软岩注浆预加固技术在公路隧道中的应用

科学之友　Ｆｉｒｅｎｄ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｍａｔｅｕｒｓ　２０ｏ８年１２月（３５）囝　软岩注浆预加固技术在公路隧道中的应用　秦荣旺　（山西省交通建设工程监理总公司，山西太原０３００１２）　摘要：文章对软岩的结构特征与分类、注浆加固机理进行了介绍，对公路隧道软岩施工中　的超前小导管注浆加固技术，从加固机理、注浆必要性、施工工艺等方面作了阐述。　关键词：隧道；软岩；注浆；预加固　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—８１３６（２ｏ０８）３５—０００４—０２　１概述　在隧道及地下工程施工中，遇到软岩地层时，往往要进行地　质预加固。而小导管注浆可以改变嗣岩的力学性能，提高同岩的　力学参数，这主要通过小导管本身和浆液两方面来实现，注浆效　果则通过嗣岩的抗渗性和强度体现出来。施工中应对各种复杂　的地质环境以其施工工艺简单、改善效果明显、施工作业空问要　这些特性与结构面的成因类型、结构面的形状和组合型式以及　结构而的充填物及其充填程度均有重要关系。　２．２软岩分类　．　软岩可以按照软岩强度、成因类型、形成时代分类。这里只　简述按软岩的成因类型分类。软岩从成因考虑可分为原生类型　和次生类型，后者又可划分为风化软岩与断裂破碎软岩。　求较小、施工方案可以随时调整和显著的经济效益等特点在地　层预加固时成为首选的方案之一。　３注浆加固技术机理　利用气压、液压或电化学的原理，把某些能同化的浆液注入　各种介质的裂缝、孔隙，以改善注浆对象的物理力学性质，使其　适应各类土木工程需要的科学技术被称为注浆加固技术。岩土　工程中，是通过向地层注入各类浆液，以减少地层的渗透性，并　提高地层的力学强度和抗变形或抗液化能力。　注浆机理由渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆、高压喷射注浆　和电化学注浆五个基本机理组成，这里主要对前两种机理进行　说明。　３．１渗透注浆　２软岩的结构特征与分类　软岩，全称为软弱岩层，“软”体现了岩体内在特性。即岩石　硬度欠缺，而岩石硬度本身就与软岩的工程力学性质密切相关；　“弱”体现了软岩在应用方面的能力，即对于承受外荷，它的承载　能力和抗变形能力都较差。　２．１软岩的结构特征　软岩结构主要是指沉积岩巾的泥质岩以及岩体中各种特定　形态的地质界而。包括沉积层面、软弱夹层、节理面、不连续裂隙　而、颗粒与粒团的排列与接触连结方式、微孑Ｌ隙与微裂隙等。这　些结构特征有着自身的独特形成过程和客观的发展历史。它是　地质历史发展的产物，反映了成岩地质环境和原始应力条件以　及各种外力的改造作用。不同时代类型的软岩，具有不同的结　构、构造特征。岩体的结构而可分为５类：　２．１．１沉积结构面　如层面、层理、沉积问断面、沉积软弱夹层等，其中一些结构　而由于后期构造与风化作用形成低强度软弱夹层。　２．１．２火成结构面　在注浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入岩土的孑Ｌ隙、　裂隙，使岩土孔隙、裂隙中存在的气体和水被排挤出去，浆液充　填孔隙或裂隙，形成较为密实的固化体，从而使地层的渗透性减　小，强度得到提高。注浆压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就越　大。这种理论假定，在注浆过程中地层结构不受扰动和破坏，所　用的注浆压力相对较小。对于粒状浆材（如水泥、膨润土等），最　多只能注入粒径不小于０．１　ｍｍ的细砂及以上的土层或比细砂直　径更大的裂隙。对于化学浆材，最多只能注入粉土（渗透系数　ｋｆ，Ｏ＝１０　ｃｍ／ｓ，粒径为０．０１　ｍｍ）层中。　３．２压密注浆　如原生＝ｉ了理、流纹面，与围岩接触而、凝灰岩夹层等，其中围　岩接触破碎带或蚀变带，凝灰岩夹层等均属于火成软弱夹层。　２．１．