高原软岩隧道分段式注浆预加固技术

冯长青 胡曾强 魏小清 罗亨 李游

依托G0615线久治（青川界）至马尔康段高速公路工程，采取改进的水平袖阀管束实现分段注浆技术，实现超长注浆、稳压注浆，提高了隧道预加固效果。从工艺原理、施工操作要点、技术特点、效益分析等方面，展开阐述该技术的特征，以期为隧道预注浆加固的提供借鉴与参考。

隧道； 分段式注浆； 袖阀管束； 预加固

U455.49 B

［定稿日期］2022-05-09

［作者简介］冯长青（1978—），男，本科，工程师，从事隧道施工工作。

高原由于地质构造发育、大温差等因素造成围岩极破碎、风化严重，隧道工程常遇软岩大变形、涌水、突泥、坍方等灾害，若不及时封闭，极易造成洞内涌水突泥、地表塌陷等重大灾害，为了保证隧道开挖的稳定性，运用多种手段开展隧道预加固是非常必要的［1-6］。

注浆措施在掌子面预加固中具有得天独厚的优势，可有效改善工作面围岩参数，改变围岩应力，从而达到一定的围岩稳定性。但不同类型围岩的注浆效果差异较大。常规注浆工艺针对高原薄层千枚岩，围岩致密，孔隙度小，容易出现注浆不均匀、扩散不良，影响注浆加固的作用和效果［7-9］。目前注浆技术的缺陷表现在：一次性注浆长度一般不超过6 m，导致一次注浆加固范围小，注浆次数多，堵水效果有限［10-12］。

本文针对这些问题，研发出了高原软岩隧道分段式注浆预加固施工技术，采用改进的止浆措施、水平袖阀管束注浆系统，优化注浆工艺，提高注浆质量和效率，已符合在高原软岩隧道分段式注浆、隧道预加固、隧道减压排水等方面具有创新性，有显著的社会经济效益和应用推广前景。

1 工艺原理

采用水平袖阀管束分段、保压注浆，即通过在止浆墙上安装直接108 mm孔口管，采用钻机钻100 mm孔（图1），成孔后下3根25 mm水平袖阀管，袖阀管間隔1 m开孔，每根袖阀管开孔位置错开（图2），（如：15 m孔开孔范围分别为0～5 m、5～10 m、10～15 m），连接注浆机，注入双液浆套壳料封堵袖阀管与钻孔间间隙，钻孔内有浆液冒出即可停止，反复进行2次后。孔口安装止浆塞，开始注浆作业，按照不同开孔位置袖阀管从内至外逐一进行注浆，整孔注浆完成后拆下止浆塞。这样实现了分段注浆，确保有效注浆压力。

2 操作要点

2.1 设钻孔平台及钢管加工

采用28 m长的脚手架平台，脚手架钢管50×5 mm，长4～6 m。采用8根缆绳稳固支架，并在钢管底部提供了一个方形垫片。

2.2 浆液配制

配制水玻璃双浆，先将浓缩水玻璃放入搅拌槽，然后加水，用波美度计测试，将浓缩水玻璃配制成40 Be标准浓度水玻璃液，边加水边搅拌。

2.3 施工混凝土止浆墙

止浆墙施工位置一般在距隧道掌子面后3～4 m处开始，呈阶梯式设置，止浆墙分层浇筑，每层浇筑高度2～3 m，直至浇筑完成至洞顶；线路两侧的侧壁分层预埋6～8组200 mm排水钢管，并配有止水闸阀。在隧道掌子面止浆墙上钻有排水孔，排水孔的数量根据实测水量设定，排出的地下水通过隧道排水槽排出。

2.4 首循环初支加固

为防止注浆过程中浆液沿主支管倒流，引发初支变形，第一道循环注浆止水墙及钻机操作平台施工完成后，在隧道掌子面后方10 m范围内沿主支管进行径向注浆。径向注浆加固范围为4.2 m。

