隧道超前预注浆施工探讨

李小娇

【摘要】超前预注浆是一种在工程开挖前通过注浆充填围岩缝隙的施工工艺，具有阻塞水流、加固围岩的作用。本文围绕灌浆参数设计、注浆施工方案、超前预注浆施工技术要点，探讨了超前预注浆施工技术在隧道工程中的具体应用，以供参考。

【关键词】隧道工程;超前预注浆;施工技术

超前预注浆是隧道施工中的常用技术，在加固隧道围岩、抑制地层位移、防范地表沉降等方面起到关键作用。由于隧道工程的施工难度普遍较大、影响因素较为复杂，因此需在使用超前预注浆工艺前完善施工准备与安全防护工作，加强对注浆方案、材料、工艺、设备等要素的把控，便于达成最优注浆效果。本文以某市地铁二号线穿越岩溶区段为背景，根据该段地铁隧道的拱顶沉降监测数据，结合注浆加固原理和浆液渗透理论，通过分析注浆材料和注浆参数，得到岩溶区段注浆后形成的复杂受力状态特征和位移变形分布规律，最终给出地铁隧道穿越岩溶区合理的处治方案。

1、注浆参数的确定

注浆过程涉及到注浆参数的确定，包括：注浆压力、注浆量、扩散半径和注浆段长度。

1.1注浆压力

注浆压力指浆液克服流动阻力，在地层间扩散、充填和压实所需力。注浆压力与注浆地点的水头压力、岩土体孔隙状态、土层与浆液之间的摩擦系数、注浆断面面积、浆液凝固时间等因素有关，并没有统一标准，通常根据现场注浆试验来确定。

1.2注浆量

注浆量是指注入地层中浆液的使用量，可分为单孔注入量与注浆段总注入量，注浆量应根据工程地质概况、水文条件、注浆方案、所选浆材和预期注浆效果来确定。

1.3扩散半径

扩散半径是指在注浆压力下，浆液从注浆孔沿地层间孔隙向四周扩散，逐渐填满地层孔隙，最终凝结硬化岩土体的范围，可近似认为注浆范围呈球形分布。

1.4注浆段长度

根据注浆方式可分为全段一次注浆与分段注浆，分段长度不同，所取得的加固效果、消耗的经济成本、施工的难易程度不一样。所取段长越短，注浆压力作用越显著、浆液扩散越均匀、加固效果越好。

2、注浆设计

2.1注浆范围

本文岩溶形状近似为长方体，考虑到堵水加固的目的，为避免勘察的不完全性，注浆的范围大于溶洞本身范围。在岩溶两端沿隧道轴向各延伸3m，注浆段起讫里程为AK3+217～AK3+253;在垂直于隧道轴向方向，考虑到地铁隧道的安全稳定性，以隧道轴线为中心线，向两边各延伸隧道直径的1倍，即两边各延伸12m;在岩溶高度方向，其最大高度为21m，由于隧道顶部土层厚1.05m，隧道底部土层厚13.95m，隧道直径6m，因此高度方向注浆23m，其中隧道顶部以上注浆2.0m，隧道底部以下注浆15.0m。也即注浆最大范围为36m×24m×23m。在钻孔注浆过程中，沿竖向打到岩层内部2m深度范围内即可。

2.2注浆材料

由于岩溶内部充填物主要为红黏土，且夹有少量石灰石碎屑，浆液很难通过渗透注浆方式注入，故选择悬浊型浆液，采用劈裂注浆方式进行注浆。选用水泥?水玻璃（CS）浆液，可方便调节胶凝时间，水泥采用425号新鲜普通硅酸盐水泥，无受潮结块现象，注浆用水可选择自来水厂饮用淡水，但要严格控制注浆用水的酸碱度，水灰比选用1∶1，水玻璃要求符合国家标准。

2.3注浆孔布置

全孔采用Φ110套管，Φ108钻头钻进，护壁套漏出地面0.5m。注浆管间距1.5m，多排注浆孔布置，注浆孔采取梅花形排列，由岩溶外围逐渐向里推进，共钻孔400个。

