袖阀管注浆在隧道洞口地表加固中的应用

吉 佩

（内蒙古公路交通投资发展有限公司安公高速公路项目建设管理分公司，内蒙古自治区 锡林郭勒盟 026000）

1 工程概况

某隧道全长4 812 m，进口里程K229+945，出口里程K234 + 757，隧道洞身线路大体呈N-S向局布。进口标高约558.7 m，出口标高约572.2 m，最大埋深约564.3 m。其中K229+945~K230+040段为明洞，K230+040~K230+110段为浅埋暗挖段。地表地层为硅钙质粉砂岩、粉质粘土，褐黄色，软塑状全风化围岩，且富含大量地下水，自稳能力极差，故此，施工过程中采用袖阀管注浆（劈裂注浆）工艺稳定隧道洞口地层。

2 袖阀管注浆工作原理

2.1 袖阀管构造

注浆采用的袖阀管（塑料材质、管径），包括花管段以及实管段（结构见图1）两个部分。在花管段间隔33 cm钻一组射浆孔，一般一组射浆孔取6~8个，射浆孔呈梅花形布设，其外围由长5~8 cm的橡皮袖阀包裹。

图1 袖阀管构造示意图

2.2 袖阀管注浆原理

袖阀管是一种只能向管外出浆，不能向管内返浆的单向闭合装置。在注浆期间，注浆泵输出的高压浆液通过注浆软管、注浆管后在袖阀管注浆管处集聚；在注浆压力作用下涨开PVC管外包裹的橡皮袖阀并挤碎套壳料；随着注浆压力增大，注浆浆液在注浆加固区裂隙中扩散，胶结后可提高加固区强度。

如图2所示袖阀管注浆原理示意图，在压力作用下注浆浆液进入到加固区地层中，当停止注浆时袖阀管浆液胶结后会封堵注浆口，从而避免加固区内地下水或者泥土流入到袖阀管内。

图2 袖阀管注浆原理示意图

3 注浆设计及施工

3.1 加固范围及注浆参数

为保证隧道洞身浅埋暗挖段施工安全，在暗洞施工前，首先需要对DK230+040~DK230+110段进行地表注浆加固，以改善洞身浅埋段围岩物理力学性能。

加固范围为隧道左右边墙外5 m，宽为22.86 m，加固深度为隧道拱顶与仰拱外5 m，高为21 m。

注浆采用袖阀管分段后退式注浆，地表设置20 cm厚C20混凝土止浆盘，在止浆盘中间设置Φ6钢筋网，止浆盘上部铺砌30 cm厚C25混凝土。其他地表范围内采用水泥注浆。水泥注浆孔距为2 m×2 m；注浆材料为水泥浆液，水灰比0.8∶1~1∶1；注浆压力为0.5~2 Mpa；浆液扩散半径为1.5 m~2 m；注浆开孔直径不小于90 mm，终孔直径不小于70 mm。

袖阀管注浆采用Φ60 PVC塑料管，采取垂直布设注浆孔，注浆孔采取梅花型布置，袖阀管全长设置。孔距1.73 Rm，排距1.5 Rm。满堂布置，孔深21 m，成桩直径1.2 m，平面布置见图3。

图3 袖阀管注浆孔位布置图

3.2 施工工艺及流程

图4为注浆工艺流程，涉及到的工作主要包括放样、套壳料置换、袖阀管插入以及注浆等。

图4 袖阀管施工工艺流程

3.2.1 放样定位和成孔

首先场地进行粗平，用全站仪确定注浆范围的四个角点位置，施作止浆盘。然后采用拉线和卷尺量测的方法定出钻孔孔位。

注浆孔距为2 m，为检查注浆效果及减少空间的相互影响，现场施工时采用间隔注浆的办法，隔一孔注一孔。先注外侧一圈，注浆完成后，再实施内圈钻孔注浆。

采用地质钻机钻注浆孔，孔径90~110 mm。钻机按照预先设定位置摆放到位后，应确保钻孔稳固、底部平整，在开钻前采用吊锤检测钻孔及钻头垂直度，在钻进过程中每钻进2 m均调平校正钻机，确保施工的钻孔倾斜度在1%以内。钻孔钻进采用合金钻头，若施工过程中遇到坚硬岩层时，则换成金刚钻头钻进。为防止钻孔的塌孔，采用泥浆护壁。

