浅析大断面山岭隧道断层施工中注浆技术的应用
摘要：随着我国高速公路建设的飞速发展，建设规模不断扩大，大断面山岭隧道施工逐渐增多，在隧道工程施工中注浆技术的应用也随之越来越广泛。本文结合笔者多年从业经验，以某高速公路隧道工程为例，分析了大断面山岭隧道断层施工中注浆技术的应用，并强调了注浆施工中应注意的几点问题，以供同仁参考借鉴。
关键词：大断面,山岭隧道,断层,注浆施工,技术
一、 工程概况：
某双向六车道高速公路中长坂坡隧道位于吉林省靖宇县内，设计为双线分离式隧道，间隔30~40m，左线全长为2975m，起讫桩号为：ZK246+065~ZK249+040.隧道洞身最大开挖断面为164.15㎡(不含紧急停车带加宽段)。施工至ZK246+910至ZK246+940处，遇地下岩层断裂构造，围岩极为破碎。该段岩层以强风化安山岩为主，岩质成青灰色，斑状结构、杏仁状，块状构造、岩体破碎、节理裂隙发育;同时夹杂红褐色、灰褐色砂状、碎块状及碎屑状全风化安山岩。断裂带中富含大量地下水，围岩自稳能力极差，易坍塌。
二、 注浆技术的应用
(1)超前小导管注浆：该段隧道原设计为III级围岩，并无超前支护。但因该段围岩自稳性极差，如不进行超前支护技术对前方围岩做预加固处理，开挖断面拱顶处极易坍塌。经设计院、业主及施工单位勘察现场，变更超前支护为：拱顶120°范围内设Φ50*5mm超前小导管，环向间距40cm，长度为4m和6m交错布置，排距加密至1.2m，外插角 @=5~8°，同时在小导管内注水泥浆固结散体，形成承载环，保证开挖面的稳定。因该段围岩以破碎强风化岩为主，同时夹杂少量全风化砂质岩屑，故该段注浆法以渗入注浆法为主，个别段落辅以劈裂注浆法。注浆材料选择水灰比为1：1的单液水泥浆，水泥采用早期强度高、抗冻性好、干缩小的普通硅酸盐水泥。注浆压力根据试验确定为1.0MPa，单根导管注浆量在施工中动态调整。注浆前，将Φ50丝口管焊接在管尾，安装好球阀。小导管注浆采用KBY-50/70注浆机，自制水泥浆搅拌桶。注浆小导管按下图加工方式实做：
注浆结束标准为：注浆压力达到1.0MPa稳压后，量注浆终压达到设计终压时注浆速度小于5～10L/min。
(2)核心土注浆：该段隧道采用三台阶预留核心土施工工法。因该段岩层个别段落岩石极为破碎，且富含大量地下水，为保证开挖临空面的稳定，部分地段采用核心土预注浆固结散体技术，并起到一定的止水作用，为施工人员提供一个安全、稳定的操作平台。因核心土多为松散破碎岩石，切空隙较大，故采用渗入法注浆。为节约成本，根据现场实际情况，注浆管采用4.5m长Φ42*4mm无缝钢管，注浆孔布置参照超前小导管。布置方式为间距1.0m(环向)*0.8m(径向)梅花形布置。注浆材料同样选择水灰比为1：1的单液水泥浆。注浆压力为0.6MPa，注浆量为达到注浆压力后，浆液通过注浆管与岩石之间的空隙溢出浓浆为止。为保证注浆效果，在注浆前应在核心土表面喷射一层厚度为5cm的C25早强混凝土作为止浆墙。注浆结束后，通过钻孔方式检查注浆效果。
(3)后方注浆：该段隧道开挖施工难度大、工艺复杂，因此施工进度较为缓慢，后续 仰拱、二衬无法及时施工。为防止已施工段落初期支护拱顶下沉及两侧收敛严重以至侵限，致使二衬厚度不足。已施工初期支护段落采用二次注浆方式填充由于初喷混凝土收缩引起的空隙，以及防止周围地层松弛范围扩大，借以提高围岩自稳能力。二次注浆采用渗入法注浆，注浆管采用6m长Φ50*5mm无缝钢管，注浆孔布置参照超前小导管。注浆管布设范围为拱顶120°，布置方式为间距1.0m(环向)*1.0m(纵向)梅花形布置。布设时应避开开挖时布设的超前小导管，因此布设位置可做小范围调整。注浆材料选择水泥-水玻璃双液浆。水灰比为1:1，水泥浆与水玻璃浆液体积比为1:0.8，水玻璃浓度为35Be。注浆采用KBY-50/70双液注浆机2台、自制水泥浆搅拌桶2个、储水玻璃桶2个、自搅拌式储浆桶2个、T型混合器2个。注浆压力为1.5MPa，注浆量以达到注浆压力后，浓浆液从注浆管与混凝土缝隙溢出为准。
