注浆加固在浅埋暗挖隧道中的应用

【摘 要】文革叙述了小导管注浆机理，结合保龙高速公路马家寨隧道施工介绍了注浆加固技术在浅埋暗挖隧道中的应用。
    【关键词】注浆 加固 浅埋暗挖 隧道
   
    引言
    隧道小导管注浆预支护是沿初期支护外轮廓线，按一定仰角，向掌子面施打带泄浆孔的小导管并进行注浆。充分填充土体的空隙。以改善土体物理力学性能。稳定掌子面前方的土体，以达到控制开挖松弛、崩塌、沉降，从而提高掌子面的自稳性。
    1 小导管注浆机理
    1.1小导管的梁支撑效应
    用作小导管的无缝钢管，前端以一定的角度插入开挖断面外深部围岩，后端支撑在钢拱架上面，并与钢拱架焊接在一起。根据导管的长度，一般开挖作业几个循环后进行下一次的导管施作，导管总有部分出露悬空的长度，因此，导管钢管可以看作是一端为绞支，一端为滚轴支座的简支梁，隧道开挖后可有效承受卸荷产生的部分松动压力，使二次应力场的重分布向着利于围岩稳定的方向发展。
    1.2小导管的注浆加固效应
    无缝钢管上钻取注浆孔，通过导管向周边围岩注浆，在压力作用下化学浆液渗透到砂土间的空隙中，挤出其中的空气和水份并胶结凝固，使隧道开挖轮廓线以外一定范围的松散砂土层形成整体，提高围岩的地层刚度和整体稳定性，减小了隧道周边塑性区的范围。
    1.3小导管注浆的承载拱效应
    隧道开挖后拱顶部分岩体首先失去稳定，产生坍塌，并形成自然拱。随之，遂道两侧由于应力集中而逐渐破坏，导致顶部坍塌进一步扩大形成塌落拱。对上覆围岩破碎的软弱岩土层，如果不进行超前支护，隧道拱部极易坍塌，造成施工安全和质量事故。采用小导管注浆法进行超前预加固时，理论E以注浆管为中心形成—个稳定的圆形加固体，单排或多排注浆管的联合注浆就形成了以小导管钢管为骨架的承载拱。
    2 工程概况
    保龙高速公路第三合同段位于保山市隆阳区蒲缥镇境内，路线起点里程为K529 300，起于马家寨附近，路线于K530 400处设置马家寨隧道穿越陆家山，隧道下行线全长2830m，隧道上行线全长2785m，合同止点为K533 705.22（小松坡村附近），路线综合长度4375.29m。本工程为一次建成全立交全封闭双向4车道高速公路，主要结构工程有隧道1座，盖板涵8座，盖板通道1座，其中马家寨隧道右幅隧道长2830m，左幅隧道长2785m，共计长5615m。
    3 施工技术
    3.1超前大管棚施工
    隧道拱部采用超前大管棚进行注浆加固。大管棚采用水平钻机钻孔，再打入φ108×6钢花管，钢管每节长5-6m，以长15cm的丝扣连接。其洞口打设夹角为1-2度。双液注浆泵注入水泥水玻璃浆液。
    具体工艺流程为：钻孔→布管→封面→注浆
    （1）钻孔：搭设作业平台，在作业平台上安设电动水平钻机进行钻孔，首先钻头自预埋在套拱混凝土内的φ140导向管穿过打设管棚孔，打设仰角1-2°，孔径比φ108大20～30mm。
    （2）布管：φ108管棚选用φ108×6无缝钢管加工而成，顶部切削成尖靴，以便送入孔中；超前管棚仅在拱部沿轮廓线设置39根，环向间距40cm，外插角1°～2°。
    （3）封面：注浆前喷射C25混凝土厚10cm，封闭工作面，孔口采用止浆塞封堵，以防漏浆。
    （4）注浆：采用双液注浆泵压注水泥、水玻璃浆液，浆液配比为水泥：水玻璃=1：0.5，水灰比为0.8，水玻璃模数m=3，波美度Be=35，注浆初压0.5～1Mpa，终压2.5 Mpa，注浆结束后用10号水泥砂浆充填，以增强钢管的强度和钢度。 3.2小导管加工制作与安装
