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李安森
中铁隧道集团三处有限公司
摘要：本文结合工程实例，对高速公路隧道地表深层注浆施工工艺和方法进行了详细探讨，可供同类工程参考。
关键词：高速公路；隧道地表；深层注浆；施工工艺
1、工程概况
广乐高速公路龙归隧道左线原设计里程ZK97+555～ZK98+120（565米），明洞增长后变更后里程ZK97+492～ZK98+130（638米）。龙归隧道右线原设计里程YK97+520～YK98+160（640米），变更后里程YK97+520～YK98+165（645米）。经上级主管部门召开了广乐高速公路韶关段工程技术协调会后，决定采用龙归隧道地表注浆方案。为了加固左右线中夹岩柱，最大限度的使双洞独立受力，同时为了加固右线洞顶围岩以促其形成安全可靠的承载拱，采用Φ108 钢花管进行地表深孔注浆。
2.深层注浆工艺和方法
2.1工艺流程
施工顺序：放线→钻机就位→钻孔→清孔→插入钢管→孔口密封处理→钢花管注浆→补浆→进入钢花管注浆循环→分析评价注浆效果。
2.2钻孔
本次注浆试验钻孔采用了两种成孔方法：一是风动潜孔钻，二是地质钻。风动潜孔钻采用φ130钻头，地质钻采用φ108岩芯管。地质钻成孔速度慢，每台钻机需4～5天才能成一孔；潜孔钻成孔相对较快，一天能成2～3个孔。但潜孔钻遇到漏风、卡钻和吹渣困难（特别是地下水丰富的软岩中）时，需换地质钻成孔。而且在隧道洞顶部位的钻孔，潜孔钻定位偏差相对较大，需地质钻成孔。采用地质钻成孔时，严格按间隔2孔原则钻孔，否则可能由于地质钻循环水渗漏严重，影响隧道安全。
① 测量定位。根据设计测量孔位，孔位允许偏差不大于50mm，在孔位插上竹签，绑上红塑料袋子，并在红袋子上写明孔号和孔深，尤其注意隧道顶上钻孔。
② 修整钻机平台。因山坡地表地势较陡，钻机摆放不下，需用勾机适当修整，才够放得下钻机，并确保施工安全。
③ 钻孔方法。地质钻机钻进时，首先要摆正、垫稳钻机，做好泥浆池，调试浆泵，做好开钻前的准备工作。在类软土地层，开孔时可用三叶钻头或取土器成孔3.0～5.0m，然后换钻头钻进，施工中，在半土半岩地层一般用套钻的方法，即先用合金钻头钻进，遇到较硬的孤石，钻进较慢时就换金刚石钻头，钻过硬的孤石后又换合金钻头；在弱风化地层，则主要用钢砂钻头钻进，虽然钻进速度较慢，但比金刚石钻头和合金钻头成本要低。
用潜孔钻机时，先将钻机由水平方向改装为垂直方向，并用支撑架固定，不得有松动，钻进中要做到“一听、二看、三记录”原则。一听：根据潜孔锤在地层下冲击发出的声音，分析地层情况；二看：根据吹出来的岩尘样，分析岩层的变化情况，决定操作进度快慢，进钻压力大小；三记录：各机台填好机台报表，及时记录钻进时间、回次、钻进深度、漏风卡钻情况、岩层、地质水文情况。
④ 成孔验收。钻孔垂直偏差允许值1%，钻孔到设计深度后，测量深度，并用测绳先试下放一次，确认可以下到设计深度后，开始正式下钢花管。
2.3注浆
注浆分第一次常压注浆和第二次分段劈裂注浆。
注浆前先将水泥从储存区转运至制浆区，同时保证蓄水池要有足够的水。然后按配合比制浆，注浆。注浆量按设计量的1。3～1。5倍控制。
2.3.1一次常压注浆
一次注浆配合比为水泥：水=1：0.45～0.5，从一次常压PVC管注浆，注至空孔冒浆为止，注浆体填充钢管与钻孔间的空隙，钢管内无水泥浆。压力一般为0.2～0.5MPa。
2.3.2二次劈裂注浆
一次常压注浆间隔5～12小时后，当一次注浆体的轴心抗压强度不低于5MPa时，进行二次劈裂注浆。二次劈裂注浆配合比水泥：水=1：0.6～0.8，以钢管作为二次劈裂注浆的注浆管，通过劈裂一次注浆的注浆体，浆体向四周扩散，加固岩体。瞬间劈裂压力一般为2～3MPa。
3 注浆效果分析
1）渗透填充作用
通过水泥浆液的渗透，直接填充了强风化破碎灰岩、砂岩、泥质粉砂岩等较硬质岩体的溶洞、溶槽、溶隙、软岩和土体中的空隙、开挖引起的松动裂缝塌落空洞。
