隧道软弱围岩浅埋段地表加固技术研究

谢韬

摘 要 坪岗二号隧道地表邻近水库区浅埋段，涌水量大，围岩为砂土状强风化花岗岩，大部分已风化成土状，泡水易崩解，岩体自稳性级差，防止浅埋段洞内用水和坍塌是该段隧道施工的关键所在，采用浅埋段地表注浆加固技术可以有效地起到围岩加固、止水的效果，进而保证该浅埋段顺利通过。本文结合工程实例，隧道软弱围岩浅埋段地表加固技术做一些研究和探讨。

关键词 隧道软弱围岩；浅埋段；地表加固技术

1 工程概况

坪岗2#隧道为分离式双洞，左右线相距约20m，左线ZK67+330～+370及ZK67+420～+460段（总长80m）为山间沟谷；右线ZK67+320～+445段（125m）为山间沟谷，地表邻近水库区，隧道建筑净空为8.75m×6.92m，最大开挖断面面积为111.07m2。左线ZK67+320～+380（60m）、ZK67+410～+470（60m）和右线YK67+310～+455（145m）为Ⅵ级围岩浅埋段，围岩为全风化花岗岩，风化剧烈，大部分已风化成土状，泡水易崩解，层厚7.4～17.9m，隧道洞身主要穿过此地层；隧底基岩为砂土状强风化花岗岩和碎块状强风化花岗岩，砂土状强风化花岗岩为砂土夹少量碎块，裂隙发育，呈碎石土状。地下水在沟谷段主要以砂层中的孔隙水为主，水量集中在沟谷，受地表降水补给的影响大，溝谷内有洪水或季度性水流经过。围岩饱水性差，遇水后的自稳能力会大幅降低，如不对浅埋围岩进行处理，墙腰易开裂，隧道开挖中极易发生塌方、突水、突泥[1]。

2 地表注浆加固方案

在Ⅵ级围岩浅埋隧道开挖前，采用三重管高压旋喷桩从地表加固洞身围岩，加固地层主要为全风化花岗岩，旋喷至路面深度。沿洞轴线两侧布置15～16列旋喷孔，横向布置范围为16.5m，桩孔列间距为a=0.9m（横向间距），排间距为b=0.8m（纵向间距），梅花形布置。旋喷扩散半径R=0.5m，成桩直径大于1.0m，咬合大于10cm。从地表钻进至衬砌外轮廓线处，置换土体成孔，再旋喷水泥浆液，提升喷头旋喷形成桩体，桩体长度为3～4m，拱部外侧桩体长度为3m，边墙外侧桩体为4m，旋喷桩组合固结形成混凝土应力环。旋喷钻机是通过高压水、高压气对土体进行切割成孔，高压喷入水泥浆置换土体或部分土体空间，旋喷形成固结体，达到改良地层和围岩的目的。旋喷浆液水泥用量为400km/m（初喷100kg/m，复喷300kg/m），水灰比选用0.8：1，成桩无侧限抗压强度大于1.5MPa。

3 旋喷桩施工工艺介绍

3.1 施工准备

（1）修建临时生活设施，平整场地，接通施工用水、用电，设置回浆池。检查机器运转情况并做好各易损件的储备工作。

（2）在施工现场取样按设计要求进行室内配合比试验，确定浆液最佳配比。

（3）进行成桩工艺试验，确定各项技术参数，检验成桩效果，试桩数量不少于2根。通过试桩确定以下技术参数：①喷嘴型號及规格，喷嘴直径与个数，注浆压力；②压缩空气的风压③水的喷射压力与流量；④注浆管提升速度与旋转速度；⑤成桩直径、强度。⑥水灰比值及水泥掺入量；⑦成桩直径；⑧成桩强度。

（4）施工环境调查：地下埋设物状态，地下水位高程、流量、流向等，附近有无溶沟、暗河及其分布状态，地下水有无腐蚀性物质及其成分与含量，施工现场附近居民情况。

3.2 测量放样

运用导线控制法，使用全站仪和钢尺进行控制点布设，其精度要求：距离中误差：±5mm，角度中误差：±10S；参照场地情况，将主轴线控制点引至不受破坏的位置，且加以保护；在复验合格的控制点基础上，进行桩位点的放样，其精度要求为±30mm。

3.3 钻机就位

钻机调平、对准桩位，依机架两边所吊线锤平行机架为准，亦可用水平靠尺调整，倾角不大于0.5°。高压设备与管路系统畅通，符合安全要求。管路系统的密封良好，各通道和喷嘴内不能有杂物。