３变质结构面　通过钻孑Ｌ向土层中压入浓浆，随着土体的压密和浆液的挤　人，将在压浆点周围形成灯泡形空问的浆泡，通过浆泡挤压的土　如片麻理、片理、板理等都是变质作用过程中矿物定向排列　形成的结构面，其云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩等片理发育，　易风化成软弱层。　２．１．４构造结构面　休，使土体被压密，承载力得到提高，并因浆液的挤压作用而产　生辐射状上抬力，从而引起地层局部隆起，许多工程利用这一原　理纠正了地而建筑物的不均匀沉降。压密注浆的最大优点是它　对于最软弱土层区域能起到最大的压密作用。压密注浆一般用　于比中、细砂，细的粉细砂中，也可用于有充分排水条件的黏土　和非饱和黏性土用来调整不均匀沉降，进行纠偏托换，以及在大　开挖或隧道开挖时邻近土进行加同等，但往加固深度小于１　Ｉｎ一２　ｍ时，加固质量很难保证。　如断层面（带）、劈理、节理、层问错动面等，其［ｆ１断层破碎　带，层间错动破碎等均易软化、风化形成构造软弱带。　２．１．５次生结构面　如风化裂隙、卸荷裂隙、夹泥层等，其巾泥岩、页岩、凝灰岩　等在地下水作用下易形成泥化夹层。　由于结构而的存在，使软岩产生了一系列独特的力学特性。　一４工程加固技术案例　曲寨沟隧道为双连拱隧道，设计为双向网车道，全长１７５　ｍ，　４一　科学之友　Ｆｒｉｅｎｄ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｍａｔｅｕｒｓ　４．３．３施工控制要点　２００８￣－１２，ＥＪ（３５）国　隧道建筑界限净宽９．７５　ｍ、净高５　ｍ，隧道进出口段存在严重偏　压现象，除中问６０ｍ围岩为ⅡＩ类稍好外，其余均为Ⅱ类浅埋段，　围岩为强至弱风化黄绿色泥岩和黄灰色砂岩，顶板以强风化为　主，节理发育，层问结合较差，呈块碎状松散结构，岩体完整性较　差、稳定性较差。除洞口２０　ｍ外其他Ⅱ类浅埋段均采用超前小导　管注浆预加固来增强和稳定岩体。　４．１　小导管注浆预加固机理　利用渗透注浆的机理对风化破碎岩石及构造裂隙较发育难　以支护的破碎顶板，在开挖揭露来压前，预先向其裂隙通道内注　入固化材料（水泥浆、水玻璃或聚氨酯等）充填裂隙，封堵涌水，　胶结岩石，改善围岩力学性能，提高岩体自身整体强度，改善围　岩支护状态。　４．２选用小导管注浆的必要性　由于隧道Ⅱ类围岩浅埋段存在泥岩遇水软化，易变形脱落，　岩层节理发育，岩体成块石、碎石状破碎结构，稳定性较差等情　况。因此在初期支护施做前，有必要采用小导管超前注浆，通过　小导管孑Ｌ向松散岩体内压入水泥浆，充填嗣岩裂隙，使其与破碎　岩石胶结成一体，从而提高嗣岩的整体性、坚实性与稳定性，达　到预加固嗣岩目的，从而保证开挖安全。　４．３小导管施工工艺简述　小导管施工采用风动凿岩机按设计的外插角钻孔，人工安　装小导管，利用注浆泵注浆，将水泥浆通过小导管压入围岩的孔　隙中，达到固结嗣岩的作用。　４．３．１施工材料要求　（１）采用手持风钻钻孔，并将小导管打入孔内，如地层松软也　可用铁锤或手持风钻将导管直接打入。如出现堵孔，用　２０　ｍｍ　钢管制作吹风管，将吹风管缓缓插入孑Ｌ中，用高压风吹孔，成孑Ｌ　后将小导管插入，并用速凝水泥砂浆将管口密封。　４．３．４注浆　（１）首先将掌子面用喷射砼封闭，以防漏浆，并对小导管内　的积物用高压风进行清理。　（２）注浆按由下而上，先无水孔后有水孔的顺序进行，可以　单管也可以多管并联注浆。多管并联注浆需加工一个分浆器，见　图１。　管　图１　小导管单液注浆示意图　小导管长度４．５　ｍ，直径　５０　ｍｍ，环向间距０．３５　ｍ，外插角　１０。。小导管在工地加工，材料为无缝钢管，前端加工成扁尖形，管身　钻注浆孑Ｌ，孔径　８，后端５０ａｍ不设注浆孔，注浆孑Ｌ间距１５　ａｍ，梅　花形布置。注浆浆液采用单液水泥浆，水泥标号为３２．５，普通硅　酸盐水泥，水灰比为０．８—１．２。　４．３．２　注浆施工　４．３．２．Ｉ注浆施工顺序　管位定位一钻孔打人钢管一开挖丽做止浆墙一拌和水泥　浆一注浆　４．３．２．２注浆前的准备　（３）浆液由稀到浓逐级变换，先稀后浓。　（４）注浆完后，立即堵塞孔口，防止浆液外流。　４．３．