2）劈裂挤密作用
水泥浆在一定的压力作用下，软岩和土体挤密，在薄弱部位进行劈裂，并延劈裂面渗透浆液。
3）对地下水的抑制作用
通过注浆，堵塞了地下水和远处地下水的补给通道，阻止了地下水向注浆加固区补给；同时，改善了注浆加固区地下水的储存条件。由于岩土体中的裂隙、空隙、溶洞、溶槽、溶隙、松动裂缝、塌落空洞被填堵，阻止了地下水在注浆区的富集。
抑制地下水，既防止了炭质岩、泥质岩和粘性的强度软化，也阻止地下水向隧道洞渗漏，减少了地下水对隧道结构体的直接压力。从而，减小了隧道地质条件的长期恶化。
4.结论
针对龙归隧道建设期发生的历次病害，从地质条件、开挖扰动、地下水作用进行了分析总结；根据试验段现场试验，对地表深层注浆的工艺方法进行总结提炼，对注浆的工程效果进行了分析评价。通过试验提出以下主要结论：
1）龙归隧道地质条件不良是导致隧道病害的内因
龙归隧道穿过地层主要是石炭系测水组地层，岩性由炭质灰岩、炭质页岩、泥质砂岩、砂岩和残积粘性土，岩体破碎褶皱，软硬分布不均，受水后风化速度快，强度易软化。在地形上存在一定偏压。岩体中发育溶洞、溶槽、溶隙、裂隙裂面。在自然状态下，龙归隧道的岩土结构体可概括为软弱破碎体。
2）开挖扰动是导致隧道病害直接外因
在地质不良的山体中，开挖间距33m的双线隧道，引起了大范围的松动变形，其松动破裂角60.3°～66.20°；根据钻孔揭露的异常情况，洞顶以上8～12m为极严重松动区，，12～24m为严重松动区，在此厚度范围内裂缝发育；以上至地表为牵引松动区。而且，左右洞松动范围搭接，隧道变形相互影响。 在松动区产生变形松动裂缝，直至地表，且由于下部塌落形成许多空洞。开挖的直接作用导致建设期发生一系列隧道病害：
①松动区产生地质偏压，和地形偏压共同作用造成隧道偏压侧推，洞体结构开裂错位；
②粉质粘土浅埋段隧道塌方冒顶；
③灰岩溶洞发育部位发生塌方沉陷；
④基础软硬过渡段发生不均匀沉降开裂；
⑤开挖地段引起老滑坡复活，形成了新滑坡；
⑥出口浅埋偏压段发生顶板塌落沉陷。
3）地下水的长期作用构成隧道运营安全的长期隐患
松动区为地下水的补给和密集提供了良好的条件，地下水的长期作用导致松动区岩土体强度软化，和松动区的进一步扩展，地质偏压的问题越来越严重，致使在运营期间可能再次产生：
①隧道偏压侧推力增加，结构开裂错位；
②基础软硬不均匀地段沉降开裂；
③溶洞和空洞继续塌落，踏空区域增大，增加洞体受力；
④大量的地下水不断向松动区密集，隧道渗漏水越来越严重。
4）洞顶地表深层注浆效果明显
通过试验段现场试验，注浆量较大，但浆液都集中在有效加固区内，不存在四处跑浆的异常情况。根据注浆过程现场调查，浆液平面流动范围为，平面顺隧道纵向扩散半径为25-45m，垂直隧道横向扩散半径不足10m。通过注浆控制注浆方法，二次注浆控制在洞底至洞顶以上10m的高度范围内。对这一空间范围内，所有浆液对加固隧道，改善地质条件和围岩体结构都起到了有效作用，不存在浆液浪费现象。
5）提出的地表深层注浆工艺和方法可行
由于注浆区地质破碎、岩性软硬分布不均，溶洞、空洞、裂隙、裂缝发育，加之孔深，成孔技术难度大。通过试验，总结了地质钻结合潜孔钻的成孔工艺和方法，并提出了塌孔、卡钻、掉钻等特殊问题的技术处理方法。通过探索和总结，提出了长大竖向钢花管的制作加工和安装就位的方法和工艺。针对成孔过程中遇到的不同的地层情况，提出三种注浆控制方法：一是，溶洞、空洞区，采用在二次劈裂注浆段顶封孔，封孔以上采用一次封孔注浆，封孔以下采用二次填充注浆；二是，裂隙、裂缝发育地段，注浆量较大时采用了总注浆量控制的方法；三是，二次劈裂注浆出现二次劈裂压力时停止注浆的方法。
以上总结提炼的成孔、钢花管制安、控制注浆工艺和方法有效可行。
参考文献：
[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术，2009，（08）：38-61.