三、 注浆施工中注意的问题：
(1)注浆压力与注浆量的控制。 注浆控制分为压力控制和注浆量控制两种。压力控制是保持设定压力不变，注浆量变化的方法;注浆量控制是注浆量一定，压力变化的方法。本段隧道施工，为保证注浆效果的可靠性，采用同时进行压力和注浆量控制。以注浆压力控制为主，辅以注浆量控制。在本段隧道施工中，超前小导管注浆、初衬背后注浆压力均根据现场实际情况，经过试验确定。并在后续施工过程中不同围岩情况，及时调整。在二次注浆时，注浆压力的控制显得尤为重要，如果注浆压力过小，化学浆液扩散速度与范围就会减小，由于化学浆液的初凝时间较短，所以注浆压力过小无法达到预期的注浆效果，不能有效的控制地层松弛范围的扩大。如果注浆压力过大，就会对初期支护造成一定的压力，易使喷射混凝土出现龟裂，严重可以使初期支护变形。因此在在注浆过程中技术人员及安全员应全程跟踪观测，发现问题及时调整注浆压力。在注浆量的控制上一般是以达到注浆压力后，单位时间内注入的水泥浆量减小到一定范围内，或不断从注浆管口溢出为止。本段落施工采用上述方法控制注浆，取得了良好的效果。
(2)监控量测在注浆过程中的作用。为保证隧道施工安全，以及注浆效果的及时反馈，应在该施工段落制定完整细致的监控量测方案。在掌子面施工段落应加密布设拱顶沉降观测点，同时缩短监测周期，及时统计整理观测数据，及时反馈，以便于施工人员调整各项施工参数。在二次注浆段落加密拱顶沉降点的同时，应加密拱脚的收敛量测，并缩短监测周期，设定报警值。同时与未进行二次注浆段落的监测数据比较，改进注浆参数，提高注浆效果。
(3)加强环境保护。本段隧道施工所注浆液为水泥浆和水泥-水玻璃双液浆，均会对地下水造成污染。因此在施工过程中应严密监测注浆对地下水质的影响。该段隧道随为山岭隧道，但是山体周围仍有较大数量的居民居住。本项目采用在隧道主线平面位置与山村居民区位置之间，居民区地下水位影响范围边界钻设水质监测井的方法进行控制注浆液对地下水的影响范围。该段隧道埋设深度均在100m以上，且严格控制注浆压力与注浆量，因此在施工过程中，并未发现监测井内的水质发生变化。
四、注浆达到的效果：
(1)保证了开挖面的稳定。超前小导管的严格注浆，有效的提高了岩层的自稳能力，使该段隧道在开挖过程中没有发生大面的拱顶垮塌，同时也有效的控制了拱腰处的超挖情况。对核心土的注浆加固，给施工操作人员提供了一个安全可靠的操作平台。有效的控制了因地下水及泥岩对核心土稳定的影响，防止在型钢拱架架设过程中，发生因岩石破碎而导致碎石块掉落，威胁施工人员人身安全。
(2)提高了掘进速度。该段隧道在开挖过程中，施工速度没有受到因发生拱顶大面积坍塌而停止的现象。而且注浆有效的控制了开挖轮廓，减小了超挖现象，在喷射混凝土过程中节省了大量的时间，并节约了成本。虽然超前小导管注浆需要一定的时间，但是与处理拱顶坍塌比较起来，还是收到了事半功倍的效果。
(3)有效的控制了已施工段落的拱顶沉降。通过对布设拱顶沉降监测点的量测结果分析，该段拱顶最大沉降点累计沉降仅为5.6cm，远没有达到预留沉降量。而在此之前施工ZK246+890-ZK246+905段，因没有及时有效的注浆，导致大面积拱顶下沉，最大累计沉降值达到24.3cm，导致大面积换拱。对比可见：合理有效的初衬二次注浆可以有效的控制已施工完毕的初期支护拱顶沉降，防止因沉降过大而发生的拱顶侵限导致换拱的后果，从而减小施工成本，降低施工难度。
五、总结：
随着我国经济的日益发展，对高速公路的线形及行车道宽度的要求会日渐增强，因此会涌现大量的大断面山岭隧道。而我国幅员辽阔，地质复杂多样，由此隧道施工注浆技术就显得尤为重要。本文只简单阐述了隧道洞内施工部分注浆技术及应用。总之，在隧道施工过程中，如遇到地质条件复杂，需要注浆加以控制的地段，施工人员要加强重视与思考，综合考虑多方面因素，从隧道工程实际情况出发，并合理借鉴其他隧道施工成功经验与做法，合理的选择注浆工艺，以确保人身安全及工程质量。