    小导管采用外径Φ42mm、壁厚4mm热扎无缝钢管加工成花管，以便注浆。小导管前端加工成锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻Φ6mm溢浆孔，呈梅花形布置，间距75cm，尾部1.05m范围内不钻孔以防漏浆，末端焊Φ6环形加劲箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接，小导管加工成形。
    小导管泄浆孔采用电钻钻孔，钻孔成形后用高压风清孔，然后插孔，对土夹石、风化岩可采用液压或风枪打眼成孔。孔方向要求顺直，不得弯曲和塌孔等。安设小导管时应对准管孔的方向和角度，必要时使用液压或风动推进器将导管推入，并力求导管尾端在同一剖面且外露长度以30cm为宜。
    3.3浆液选择、配制
    根据工程施工经验，拟采取水泥一水玻璃浆液。水玻璃浆液为硫酸与水玻璃配制而成。首先将98%的工业浓硫酸稀释成18%～20%的稀硫酸，盛放在带标签的容器内待用。将40Be的水玻璃稀释成30Be，水玻璃模数为2.4，盛放在带标签的容器内待用。根据现场地质经试验后按一定比例将稀硫酸与水玻璃配制成水玻璃溶液，通过双液注浆泵将水泥一水玻璃双浆液注入土层。水泥浆水灰比为1：1～0.6：1，水泥标号为525，注浆材料应根据地质条件经反复试验进行比选确定，最终配比为：水泥浆水灰比为1：1，水泥浆水玻璃体积比为1：1，缓凝剂掺量为1.9%，凝胶时间为60s。
    3.4注浆参数的选择
    3.4.1注浆量的计算
    单根导管浆液注浆量可按下式估算：QL=ΠR2kLηαβ。
    式中：QL—单管注浆量，m3；
    Rk一浆液扩散半径，m；
    L一导管长度，m；
    η一围岩孔隙率；
    α一浆液有效填充率(0.7～1.0)；
    β一浆液损耗系数(1.1～1.4)。
    3.4.2注浆压力
    在泥岩地层采用水泥水玻璃浆液注浆时，注浆压力一般为0.5～1.OMPa，必要时在管口尾部设置止浆塞。可按下式计算：P=(0.4～0.6)γh；P一注浆压力，Kpa；γ一砂的重量，Kn/m；h一被注浆砂体厚度，m。
    3.5注浆
    注浆顺序为先注无水孔。后注有水孔，从拱顶顺序往下进行，注浆压力控制在0.2-0.5MPa。当压力达0.5MPa。停止注浆泵.等待几分钟后若压力下降，再继续注浆。这样反复几次，直到压力持续5min而不再下降时停止注浆，注浆完成后，立即关上小导管端头阀门，防止浆液外流。然后卸下注浆管，注浆过程中逐管记录注浆时间、注浆量、注浆压力、发生情况及处理过程。
    注浆质量标准，注浆孔的布置角度及深度应符合设计要求，孔位与设计位置的允许偏差为±50mm；当注浆压力达到设计终压或注浆量达到设计值的80%以上时，单孔注浆结束；当所有注浆孔均符合单孔结束条件、无漏注情况时，全段注浆结束。
    4 结语
    通过小导管注浆把周围一定范围内的砂土固结成整体，形成了支护壳体，提高了掌子面前方围岩的强度和刚度，大大减少了开挖引起的围岩松动和坍塌，并且通过该方法还有效地控制了地层的下陷和地表的沉降量。
   
    参考文献：
    [1]叶观宝.地基加固新技术[M].北京：机械工业出版社，2002.
    [2]王建平，张富强.小导管注浆预支护技术在城市浅埋暗挖隧道的应用[J].河北建筑工程学院学报，2003，21（1）. 来源: 《www.jianzhu518.com》.