中铁隧道集团三处有限公司
摘要：本文结合工程实例，对高速公路隧道地表深层注浆施工工艺和方法进行了详细探讨，可供同类工程参考。
关键词：高速公路；隧道地表；深层注浆；施工工艺
1、工程概况
广乐高速公路龙归隧道左线原设计里程ZK97+555～ZK98+120（565米），明洞增长后变更后里程ZK97+492～ZK98+130（638米）。龙归隧道右线原设计里程YK97+520～YK98+160（640米），变更后里程YK97+520～YK98+165（645米）。经上级主管部门召开了广乐高速公路韶关段工程技术协调会后，决定采用龙归隧道地表注浆方案。为了加固左右线中夹岩柱，最大限度的使双洞独立受力，同时为了加固右线洞顶围岩以促其形成安全可靠的承载拱，采用Φ108 钢花管进行地表深孔注浆。
2.深层注浆工艺和方法
2.1工艺流程
施工顺序：放线→钻机就位→钻孔→清孔→插入钢管→孔口密封处理→钢花管注浆→补浆→进入钢花管注浆循环→分析评价注浆效果。
2.2钻孔
本次注浆试验钻孔采用了两种成孔方法：一是风动潜孔钻，二是地质钻。风动潜孔钻采用φ130钻头，地质钻采用φ108岩芯管。地质钻成孔速度慢，每台钻机需4～5天才能成一孔；潜孔钻成孔相对较快，一天能成2～3个孔。但潜孔钻遇到漏风、卡钻和吹渣困难（特别是地下水丰富的软岩中）时，需换地质钻成孔。而且在隧道洞顶部位的钻孔，潜孔钻定位偏差相对较大，需地质钻成孔。采用地质钻成孔时，严格按间隔2孔原则钻孔，否则可能由于地质钻循环水渗漏严重，影响隧道安全。
① 测量定位。根据设计测量孔位，孔位允许偏差不大于50mm，在孔位插上竹签，绑上红塑料袋子，并在红袋子上写明孔号和孔深，尤其注意隧道顶上钻孔。
② 修整钻机平台。因山坡地表地势较陡，钻机摆放不下，需用勾机适当修整，才够放得下钻机，并确保施工安全。
③ 钻孔方法。地质钻机钻进时，首先要摆正、垫稳钻机，做好泥浆池，调试浆泵，做好开钻前的准备工作。在类软土地层，开孔时可用三叶钻头或取土器成孔3.0～5.0m，然后换钻头钻进，施工中，在半土半岩地层一般用套钻的方法，即先用合金钻头钻进，遇到较硬的孤石，钻进较慢时就换金刚石钻头，钻过硬的孤石后又换合金钻头；在弱风化地层，则主要用钢砂钻头钻进，虽然钻进速度较慢，但比金刚石钻头和合金钻头成本要低。
用潜孔钻机时，先将钻机由水平方向改装为垂直方向，并用支撑架固定，不得有松动，钻进中要做到“一听、二看、三记录”原则。一听：根据潜孔锤在地层下冲击发出的声音，分析地层情况；二看：根据吹出来的岩尘样，分析岩层的变化情况，决定操作进度快慢，进钻压力大小；三记录：各机台填好机台报表，及时记录钻进时间、回次、钻进深度、漏风卡钻情况、岩层、地质水文情况。
④ 成孔验收。钻孔垂直偏差允许值1%，钻孔到设计深度后，测量深度，并用测绳先试下放一次，确认可以下到设计深度后，开始正式下钢花管。
2.3注浆
注浆分第一次常压注浆和第二次分段劈裂注浆。
注浆前先将水泥从储存区转运至制浆区，同时保证蓄水池要有足够的水。然后按配合比制浆，注浆。注浆量按设计量的1。3～1。5倍控制。
2.3.1一次常压注浆
一次注浆配合比为水泥：水=1：0.45～0.5，从一次常压PVC管注浆，注至空孔冒浆为止，注浆体填充钢管与钻孔间的空隙，钢管内无水泥浆。压力一般为0.2～0.5MPa。
2.3.2二次劈裂注浆
一次常压注浆间隔5～12小时后，当一次注浆体的轴心抗压强度不低于5MPa时，进行二次劈裂注浆。二次劈裂注浆配合比水泥：水=1：0.6～0.8，以钢管作为二次劈裂注浆的注浆管，通过劈裂一次注浆的注浆体，浆体向四周扩散，加固岩体。瞬间劈裂压力一般为2～3MPa。
3 注浆效果分析
1）渗透填充作用
通过水泥浆液的渗透，直接填充了强风化破碎灰岩、砂岩、泥质粉砂岩等较硬质岩体的溶洞、溶槽、溶隙、软岩和土体中的空隙、开挖引起的松动裂缝塌落空洞。
2）劈裂挤密作用