2.4注浆方式与注浆分段长

采用地面预注浆方式，由于岩溶上部有6m厚的岩层，考虑采用分段上行式注浆。注漿分段长为4m，当岩溶高度不足4m时，采用全段一次注浆。

2.5胶凝时间与注浆压力

岩溶内含水，但并未发现涌水现象，因此胶凝时间取3min。由于岩溶区域地层大部分为红黏土层，注浆压力考虑取为0.6MPa，并根据施工过程中出现的情况随时调整浆液压力。

2.6注浆量

浆液注入量应该保证充填率在50%左右，浆液注入量预设为4m3/m。根据以上各预设参数进行注浆，然后根据现场注浆实际情况调整相应参数，以期达到最优注浆效果。

3、注浆施工工艺

3.1施工准备

施工前对该岩溶段进行土层地质调查，详细了解该岩溶的大小与分布情况，以确定注浆孔布置以及浆液制备;对土层成分进行成分分析，确保浆液与土层中某些成分之间的化学反应对于注浆效果不会产生影响，如若出现不利影响，应及时调整浆液成分，避免与预期效果相差较大;调查对地下水分布情况，测定自然水位，求出土层渗透系数，避免出现泡浆情况。通过试验研究，分析地下水酸碱性对注浆效果、浆液胶凝时间、水泥硬度及耐久性的影响;对周边环境进行调查，详细掌握周边建筑物的基础类型，防止注浆施工期间对周围构筑物产生不利影响。调查地下水井分布情况，对饮用水源采取保护措施，防止浆液流入井中，做到不污染地下水。完成上述调查之后，组织施工人员清理施工现场，进行设备调试，孔位测设，制备注浆材料。

3.2注浆孔施工

搭建施工平台，采用多台MG-50高压旋喷钻机同时钻进，各钻机对准已测设好的孔位进行钻孔，要求孔位偏差不超过2cm，钻孔一次性完成，钻孔深度应超过设计深度0.3m以上。做好钻探详细记录，记录各钻孔钻进尺寸，岩土层变化区段，出现涌水位置等，根据钻进速度判断各岩土层强度。根据实际钻孔情况，整个钻孔过程中无涌水现象发生。

3.3安装注浆设备进行压水试验

安装完注浆设备之后，进行压水试验，注水量逐渐增大，注浆压力比设计终压大0.5MPa，检查注浆是否有窜水、漏水现象出现，测定压水流量，测定钻孔吸水率，检查止浆塞止浆效果。根据现场实际检测结果发现注浆孔段吸水量Q为25L/（min.m），进水量不大。

3.4确定浆液配合比

根据压水试验所采集的试验数据，选取水泥-水玻璃浆液，采用42.5号普通硅酸盐水泥，水灰比为1∶1。在配方中加入所需添加剂，先将少量组分与中等量稀释剂混合，进行搅拌，再与大剂量浆液搅拌均匀，并在浆液中加入了适量惰性染色剂，为后续确定浆液渗透范围分析所用。

3.5注浆

注浆顺序先疏后密，先周边后中间，浆液密度由稀到浓交替进行。先开水泥浆泵将孔中的水压入裂隙，后开水玻璃浆液泵进行注入，实现双液注浆。注浆全过程观察并记录注浆量与注浆压力。当注浆压力达到设计的0.6MPa时，若注浆流量稳定在100L/min时，即可停止注浆。

结语：

围岩稳定性现已成为影响隧道施工质量与顺利贯通的重要因素，采用超前预注浆施工技术可实现围岩缝隙的有效充填，具有阻塞水流、加固围岩等现实功用。在具体使用过程中还需强化对注浆参数、注浆方案、施工技术要点等环节的动态管理，完善注浆效果检验评价，进一步为隧道施工的质量与安全提供保障。

参考文献：

[1]武卫星，朱敏，郭晓刚.地铁工程穿越岩溶地区处理技术研究[J].人民长江，2011，42（1）：47-49