2.5 钻孔布置

根据确定的衬砌类型边界线开挖隧道开挖轮廓线，根据扩散半径的要求，设计终孔间距3～4 m，计算孔口的坐标位置，以及钻孔成孔时隧道轴向的水平偏转角。

2.6 安装孔口管

在止浆墙处钻一个1～2 m的浅孔，然后安装孔口管，孔口管的长度1.5～2.0 m，保证其外露长度不小于20 cm。

2.7 安装止浆套筒

通过法兰盘将止浆套筒安装在孔口管上，止浆套筒上装有泄压阀。

2.8 钻孔

通过止浆套和高压球阀开钻，通过钻至设计深度，加水冲刷钻渣和砂，待钻渣全部冲净后停止钻进。

2.9 下袖阀管束

袖阀管采用25 mm钢管，间隔1 m开孔，每根袖阀管开孔位置错开（如：15 m孔3根袖阀管，这开孔范围分别为0～5 m、5～10 m、10～15 m）。

2.10 注套壳料

连接注浆机，注入双液浆套壳料封堵袖阀管与钻孔间间隙，钻孔内有浆液冒出即可停止，反复进行2次。

2.11 安装止浆塞

将止浆塞推入止浆套筒，套上压盖并连接螺栓，确保止浆塞内外壁与套筒外壁连、止浆塞内壁紧密结合以达到止浆效果。

2.12 注浆

按照不同开孔位置袖阀管从内至外逐一进行注浆，达到设计的注浆压力和注浆量，可以停机，对下一个阀管进行注浆。一般情况下，最大注浆压力控制在4 MPa以内。

2.13 泄压

整孔的注浆完成后，在拆卸注浆管之前，先打开泄压阀释放压力，然后再进行拆卸，防止高压浆喷出。

3 所需材料与设备

3.1 材料

本工法涉及的主要施工材料包括、水泥浆、钢筋、混凝土、PVC管、袖阀花管、对中支架、排水管等。相关材料均需满足相应的国家、行业标准或规范的要求，并符合现场施工工艺对质量的要求，材料进场时查验出厂合格证及抽样检测。

3.2 主要机械设备

所采用的主要机械设备如表1所示。

4 技术特点

（1）止浆墙面上钻设排水孔，止水墙浇筑前预埋108 mm引水管进行引水，边堵边排，以达到注浆均匀密实的效果，解决高压富水围岩水压高、注浆困难的问题。

（2）采用袖阀管束技术完成全孔注浆，可在提高有效注浆压力，实现分段注浆，提高注浆效果，降低工程造价。

（3）每循环注浆长度为15 m，与传统分段注浆段长相比，可减少2个注浆周期，施工速度提高1倍。

（4）采用局部或全断面分段注浆预加固，保证了隧道预加固效果。

5 效益分析

5.1 技术效益

止浆墙采用阶梯式施工工艺，減少止浆墙施工难度，节省涌水造成的清废量。在止浆墙面上钻有排水孔，在止浆墙浇筑前，预埋足够数量的108 mm引水管，实现了“注浆止水+减压排水+预加固”的综合技术效果。

5.2 经济效益

采用袖阀管束技术完成全孔注浆，提高了有效注浆压力，提高了注浆效果，降低了工程造价。纵向注浆加固每循环长度为15 m（含注浆墙），开挖长度为13 m，与传统注浆段长相比，减少了2个注浆周期，施工速度提高了一倍。在此基础上，开创了一种成本低、进度快的注浆施工新方法。

5.3 社会效益

采用局部或全断面袖阀管束分段注浆的预加固对隧道超前预加固，采用“堵”“排”水结合的注浆方法加固处于掌子面前方围岩，在掌子面设置排水孔，通过排水孔降低掌子面前方围岩水压，边排边堵，以达到注浆均匀、密实，加固软弱围岩的作用，解决了高压富水围岩中水压高、注浆困难问题，保证超前加固效果。

6 结束语

本技术采用改进的止浆措施、水平袖阀管束注浆系统，优化注浆工艺，提高注浆质量和效率。本工法已成功应用于G4216线屏山新市至金阳段高速公路XJ9标段以及乐山至西昌高速公路马边至昭觉段S2-1项目，其工艺原理、操作要点等通过研究、总结并经过工程实践检验，证明工序安排合理、组织严密、工效高，已较成熟，可靠性高。

参考文献

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