注浆技术在黄土隧道坍塌涌泥段施工中的应用.doc

1、1注浆技术在黄土隧道坍塌涌泥段施工中的应用摘要：青兰高速 LJ15标羊泉黄土隧道在施工至里程 YK122+542时，突然隧道前方发生坍塌涌泥，向外涌泥距离 39m，同时隧道洞顶地表出现冒顶，地面陷坑直径 8米，深度 18m，估算塌方体积为 1200m3。为了保证隧道施工安全顺利进行，现场采取封闭掌子面，在隧道掌子面全断面超前预注浆对坍塌段堆积体进行固结处理，取得了较好效果，在此进行总结，为其他类似工程提供参考。 关键词：黄土；隧道；坍塌；涌泥；注浆 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 1.1 工程地质及水文地质条件 羊泉隧道右线 YK122+533+573 段埋深约

2、120m，设计地层为 Q2老黄土，松散结构，隧道开挖易产生坍塌，侧壁小坍塌处理不当会出现大坍塌。地下水主要为黄土孔隙、裂隙水，主要赋存于新黄土、老黄土孔隙中，洞室涌水量不大，富水性弱，施工时洞壁有滴水或渗水现象。大气降水是地下水唯一补给源，以地下径流排向附近沟谷。羊泉南隧道预测涌水量为 894.4m3/d。 1.2 涌泥及坍塌情况 LJ15 标项目部正组织向右线隧道内拉土进行反压回填时，突然隧道2前方发生异常的响动，随即组织人员迅速撤离，大约 34 秒钟时间，软塑状土从 YK122+542处向外涌土，将核心土和防水板台架全部破坏，向外涌土距离 39m，其中积压出来的软塑性土质有 30m；同时隧

3、道洞顶地表出现冒顶，地面陷坑直径 8米，深度 18m，估算塌方体积为 1200m3。 2 涌泥坍塌段处理方案 2.1 止浆墙施作 掌子面淤泥清除到一定里程后，无法继续向前清理时，停止清泥开始施作止浆墙，止浆墙沿突泥边施作，采用 C25模筑混凝土施作，上部厚 2m，下部厚 2.5m。止浆墙施作过程一定要保证质量，尤其是周边与开挖轮廓线的接触部，必须密实，防止漏浆。 2.2 场地硬化处理 为了满足钻机施工作业要求，必须在掌子面后方预留 9m长的作业平台，平台表面采用 C30模筑混凝土浇注硬化，厚 30cm，前端形成不大于30度斜坡，便于钻机上下。见图 3所示。 图 3场地硬化布置图 2.3 超前预

4、注浆设计 超前预注浆径向加固范围为工作面及开挖轮廓线外 7m，纵向加固范围为 40m，在 20m处增加一个补孔注浆断面以减少注浆盲区，考虑到工作面存在大量的型钢、小导管及超前大管棚的影响，钻孔施工比较困难，开孔采取后退工作面沿开挖轮廓线钻设，注浆设计见图 4所示。 3（a）开孔布置度 （b）终孔布置图 （c）总断面图 图 4注浆设计图 2.3.1 注浆设计参数 注浆设计参数如表 1所示。 表 1注浆设计参数表 2.3.2 注浆材料 注浆材料采用普通水泥-水玻璃双液浆、普通水泥单液。注浆材料配比如表 2所示。 表 2 浆液配比参数表 现场注浆施工中根据情况进行浆液种类和配比的选择调整。 2.3.

5、3 注浆顺序 注浆顺序按“由外到内、由上到下、间隔跳孔”的原则进行，以达到控域注浆，挤密加固的目的。 2.3.4 钻孔注浆工艺 （1）先用钻机开孔深 1.3m，直径 127mm 的钻孔，安设固结41.5m108mm 孔口管。 （2）通过孔口管钻设 90mm 注浆孔，钻到 5m深时开始实施注浆作业。 （3）采取前进式分段注浆工艺进行钻孔注浆施工，注浆分段长度35m。即钻进 35m，注浆一次，注浆结束后再钻 35m 进行注浆，依次循环，直至结束该孔注浆。 （4）若钻孔过程中遇到突水、涌泥，则应立即停止钻孔进行注浆。 超前预注浆工艺流程如图 5所示。 图 5超前预钻孔注浆工艺流程图 2.3.5 注浆