3.4 钻进成孔

先空载起动空压机，待运转正常后，再空载起动高压泵，然后同时向孔内送风和水，使风量和泵压逐渐升高至规定值，钻进至设计桩顶标高再减缓钻进速度，使孔径达到设计要求。

3.5 注浆工艺

高压旋喷桩注浆固结体的质量因素较多，本工程采用三重管注浆，注浆工艺是影响固结体的重要因素之一。

（1）旋喷。高压旋喷注浆，自下而上，连续进行，若施工中出现了停机故障，待修好后，需向下搭接不小于500mm 的长度，以保证固结体的整体性。本工程地质主要为亚黏土应适当放慢提升速度和旋转速度或提高旋喷压力等。

（2）复喷。在不改变旋喷技术参数的条件下，对同一土层作重复注浆（喷到顶再下钻重喷该部位），能增加土体破坏有效长度，从而加大固结体的直径或长度并提高固结体强度，复喷时全部喷浆，复喷的次数愈多固结体直径加长的效果愈好。

3.6 水泥用量的控制

在喷浆提升过程中，控制水泥用量是关键。水泥的用量与喷浆压力、喷嘴直径、提升速度及水灰比等有直接关系，具体控制方法：

（1）若水泥量剩余措施如下：① 适当增加喷浆压力；② 加大喷嘴直径；③ 减慢提升速度。

（2）若水泥量不够措施如下：①保证桩径的情况下适当减少压力；②喷嘴直径适当减少；③保证桩体强度的情况下适当加快提升速度；④加大水灰比值；针对本工程具体情况，每根桩分次进行搅拌，确保定量的水和水泥比例进行拌制水泥浆，通过调整以上参数可保证水泥量满足设计要求；针对水泥浆下沉现象（水泥浆液密度较大），采取自桩顶向下3.0m 进行复喷，可保证桩体上部水泥土强度。

3.7 冒浆处理

在旋喷过程中，往往有一定数量的土颗粒，随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面，通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况，判断旋喷的大致效果和断定参数合理性等，根据经验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20%为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因及时采取相应措施。对于冒出地面的浆液，可经过选择和调整浓度后进行前一根桩返浆回灌，以防止空穴现象。

（1）流量不变而压力突然下降时，应检查部位的泄漏情况，必要时拨出注浆管，检查其封密性能；

（2）出现不冒浆或断续冒浆时，或系土质松软则视为正常现象，可适当进行复喷；如系附近有空洞、暗道，则应不提升注浆管，继续注浆直至冒浆为止，或拨出注浆管待浆液凝固后，重新注浆直至冒浆为止，必要時采用速凝浆液，便于浆液在注浆管附近凝固；

（3）减少冒浆的措施：冒浆量过大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致；①提高旋喷压力（喷浆量不变）；②适当缩小喷嘴直径（旋喷压力不变）；③加快提升和旋转速度。

3.8 固结体控形

固结体的形状，可以通过调节旋喷压力和注浆量，改变喷嘴移动方向和提升速度，予以控制。由于本工程设计固结体的形状为圆柱形，在施工中采用边提升边旋转注浆，考虑到深层部位的成形，在底部喷射时，加大喷射压力，做重复旋喷或降低喷嘴的旋转提升速度，而且针对不同土层（硬土）可适当加大压力和降低喷嘴的旋转提升速度，使固结体达到匀称，保证桩径差别不大。

3.9 防止串孔的措施

在施工過程中，钻机应间隔开孔旋喷；在高压缩土层应适当减小喷浆压力；加快提升速度和旋转速度。

4 高压旋喷桩地表加固效果分析

采用高压旋喷桩方法进行软弱围岩浅埋段地表加固在施工中体现出了较多优点：

（1）旋喷桩固结体形成了良好的应力环，承受外部砂土地层的土压力，减小了洞内系统钢架、喷射混凝土和网片的受力。原设计隧道开挖方法为双侧壁导坑开挖，现采用上下台阶预留核心土法开挖，节省成本，加快了施工进度。隧道开挖过程中无塌方，偏拱、墙腰薄弱处钢架无劈裂现象。

（2）旋喷桩固结体有较强的止水效果，开挖掌子面和喷身混凝土表面干燥无水，围岩稳定性较好。未旋喷加固的YK67+455～+490地段有大量渗水，围岩自稳能力大大降低，钢架、锚喷网支护须紧跟开挖面。

5 结束语

通过坪岗二号隧道软弱围岩浅埋段加固技术的应用，左线ZK67+320～+380、ZK67+410～+470和右线YK67+310～+455段围岩得到了较好的加固。通过开挖支护后的监控量测显示，隧道周壁任意点的相对累计位移值小于6cm，拱顶沉降速度小于0.09mm/天，墙腰收敛速度小于0.12mm，达到了预期目的。隧道安全顺利地通过了Ⅵ级围岩浅埋段，隧道内基本无渗水，因此，用高压旋喷桩这种地表加固技术，可以对软弱围岩起到明显的加固作用，对防止隧道坍塌、变形，保证隧道顺利通过浅埋段具有显著的效果。

参考文献

[1] 刘建超.高压旋喷注浆技术在高速公路软弱地基上的应用[J].公路交通科技，2006，2006，（7）：17-19.