双栓法工艺进行注浆；洞内管棚采用潜孔锤跟管钻进，高压注浆泵注浆，按照原设计开挖及支护方式进行浅埋段施工。

5 地表注浆

5.1 注浆加固原理

在地表采用钻孔机械打孔，安装钢花管，通过钢花管用一定的压力将水泥浆液压入土体孔隙、强风化岩体裂隙中，土体孔隙、岩土层的界面、岩土的裂隙以及细颗岩体内注入具有充填、胶结的浆液材料，经过浆体的充填、压密、渗透、劈裂等作用后，增强覆土强度、稳定性和防水性，使隧道能正常施工。

5.2 注浆方法

采用双层管双栓法。双层管双栓法施工工艺：成孔采用地质岩芯钻机，钢花管根据具体孔位确定其长度，钢花管四周开有小孔（即注浆孔）孔口外侧用胀圈包好，当孔内加压注浆时，胀圈胀开浆液从小孔中喷出进入土层，不注浆时胀圈封闭喷射口，故土和地下水均被胀圈拒之喷射口之外，不会逆向进入注浆管内。

5.3 注浆参数的选择

5.3.1 注浆范围

按比例绘制各断面的横断面图，计算该注浆点的主将深度。注浆主要控制在回填土、碎石土层及强风化基岩层，注浆加固圈为隧道开挖轮廓线以上5.0m。对于钢花管与管棚间有冲突的地方，实际打入深度控制开挖轮廓线外60cm。

钢花管注浆断面图见图5-1；钢花管注浆平面图布置图见图5-2。

5.3.2 注浆压力

周边孔：0.5～1.0MPa；中间孔：1～1.5MPa。

5.3.3 注浆材料及浆液

①水泥：32.5级普通硅酸盐水泥；水泥不能超过出厂日期三个月，受潮结块的水泥不得使用，水泥的各项指标应符合验收标准方可。②水：注浆用水通过试验不得采用pH 值小于6的酸性水和工业废水。③注浆浆液：注浆浆液采用单液浆，水泥浆与水玻璃体积比为1：0.05，水泥浆水灰比1：1，水玻璃浓度35波美度，水玻璃模数2.4。

5.3.4 孔间距及布置

孔间距：钢花管孔距：1.0×1.0m，呈梅花型布置。

5.3.5 浆液注入量

采用定压和定量相结合的方法，根据围岩孔隙率和填充率计算注浆量。

参考公式为：Q=∑（An×a）；

式中：Q——注浆总数量，m3；A——被加固围岩的体积，m3；n——被加固围岩的孔隙率，%；a——经验充填率，%。

5.4 施工工艺

5.4.1 施工准备

①平整场地：对要注浆的施工场地进行平整，然后进行碾压密实；②施工放线：按照设计布孔形式放出注浆孔位，并明确标示出来； ③钻孔前，对注浆段测设横断面，在横断面图上对每个钻孔进行放样，标明每个断面上点位的钻孔深度。④根据钢花管及注浆工程量选定合适的施工设备进行施工。主要机具设备表见表5-1。⑤我项目部配置专业的施工队伍进行施工，保证工程施工质量。劳动力组织表见表5-2。

5.4.2 钻孔

钻孔开孔直径75mm，在回填土土层过厚地段开孔91mm，钻孔采用干钻或无水反循环钻。为保证注浆效果，钻孔完成后，采用后退式方式扫孔一遍，再将钻杆插入孔底重新扫孔一次即可。钻孔施工先进行最远一排孔的施工，然后进行最内一排孔的施工，最后进行中间一排加强孔的施工。在同一排，为防止相临施工孔之间窜浆，采用间隔施工法，施工孔间距为5孔，先进行1#、6#、11#、16#……孔施工，再进行2#、7#、12#、17#……孔施工，按此顺序，直到施工完毕。

5.4.3 压水试验

在两侧坡面第一个成孔作为压水试验孔，以此孔的压水量、终止压力来确定注浆压力、注浆量、影响半径等注浆参数，同时调整设计参数，确定合理的注浆施工参数。

5.4.4 安装钢花管与封堵

注浆钢花管采用外径42mm，壁厚3.5mm热轧无缝钢管，钢管前端呈尖端状，尾部焊上φ6加劲箍，管壁四周钻8mm压浆孔，间距15cm，梅花形布置。但尾部有0.6m、端头处1.0m不设压浆孔。