6、结束标准 (1)单孔注浆结束标准 注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到56MPa 时，即可结束该孔注浆。 (2)全段结束标准 设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象。 按总注浆孔的 1015%设计检查孔，检查孔满足设计要求。 2.4 工作面稳定 为稳定工作面，采用锚杆对工作面进行加固，纵向加固段长为40m（含止浆墙） ，上半断面按照 2m2m布置 12根。锚杆孔与工作面注浆孔二合一施工，即在注浆孔成孔注浆后，后安设 25mm 锚杆，对于工5作面结束后注浆检查孔也下入锚杆，以提高工作面稳定性并进行注浆作业，注浆参数同超前加固注浆。 锚杆外径 25mm、内径 12mm，纵

7、向加固段长为 40m。 3、主要机械设备配套 主要机械配套如表 3所示。 表 3机械设备配套表 4、注浆施工情况 （1）注浆施工历时 44天，共完成注浆孔 96个，工作面稳定孔 12个，效果检查兼补充注浆孔 7个，累计钻孔 4726m，共注浆 2519m3，其中单液浆 2289m3，双液浆 230m3。 （2）钻孔机械前期使用两台国产 MZ-200钻机，由于国产钻机钻孔能力有限，工期压力施工较大，为了加快施工进度，先后调来两台进口钻机，现场建立合理的激励机制，确保按工期完成注浆任务。 （3）钻孔注浆过程中，在掌子面中部和右上侧钻孔时发现空洞，并有黄色浑水喷出，空洞处于 2836 米，加大了注浆

8、难度。为了确保一次性通过坍塌体，经现场研究决定，将原来 30米的加固方案延伸至加固 40米，对孔底及空洞区域的加固采取钻杆后退式注浆和下锚杆孔底注浆的方式，取得了明显效果。 （4）注浆施工过程，前期成孔困难，采取前进式分段注浆前进步距较慢，随着注浆的进行，地层得到逐步加固、挤密，达到稳定，成孔条6件得到改善，分段长度加大，加快了注浆施工速度。注浆顺序严格按照设计方案要求，先外圈，后内圈，实现约束注浆，保证注浆效果。 （5）采用 PVC管注浆保证注浆效果。在钻孔注浆施工过程，因钻孔施工过程地层软弱，成软塑状，成孔困难，所有注浆孔采用下入 PVC管的方进行分段注浆，从施工过程分析，采用 PVC的施

9、工后，保证了浆液在地层的有效扩散，且 PVC管均能按与设计深度下到位，地层成孔性明显提高，同时通过设 PVC管也提高地层纵向稳定性，有利于安全开挖。 （6）加固体内含有大量钢管、工字钢、枕木等材料，给钻孔工作带来极大困难，80%的注浆孔都要穿钢拱架，有的注浆孔需穿 34 次工字钢，耗时较长，钻具、机械损耗亦大。 6 注浆效果分析 6.1 P-Q-T 曲线分析法 通过对注浆过程分析，注浆 P-Q-T曲线三种，见图 6所示。 图 6 注浆 P-Q-T曲线 （a）型 P-Q-t曲线主要是发生串浆时的反映，该类型注浆主要是进行定量控制。注浆过程中，注浆压力和注浆速度变化都不大，当基本达到设计注浆量时，

10、采取注水灰比较小的浆液，继续注一段时间压力如果再不增大则结束该孔注浆。 （b）型 P-Q-t曲线是定压控制的注浆孔的反映。注浆过程中随着注浆的进行，注浆压力升高，注浆速度减慢，当达到设计注浆终压74.55MPa 时，地层基本表现为不吸浆现象，此时注浆量达到设计注浆量的 80%90%，这也充分说明了地层经注浆后取得了有效的改良。 （c）型 P-Q-t曲线是大部分注浆孔注浆时的反映，注浆施工过程中 P-t曲线和 Q-t曲线均呈波动性，反映劈裂注浆的现象。开始注浆时，注浆压力为 0MPa，注浆速度为 50/90L/min。这主要是浆液填充注浆管的过程。之后注浆压力不断上升，注浆速度不断下降。这个过程

