浅谈帷幕注浆对稳固围岩的作用

赵广智

【摘 要】玉皇庙隧道位于中起伏低山工程地质区，属山岭区高速公路上下行分离四车道双洞小净距隧道，为东西向山脊，植被较少，为东西向山脊，植被较少，出口为坡角，山势较缓。出口段属于超浅埋地段，该段隧道埋深最浅仅有10.5m。隧址为燕山期火山熔岩，岩体为红褐色、青灰色块状安山岩及安山玢岩，节理发育，岩体整体性较好，局部破碎。山顶为全风化碎石土，无基岩出露。地下水类型为基岩裂隙水，透水性较好。本文介绍了隧道帷幕注浆施工技术，并通过工程实例详细介绍了帷幕注浆施工方法、适用范围以及对隧道围岩的稳固作用。

【关键词】帷幕注浆 围岩加固 双液浆

1 帷幕注浆方案的确定

玉皇庙隧道大里程洞口位于一小山沟下游，离大里程洞口120m处有一“V”形沟，从洞口到该“V”形沟处隧道埋深浅，最小埋深10.5m。洞身开挖采用三台阶+预留核心土环形开挖法，用挖掘机配合人工修整进行开挖施工，进洞后掌子面围岩为土黄色条带状全风化安山岩，节理、裂隙非常发育，手可掰断，锤击声哑，岩体富含水，呈碎块状结构，岩体强度低，工程地质性质及围岩自稳能力较差，围岩未扰动时成块状，有明显的节理、裂隙，一经扰动，容易掉块、塌方，围岩松散成颗粒或粉状，遇水即成泥状，掌子面围岩极易发生塌落事故，尤其是在上台阶开挖时，拱顶处塌方掉块严重，给施工带来极大的安全隐患。为了保证施工安全，加强拱顶处围岩预加固效果，经过认真分析对比，最终决定采用洞内帷幕注浆堵水设计进行围岩加固处理，确保围岩稳定性。

2 施工工艺及控制要点

2.1 施工目的

针对隧道拱顶处围岩破碎、松散，容易掉块及上断面初期支护完成后喷射混凝土出现掉块、开裂的现象，结合超前地质预报资料以及开挖现场实际围岩情况等综合分析，采用对上断面围岩进行帷幕注浆预加固，改善围岩松散、掉块的状性，加固围岩，限制排水量，保证隧道洞室稳定，确保施工及运营安全。

2.2 施工方法选择

经认真对比后施工时采用较为先进的二重管无收缩双液工法注浆加固，通过加固处理，改善围岩状态，以达到稳固围岩的预期目的。

2.3 围岩加固原理

注浆时在不改变地层组成的情况下，将围岩裂隙间存在的水强迫挤出，使围岩裂隙充满浆材并使其固结，达到改良加固围岩性状的目的，加强围岩的粘结力，从而使围岩粘结强度及密实度增加，起到加固作用；颗粒间隙充满了不流动而且固结的浆材后，使围岩透水性降低，而形成相对隔水层。

2.4 施工工艺

（1）浆液配制；采用双液浆为A液（水泥、外加剂和水组成）和B液（改性水玻璃液）的混合物，外加剂主要是调节浆液的可注性和混合液的凝结时间，凝结时间由注浆时的压力和要求的扩散范围共同决定。A液中各成分放入搅拌机的顺序为：水、外加剂、水泥。两种浆液在注入前拌合均匀，并经常检查两种浆液混合后的凝结时间是否符合要求。每立方双液浆材料用量如下，B液400L：其中改性水玻璃300L、水100L；A液600L：其中水泥200kg、H剂6L、C剂6-12L、Xpm剂45L、水337-343L。（2）注浆孔的布置；为了克服掌子面开挖时拱顶及拱腰处塌落、掉块的现象，将注浆孔布置在掌子面上半断面，进行超前预加固帷幕注浆。注浆孔自掌子面沿开挖方向，以隧道中轴为中心呈伞状布置，浆液扩散半径为2米。综合工程地质、水文条件以及钻机的能力，隧道帷幕注浆段长度确定如下：每个循环注浆加固范围在开挖轮廓线以外3m，加固长度为12m。结合现场实际施工情况，开挖时预留2m作为下个循环的止浆盘，并在止浆盘上喷射10cm厚的C20混凝土，封闭加固止浆盘，因此每循环实际有效加固长度范围为10m。注浆孔共三排：第一排布孔在开挖轮廓线以内0.5m，孔距2.5m，钻孔时往开挖轮廓线扩散角度控制在41°左右，钻孔深度控制在5.32m；第二排布孔在开挖轮廓线以内1.5m，孔距2.5m，钻孔时往开挖轮廓线扩散角度控制在29°左右，钻孔深度为9.18m；第三排布孔在开挖轮廓线以内2.5m，孔距2.5m，钻孔时往开挖轮廓线扩散角度控制在25°左右，钻孔深度为13.20m。如下图1 所示：钻孔采用TXU-75A型钻机，钻孔直径为φ42mm，保证注浆效果并在孔内安装内径为20mm的钢管。