５　注浆异常现象处理　（１）注浆中如发生与其他孔串浆将串浆孔堵住，轮到注该孔　时，拔出堵塞物，用高压风或水冲洗，如拔出堵塞物时，仍有浆液　外流，则可不冲洗，立即接管注浆。　（２）压力突升则可能发生堵管，立即停机检查处理。　（３）如果压力长时间不增加，检查是否窝浆或流往别处，否　则调整浆液配比，缩短胶凝时间，进行小泵量低压或间歇注浆，　但间歇时间不能超过浆液胶凝时间。　为保证管孔内的水泥浆压力，注浆前要对孔口导管周围的　间隙用速凝水泥砂浆填塞，并在工作面上喷射１０　ｃｍ一１５　ａｍ的止　浆墙，然后联接小导管与注浆管，进行注浆。　４．３．２．３注浆　注浆采用水泥单液浆，注浆压力不小于０．５　ＭＰａ，不大于１　Ｍｐａ。　浆液扩散半径４０　ｃｍ并根据现场试验调整。注浆量公式为：　Ｑ＝ｃｒＲ２Ｈｎｆｌ　式中：　：浆液有效扩散半径，ｍ；　５结束语　由于双连拱隧道围岩要经过几次扰动才能处于稳定状态，这　样对围岩质量提出了高要求，而通过超前小导管加注浆液的预处　理措施正好可以改善和提高围岩的整体性、稳定性，使得施工顺　利通过Ⅱ类浅埋段，且施工过后没有发现顶板明显下沉、初期支　护开裂、剥落等异常现象。这说明超前小导管预注浆加固隧道软　岩是成功的，增强了围岩　ｇ坚固性和稳定性，有利于隧道施工。　作者简介：，男，１９７５年出生，１９９９年毕业于太原理工大学矿井建　设专业．工程师。　注浆孑Ｌ深度，ｍ；　ｎ：岩体的孔隙率；　口：浆液的充填总数，在０．３～０．９之间取值。　：Ｓｏｆｔ　Ｒｏｃｋ　Ｎｏｔｅ　Ｔｈｉｃｋ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｒｅ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ’Ｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｑｉｎ　Ｒｏｎｇｗａｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔ　ｒｏｃｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｆｅａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ．ｐｏｕｒｅｄ　ｔｈｅ　ｔ｝ｌｉｃｋ　ｌｉｑｕｉｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎ￣ｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｏ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ｓｏｆｔ　ｒｏｃｋ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｄｕｃｔｕｌｅ　ｎｏｔｅ　ｔｈｉｃｋ　ｌｉｑｕｉｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ａｄｖａｎｃｅ，ｆｒｏｍ　ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｐｏｕｒｅｄ　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋ　ｌｉｑｕｉｄ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ，ａｓｐｅｃｔｓ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｒａｆｔ　ｈａｓ　ｍａｄｅ　ｔｈｅ　ｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｓｏｆｔ　ｒｏｃｋ；ｐｏｕｍ　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋ　ｌｉｑｕｉｄ；ｐｒｅ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　一５一