水泥浆在一定的压力作用下，软岩和土体挤密，在薄弱部位进行劈裂，并延劈裂面渗透浆液。
3）对地下水的抑制作用
通过注浆，堵塞了地下水和远处地下水的补给通道，阻止了地下水向注浆加固区补给；同时，改善了注浆加固区地下水的储存条件。由于岩土体中的裂隙、空隙、溶洞、溶槽、溶隙、松动裂缝、塌落空洞被填堵，阻止了地下水在注浆区的富集。
抑制地下水，既防止了炭质岩、泥质岩和粘性的强度软化，也阻止地下水向隧道洞渗漏，减少了地下水对隧道结构体的直接压力。从而，减小了隧道地质条件的长期恶化。
4.结论
针对龙归隧道建设期发生的历次病害，从地质条件、开挖扰动、地下水作用进行了分析总结；根据试验段现场试验，对地表深层注浆的工艺方法进行总结提炼，对注浆的工程效果进行了分析评价。通过试验提出以下主要结论：
1）龙归隧道地质条件不良是导致隧道病害的内因
龙归隧道穿过地层主要是石炭系测水组地层，岩性由炭质灰岩、炭质页岩、泥质砂岩、砂岩和残积粘性土，岩体破碎褶皱，软硬分布不均，受水后风化速度快，强度易软化。在地形上存在一定偏压。岩体中发育溶洞、溶槽、溶隙、裂隙裂面。在自然状态下，龙归隧道的岩土结构体可概括为软弱破碎体。
2）开挖扰动是导致隧道病害直接外因
在地质不良的山体中，开挖间距33m的双线隧道，引起了大范围的松动变形，其松动破裂角60.3°～66.20°；根据钻孔揭露的异常情况，洞顶以上8～12m为极严重松动区，，12～24m为严重松动区，在此厚度范围内裂缝发育；以上至地表为牵引松动区。而且，左右洞松动范围搭接，隧道变形相互影响。 在松动区产生变形松动裂缝，直至地表，且由于下部塌落形成许多空洞。开挖的直接作用导致建设期发生一系列隧道病害：
①松动区产生地质偏压，和地形偏压共同作用造成隧道偏压侧推，洞体结构开裂错位；
②粉质粘土浅埋段隧道塌方冒顶；
③灰岩溶洞发育部位发生塌方沉陷；
④基础软硬过渡段发生不均匀沉降开裂；
⑤开挖地段引起老滑坡复活，形成了新滑坡；
⑥出口浅埋偏压段发生顶板塌落沉陷。
3）地下水的长期作用构成隧道运营安全的长期隐患
松动区为地下水的补给和密集提供了良好的条件，地下水的长期作用导致松动区岩土体强度软化，和松动区的进一步扩展，地质偏压的问题越来越严重，致使在运营期间可能再次产生：
①隧道偏压侧推力增加，结构开裂错位；
②基础软硬不均匀地段沉降开裂；
③溶洞和空洞继续塌落，踏空区域增大，增加洞体受力；
④大量的地下水不断向松动区密集，隧道渗漏水越来越严重。
4）洞顶地表深层注浆效果明显
通过试验段现场试验，注浆量较大，但浆液都集中在有效加固区内，不存在四处跑浆的异常情况。根据注浆过程现场调查，浆液平面流动范围为，平面顺隧道纵向扩散半径为25-45m，垂直隧道横向扩散半径不足10m。通过注浆控制注浆方法，二次注浆控制在洞底至洞顶以上10m的高度范围内。对这一空间范围内，所有浆液对加固隧道，改善地质条件和围岩体结构都起到了有效作用，不存在浆液浪费现象。
5）提出的地表深层注浆工艺和方法可行
由于注浆区地质破碎、岩性软硬分布不均，溶洞、空洞、裂隙、裂缝发育，加之孔深，成孔技术难度大。通过试验，总结了地质钻结合潜孔钻的成孔工艺和方法，并提出了塌孔、卡钻、掉钻等特殊问题的技术处理方法。通过探索和总结，提出了长大竖向钢花管的制作加工和安装就位的方法和工艺。针对成孔过程中遇到的不同的地层情况，提出三种注浆控制方法：一是，溶洞、空洞区，采用在二次劈裂注浆段顶封孔，封孔以上采用一次封孔注浆，封孔以下采用二次填充注浆；二是，裂隙、裂缝发育地段，注浆量较大时采用了总注浆量控制的方法；三是，二次劈裂注浆出现二次劈裂压力时停止注浆的方法。
以上总结提炼的成孔、钢花管制安、控制注浆工艺和方法有效可行。
参考文献：
[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术，2009，（08）：38-61.