11、是浆液开始，剪切注入地层。随着浆液的注入，地层密实度提高，注浆压力升到4.55Mpa，甚至 8 Mpa，注浆速度降低到 10L/min。在持续一段时间后（约 12min） ，浆液对岩体剪切左右，压力增大剪切裂隙与岩体本来的大裂隙连通，注浆压力下降，注浆速度升高，如此波动持续几个循环之后，需注浆加固的地段已充填密实，注浆压力持续在 4.55Mpa，注浆速度持续在 05L/min，这样持续 10min后结束注浆作业。 6.2 检查孔法 注浆结束后，根据该循环钻孔注浆施工情况及钻孔出水分布情况，软弱区域全断面布设 7个检查孔兼补充注浆孔（占总孔数的 7%） ，对注浆效果进行检查并对薄弱区域再次进行注

12、浆加强，检查孔终孔位置如图 7所示。 图 7检查孔布置图 检查孔设计深度为 38m，终孔在开挖轮廓线外 3m处，为了进一步对薄弱区域加强补充注浆，钻深到 38m后对检查孔出水情况进行评判后，8继续钻进至终孔 40m再次下锚杆进行补充注浆。 从 7个检查孔出水情况分析，检查孔内出水量均小于 0.2L/min.m，均达到设计检查效果标准要求；检查孔检查结束后进行注浆，吸浆量较小，地层较为密实；根据钻孔情况并结合锚杆施工，注浆加固结束后，地层成孔效果良好，无坍孔现象。 7 开挖情况 (1)掌子面稳定情况比注浆前有了明显改善，涌水量明显减小，能够保证顺利开挖，且开挖后掌子面能够自稳，土颗粒之间有一定的

13、粘聚力；(2)在掌子面前方 25m的范围内，浆液沿钻孔周围形成块状，并向周围扩散，形成相互联系的网状浆脉； (3)在 25m之后，由于钻进过程中塌孔的影响，浆脉相对较少，但土体被挤密，基本无水，稳定性较好，基本上能够保证开挖安全。 8 经验总结 （1）全断面超前注浆加固对于黄土地层是可行的，加固段长亦选择2030m，采用前进式分段注浆结合钻杆内后退式注浆。 （2）掌子面稳定很重要。在本次注浆过程中，我们布置了 12个掌子面稳定注浆孔，在注浆孔内设置中空锚杆后再注浆，提高了掌子面的稳定性；在开挖时，对掌子面核心土的稳定起到很好效果，为初期支护赢得时间，保证了隧道的开挖安全。 （3）黄土塌方段注浆

14、后开挖时，应注意观察隧道变形情况，若变形较大，必要时应封闭掌子面，进行小导管径向补充注浆，开挖后，应及9时施作二次衬砌；另外，从注浆效果看，基本达到了地层加固和堵水的目的，但由于注浆法的局限性，注浆盲区难以避免，因此在开挖过程中应做到：超前探测，周边长、短管棚加固，短进尺、强支护、快封闭，勤量测。 （4）注浆工作要及时总结，做到边注浆、边分析、边总结，准确判断地质情况，从而选择经济合理的施工方案，切忌盲目施工。 参考文献 1张景秀；坝基防渗与灌浆技术 ；中国水利水电出版社；北京，2006年 6月； 2程骁，张凤祥；土建注浆施工与效果检测 ；同济大学出版社；上海，1998 年 1月； 3 （日）草野一人；地基加固和防水药液注浆设计施工手册 ；中国铁道出版社；1989 年 10月； 4周京华；地基处理 ；西南交通大学出版社；2001 年 1月；64-84； 作者简介：徐海廷，男， 1981年 9月生，工程师， 2004年毕业于兰州交通大学土木系，大学本科，现主要从事隧道及地下工程注浆、科研和施工工作。