3.2.2 置换套壳料

套壳料主要功能是封闭钻孔孔壁与注浆袖阀管间的空间，避免注浆时浆液乱窜，套壳料主要为粘土水泥浆。在注浆钻孔施工完成后，需将注浆加固段泥浆采用套壳料置换。套壳料设计参数及性能检测见表1、2。

表1 套壳料设计参数

表2 套壳料物理力学性能检测结果表

3.2.3 袖阀管插入

在完成套壳料置换后即可向钻孔内插入袖阀管，使用的袖阀管单节长度均为4 m，邻近的2节袖阀用PVC套管连接（长度20 cm）。袖阀管埋入到位后，在套壳料以上区域浇筑固定固管止液，避免后续注浆时浆液从袖阀管、钻孔壁空间上窜。

3.2.4 注浆

套壳料养护5~7 d，强度达到0.3~0.5 MPa后，注浆花管（4带双塞）从袖阀管内部下放的注浆加固位置，从而实现分段注浆。注浆时在注浆泵上安装流量计实现注浆量监测。在注浆过程中应注意观察其他邻近注浆孔是否出现排气、返水或者冒浆等情况。

为确保注浆的顺利进行，在进行现场施工操作时，需注意以下几点：

（1）双塞管与注浆内管应紧密连接，并下放至袖阀管底部；

（2）注浆内部顶部位置应与注浆泵出浆口紧密连接，并加装压力表，实现注浆压力监测；

（3）按照预先设计配比水泥浆并搅拌均匀，水泥浆料筒通过软管与注浆机进浆口连接；

（4）开启液压注浆泵进行注浆，注浆开始压力0.5 Mpa，逐渐加压至终压2.0 Mpa并继续注浆10 min以上。

3.3 施工工艺控制

袖阀管施工过程中，为保证施工效果，需注意以下事项：

（1）钻孔时要控制好孔位和纵横向孔距，保持好造孔的垂直度；

（2）在注浆时可依据注浆效果对注浆浆液配比以及注浆参数（包括注浆压力、注浆量等）进行调整，以便提升注浆加固效果；

（3）注浆过程中要采取相应的措施来防止堵管，堵管的处理要快速及时，不能慌乱；

（4）水泥浆在注浆前若出现离析或者沉淀等情形时，应进行二次搅拌，确保注浆浆液配比在设计范围内；

（5）在注浆加固过程中应对详细记录注浆情况，掌握注浆流量、压力变化情况并综合分析，以便后续判定注浆加固效果；

（6）在注浆钻孔施工过程中以及注浆加固期间做好钻进设备、注浆设备等检查工作，消除潜在的隐患，确保钻孔钻进以及注浆工作高效开展；

（7）由于注浆管路拆卸过程中存在一定安全风险，因此在注浆操作以及后续管路拆除过程中，作业人员应佩戴质量合格的防护眼镜、佩戴橡胶手套以及其他劳动防护设备；

（8）按照相关要求进行文明施工，注浆结束护及时清理泥浆并作为清洁工作。

3.4 施工效果检验

（1）注浆加固完成后，抽样检测钻孔注浆质量，检查孔应依据现场情况随机抽取，抽取的检查孔数量按注浆孔总数5%且数量不少于3个；

（2）直观检测浆液渗透情况，浆液填充系数达到80%以上；

（3）取样测试固结体7 d单轴无侧限抗压强度为0.7~2.9 MPa；

（4）经钻孔检查，孔内无涌水、涌砂现象；

（5）隧道后续施工过程中，洞内未出现大量涌砂、涌水等情况，表明在洞口采用的地表注浆加固效果较好，可为隧道安全高效施工创造良好条件。

4 结语

袖阀管注浆是改善地层条件、提高岩体稳定性及强度的有效技术措施，可有效提高粉砂质泥岩、粉砂质黏土以及破碎岩体等稳定性，同时可实现分段、间歇及定量注浆，在隧道施工超前加固中表现出较为明显优势。

某隧道K230+040~K230+110段为浅埋暗挖段、围岩自稳能力极差，给暗洞开挖带来了极大的施工难度及安全隐患。通过采用袖阀管法对地表进行注浆加固处理，增强了隧道洞身范围围岩的自稳能力，减小了开挖过程中围岩发生垮塌的危险，成功地解决了浅埋、软弱围岩中隧道矿山法施工容易发生塌方的难题。