芯管采用φ25mm钢管，与注浆软管连接。钢花管与孔壁的间距1.0m范围用混凝土封堵或用止浆塞，以确保注浆孔的密封性。

5.4.5 注浆

注浆顺序与钻孔顺序一样：先进行最远一排注浆孔的施工，然后进行最内一排注浆孔的施工，最后进行中间一排加强注浆孔的施工。在同一排，为防止相临施工孔之间窜浆，采用间隔施工法，施工孔间距为 5 孔，先进行1#、6#、11#、16#……孔施工，再进行2#、7#、12#、17#……孔施工，按此顺序，直到施工完毕。

注浆施工步骤及施工重点：①施工注浆应先外侧边缘，后中心部位；②土层注浆宜隔排跳孔、分层进行注浆；③对于注浆效果较差地段应进行补充注浆；④注浆压力控制：注浆压力一般控制在 0.5～0.1MPa，最大压力1.5MPa，当注浆压力超过1.5MPa时，可停止注浆；必要时可间歇式注浆。

5.4.6 注浆结束标准

5.4.6.1 碎石土层

①土层注浆初始的注浆量控制，每延米注浆量达到300～500L时即可转放下一延米处注浆；②注浆范围中部的土层注浆压力逐渐增加，当注浆压力达到1.0MPa，进浆量明显减少并持续30分钟可终止注浆，当注浆压力达至1.5MPa即可停止。③注浆过程中发现冒浆暂停注浆，孔口封堵后继续进行注浆，但应减少压力或加浓浆液。

5.4.6.2 岩层

①当注浆量小于20L/min，注浆压力达到0.5～1.0MPa时，并持续30分钟时；②岩层裂隙不发育和岩层完整的钻孔，注浆压力达至1.0～1.5MPa，浆液难以注入时；③单孔注浆量达到平均注浆量1.5～2.0倍以上，且注浆量明显减少时；④冒浆点已出有效距离3～5m时。

施工工艺流程图见图5-3。

6 保证措施

6.1 安全措施

①施工过程中，施工现场专人统一指挥，调度协调。②钻机确定位置后必须垫实固定安稳，三脚架要采取防滑措施，防止机械设备滑下坡体伤及施工人员。③浆作业实施过程中，压力连接管路必须连接牢固，防止浆液喷出后伤及施工人员。④注浆泵必须安装回浆阀，并保持阀门畅通，拆除注浆管路时，要先打开回浆阀，释放压力。

6.2 质量措施

①严格按照设计要求及国家现行规范进行施工。注浆孔位准，注浆钻机偏斜率不得大于 0.3%。②严格执行注浆终结标准，注浆质量主要由注浆压力和注浆量控制。③浆体经搅拌机充分搅拌均匀后，才能开始进行注浆，并在注浆过程中不停顿地缓慢搅拌，搅拌时间要小于浆液的初凝时间，浆体在泵前需经过筛网过滤。对普通搅拌机械搅拌时，搅拌时间不少于3min。④对注浆情况进行核实和准确记录。减少串浆、大量漏浆、冒浆等异常现象，注浆压力达设计要求，并按正常工序结束注浆。⑤各班交接时，做到注浆孔移交、原始记录核对移交，以防漏灌，发现问题立即纠正。⑥检查孔是主要检测质量方法、取芯、肉眼判断注浆固结质量和抗压强度测定，固结土体强度大于0.2MPa。

7 结束语

岩门口隧道浅埋段地表注浆耗时32天，地表加固安装Φ42*3.5钢花管4891m，地表加固压注单液浆734m3。从钻芯取样看，土柱被压紧挤密，石柱裂隙充满浆液，暗洞开挖过程中，土体自稳性较好，易成拱，采取环形开挖留核心土法顺利通过了浅埋、偏压段。大大缩短开挖时间，节约投资。

参 考 文 献

[1] 孙立功.隧道工程[M].西南交通大学出版社，2006.

[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，2003.