（3）注浆量计算：浆液的扩散半径和岩层裂隙很难精确确定，注浆量的估算我们按下式计算：Q=Лr2hnα（1+β）；Q—注浆量；R—浆液扩散半径；h—导管长度；n—地层孔隙率（根据地层而定，现场按0.2估算）；α—注浆孔隙充填率，一般在0.7～0.9或通过试验，现场施工按0.8进行估算和实际压浆量进行对比；β—浆液损失率，一般取10～30%，现场施工按30%进行估算。

（4）注浆压力的选定：注浆压力对浆液的扩散、裂隙的填充起着决定性的作用。要有足够的压力才能客服静水压力和地层阻力将浆液压入岩层中，以达到注浆固结圈的厚度，注浆压力是浆液在岩层裂隙中流动、扩散、填充的动力，注浆压力与岩层裂隙发育程度、水压力、浆液材料的黏度和凝结时间长短有关，通常按如下经验公式计算：

根据地层深度计算：P=KH，P为设计注浆压力终值（MP），H为注浆处深度（M），K为注浆深度确定的压力系数，该隧道最大埋深为120米，综合确定各种因素，K初步拟定为0.034，最大注浆压力值为4MP。经过开挖实验，该压力能够满足注浆需要，达到了预期效果。

（5）工艺流程及要求：帷幕注浆工艺流程：施工准备---测量定位---钻孔作业---清孔---钻孔验收---小导管加工、安装、加固---连接、调试注浆管路---双浆液制备---注浆作业---注浆效果分析---结束。如果注浆效果分析后不能满足要求，要调整注浆参数、改变外加剂用量、重新配置浆液进行二次补注浆。钻孔定位：利用测量仪器，定出掌子面钻孔位置，控制好钻孔扩散角角度。空位偏差不大于5cm，扩散角偏差不大于2°。钻机就位：钻机按指定位置就位，并在技术员指导下调整钻杆的角度，对准孔位后钻机不得移位，也不得随意起降，调整角度。钻进成孔：钻孔施工时要先慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况以确定该地层条件下的钻进参数，再按正常速度进行钻进施工。施工中应密切观察钻进尺度及溢水出水情况，出现溢水时立即停钻，先行注浆止水，再分析原因。确认止水效果后方可继续钻孔。浆液配比：采用计量准确的计量工具，检验合格后按照设计配比严格加放配料。注浆：注浆管的设置和钻孔的方法一样，使用的喷入管直径为φ20mm，注浆时在注浆管端头装上一个三通，分别与注浆泵上的A、B液管相连，注浆管作为双液的混合器，使浆材在管内混合后，利用高压力，使浆材能浸透到围岩中。严格控制注浆压力，并密切关注注浆量，当压力骤然上升（下降）或从掌子面溢出时，应暂停注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆，由于该段为浅埋段，应专门安排人关注洞外地表是否有地表溢浆现象，一旦出现，应暂停注浆或降低注浆压力，待浆液凝固后，再正常进行注浆。注浆全过程应加强施工检查和监测，防止地面出水溢浆。注浆胶凝时间的确定：根据压水实验确定，如进浆量大于300（l/min），泵压力长时间不升高，胶凝时间选定为1-2分钟；如进浆量在100-300（l/min），泵压力稳定上升，胶凝时间选定为2-3分钟；如进浆量小于100（l/min），泵压力升高较快，胶凝时间选定为3-4分钟；胶凝时间可通过外加剂用量进行适当调节。注浆结束标准：单孔注浆压力达到设计终压并继续注浆3min以上，可结束本孔注浆，单孔注浆量与设计注浆量基本相同，结束时的注浆量在20-30（l/min）以下时可结束本孔注浆。注浆可以分两次或多次进行，第一次可适当把压力调大（可达到4MPa），让浆液充分渗透到围岩中，然后停止或降低注浆压力，待渗透到围岩中的浆液凝固硬化后作为后续注浆的止浆盘，然后在进行补强注浆，补强注浆的压力根据注浆量的大小进行调整。根据注浆量的大小，渗透注浆和补强注浆可反复进行。

（6）二重管无收缩（WSS）定向注浆施工的特点：一、注浆液对土层具有很强的渗透性，注浆加固范围可根据围岩的性状，通过调整注浆材料及压力进行控制；二、注浆液凝结时间可以自由调节，并且可以实行反复注浆施工；三、施工从钻孔到喷浆完毕，可以连续进行；四、对于任何围岩都可以进行注浆施工。

3 结语

通过现场施工情况来看，通过洞内帷幕注浆加固围岩，效果还是比较明显的，围岩等级能够得到提高，并且也起到防水隔水作用。在掌子面开挖过程中，围岩强度明显有所提升，掉块大大减少，对围岩起到了比较好的稳固作用。既有效保证了施工质量和安全，又克服了隧道埋深浅、自稳性差，施工难度大的技术难题，更减少了成本支出，增加了经济效益，并为类似工程提供了成功范例。

参考文献

[1]张玉强.隧道施工中帷幕注浆技术探讨[J].城市建设理论研究，2013（3）.