水泥注浆在隧道坍方处理中的应用

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【摘要】文章以新建黄织铁路打括隧道施工为实例，具体介绍了注浆在隧道坍方施工中的应用，从而有效地保证隧道坍方处理施工安全。

【关键词】隧道坍方；注浆技术；坍方体

水泥注浆技术具有施工方法简单、方便、快速、有效等特点，同时具有凝胶时间可以调节、能控制浆液的扩散范围、固结强度高、结石率可达100%等优点。因此，在浅埋、软弱围岩隧道施工及隧道坍方处理中被广泛应用。

一、工程概况

打括隧道位于新建黄织铁路毕节地区织金县境内，其进口里程为D1K44+845，中心里程为D1K45+847.5，出口里程为D1K46+850，全长2005m。进口D1K44+845～D1K45+693段848m属于浅埋、软弱围岩隧道，隧道埋深为5m～30m，为单线电气化铁路。

二、隧道坍方原因

打括隧道进口端D1K44+925～D1K44+968段地表为洼地，隧道覆盖层薄，孔顶至地表为15m，隧道开挖过程中连降大雨，隧道内淌水严重，使该段隧道覆盖土层已渗透软化，自稳能力差。造成打括隧道D1K44+925～D1K44+968段发生冒顶坍方，长度43m。隧道坍方体为黄色的软、流塑状粘土、粉粘土，局部夹杂少量粗细角砾，天然含水量较大。软、流塑粘土有以下几个特性：以粘粒和粉粒为主，细而腻，结构基本为絮团状，孔隙大，压缩性大，强度底；粘粒周围结合水膜及水中化学成分，产生了颗粒间的胶结作用，使流塑粘土呈胶体状，表面有一保护膜，水中浸泡不易分散；具有触变性，在边搅拌边振动或拍打能变成稀泥状，但静置后则重新呈现凝胶状。

三、注浆在隧道坍方处理中的应用

考虑到坍方体具有强度低，灵敏度高，易产生蠕动现象，开挖后自稳能力差，地面沉降难以控制，严重时洞内可能再次发生坍方，扩大坍方长度，导致隧道施工困难加剧。为避免坍方加剧，打括隧道D1K44+925～+968坍方段处理施工中采用地面注浆、隧道内工作面注浆、隧道周边浅孔注浆等三种注浆方式相结合的施工方法，以保证坍方处理施工安全。

地表注浆

在地表坍方周边插入注浆导管，间距1m，梅花形布置，注浆导管采用φ42无缝钢管制成，长3.5m，管壁每隔20cm交错钻眼，眼孔直径6～8mm，根部留1.5m不钻眼做为止浆段。按预定的水灰比及注浆压力开始注浆，注浆过程中，观察断面是否有浆液渗出，若隧道内坍方处自上往下有浆液渗出，则维持注浆压力30s后停止注浆；若隧道内坍方处没有浆液渗出，注浆压力达到0.8Mpa后停止注浆。注浆固结地表土体，防止地表水流入隧道内加大坍方面积，增加工作面施工难度。

隧道内工作面注浆

隧道内采用两环大管棚注浆及Ⅰ18工字架加强支护通过。在D1K44+920处施做第一环大管棚导向墙，第二环大管棚导向墙设置于D1K44+942处，导向墙厚1.0m，长1.0m。大管棚水平钻孔开孔φ102mm，选用φ89热轧钢管，壁厚8mm，每环每根长度为25m。第一环大管棚外插角为6°，第二环大管棚外插角为2～3°，环向间距40cm，每环27根。大管棚内注入水泥净浆，净浆水灰比1：1，注浆压力：初压为0.5～1Mpa,终压为2Mpa,注浆压力以控制水泥净浆不冒出地表为原则。注浆结束后用C10水泥砂浆充填管棚钢管，增强钢管的强度和刚度。大管棚注浆时先注无水孔，后注有水孔。在无水地段可从拱脚起顺序注浆。注浆速度根据注浆孔出水量大小而定，一般从快到慢。注浆结束时将闸阀关闭，卸下进浆管，进入下一循环。

隧道周边浅孔注浆

为防止大管棚外插板围岩掉块，D1K44+925～+968段拱部设置φ42注浆钢花管，外插角45°，环向间距40cm，每根长度4m，每1.8m一环，每环26根。边墙设置φ42注浆钢花管注浆支护，小导管外插角45°，每环每侧10根，每根长度为3.5m，每1.8m一环。同时，在施做完工字钢架支护后，设置φ42径向注浆钢花管，径向注浆钢花管垂直于岩面，环向间距为1m，与工字钢架焊接牢固。注浆钢花管注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防渗漏，对强行打入的钢管进行冲清管内积物，然后再进行水泥水玻璃浆液注浆，注浆顺序由下而上，浆液用搅拌桶搅拌。在施工前取现况土样进行水玻璃浆液配比试验，来指导现场注浆施工，要求水玻璃模数范围为：2.8～3.3，浓度要求在40Be’以上。注浆压力：初压为0.1～0.3Mpa，终压为0.5Mpa。注浆时，要时刻观察压力和流量变化，压力逐渐上升，流量逐渐减少，注浆压力达到0.5Mpa后要稳定3min即可停止注浆用棉纱塞紧孔口转入下孔注浆。

随着注浆的连续进行，注浆压力和进浆量增加，而土层吃浆量和进浆速度逐渐减小，土体内孔隙趋向填满。由于浆液对周围的土层连续扰动、压缩，使土颗粒移动，重新排列，浆液中的水泥颗粒慢慢吸收周边土的水份，有利于土体的脱水排气，利于复合围岩的形成，并通过张性层理劈裂压入浆材并凝固成脉，迫使土体向上地层传递压力并以辐射状局隆起重新分布，经过压缩、脱水，稀泥状粘土已变成土中，抗压强度提高，承受隧道周边部分围岩压力，不仅起到临时防渗加固的作用，而且能作永久围岩加固。

完成大管棚及注浆钢花管注浆施工后，待注浆达到规定强度时，在管棚及超前小导管支护环的保护下按短台阶法开挖，上台阶超前下台阶6～10m，及时支护，衬砌紧跟。其工序为：开挖→初喷→挂网→架立工字钢架→施作外插角45°及边墙注浆钢花管→复喷至设计厚度→进入下一循环开挖→及时施做二衬。

四、结语

实践表明，注浆在隧道坍方处理中发挥了很好的作用，隧道内坍方体软、流塑状粉粘土在高压力的浆液作用下，在土体压裂区中，浆脉与粘土互层，并经过多次挤压提高效率氧相互掺透，形成浆脉网络，浆脉一方填充和挤密脱水固结为硬塑状粘土，另一方面起着土体骨架作用，从而改变土体对外力的反应机制，使土体的变形受到约束，使围岩的强度、稳定性、抗渗性均得到提高。

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