公路隧道穿越富水断层破碎带预注浆加固处理技术

公路隧道穿越富水断层破碎带预注浆加固处理技术
发布时间：2022-01-11T07:45:38.143Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年18期作者：吕志锟
[导读] 隧道施工是公路施工中的重要组成部分，其中，断层破碎带地质施工风险大，施工难度高，施工质量对于公路隧道工程建设至关重要。

公路隧道在施工期间发生了较大规模的滑坡、崩塌、涌水现象，通过地质调查和掌子面揭示地层分析得到突涌水的主要原因为断层带裂隙发育，形成了良好的地下水和泥沙通道;断层上方存在水沟和赋存地下水使涌水持续进行。

简要介绍了注浆加固技术的种类和优点，分析了该技术在隧道破碎带处治中的工艺流程和技术要点，并提出相应的质量控制措施，最终取得了良好的处治效果，可为类似项目提供参考。

吕志锟
中交一公局西北工程有限公司陕西省西安市 710000
摘要：隧道施工是公路施工中的重要组成部分，其中，断层破碎带地质施工风险大，施工难度高，施工质量对于公路隧道工程建设至关重要。

公路隧道在施工期间发生了较大规模的滑坡、崩塌、涌水现象，通过地质调查和掌子面揭示地层分析得到突涌水的主要原因为断层带裂隙发育，形成了良好的地下水和泥沙通道;断层上方存在水沟和赋存地下水使涌水持续进行。

简要介绍了注浆加固技术的种类和优点，分析了该技术在隧道破碎带处治中的工艺流程和技术要点，并提出相应的质量控制措施，最终取得了良好的处治效果，可为类似项目提供参考。

关键词：公路隧道；穿越富水；断层破碎；注浆加固
引言
现阶段，对隧道地质灾害的研究重点包括断层破碎带的力学机制、工程地质特征、地下水的运动规律、灾害发生机理以及断层破碎带超前勘察（钻探、物探）等，在某种意义上忽视了对断层破碎带灾害治理的研究。

比如断层破碎带的注浆加固治理技术缺乏严谨的方案设计、施工技术的理论依据等，尚未形成完善的规范标准。

对于灾害的治理通常情况下会根据经验保守治理，或者盲目采取措施，导致项目建设工期延长或成本投入增加。

为此，隧道破碎带的注浆加固处置技术研究极为必要。

1突涌水成因分析
1.1围岩条件因素
根据隧道开挖过程中所揭示的掌子面围岩状况可得，掌子面中间靠上位置出现有压水流，导致空腔的出现，底板靠近掌子面处有冒水。

这是因为根据前期的地质调查涌水突泥处位于第一个断层地段，该断层倾角为40°，断层宽14m，岩层主要为灰白色岩块夹泥。

而且断层地段岩石节理发育，裂隙较多，形成了良好的水、泥和沙石运输通道。

当隧道洞身经过时易造成地下水系统的失衡，导致地下水携带着泥沙通过裂隙进入隧道内，形成突水涌泥的情况，这是导致突泥涌水的重要原因之一。

1.2地形条件
在隧道施工期间大气降水没有发生，所以可以排除大气降水的因素。

由隧道所处地形位置图可得，第一条断层破碎带上方存在一个水沟，受到地下水和地表水的水源补给，导致断层破碎带出现富水、滑塌的状况。

随着隧道的开挖对断层中裂隙水系造成扰动，地表水和地下水源源不断的进行补给进入隧道，进而导致了隧道涌水持续的进行。

在长期的自然演变过程中，局部节理裂隙发育且缺少向外连通区段，富集了大量的水源，也进一步导致了涌水的持续进行。

因此，地下水的汇集和地表水的存在也是隧道持续涌水的主要因素之一。

1.3埋深高地应力原因
隧道右线在K88+789～K88+803、左线在K89+002～K89+014附近开始穿越地质破碎带，围岩开始变差，并且先后发生四次中等规模塌方及多次小型规模塌方，塌方发生前，均进行了相关衬砌段落的加强，但地质原因复杂，塌方体普遍呈现碎块状松散体，且形成明显了塌腔，个别塌方段落伴随有泥石流状地质体流出。

这四处塌方中，前两处基本一起发生，后两处发生时间也非常接近，因此分别在不同的时间段导致开挖工作无法开展，开挖进尺陷入僵局，引起了各方领导的高度重视。

2公路隧道注浆加固技术的应用特点
2.1注浆法的种类
目前注浆法已被广泛应用于土木工程施工领域，但是在隧道项目施工中应用相对落后，尚未形成健全的理论体系及完善的技术方法来指导实际的施工。

由于隧道施工较为复杂，尤其是在特殊地质条件下严重影响施工技术的正常使用，这就为设计施工方案及具体操作带来了一定的难度。

随着隧道工程的逐渐增多，注浆法的应用也得到了推广，注浆技术逐渐完善。

根据浆液在地层中的作用方式不同，可以分
为填充式注浆法、挤密式注浆法、渗透式注浆法、劈裂式注浆法、电动式注浆法。

在实际的隧道施工中还会根据地质特点选择复合式注浆法提升施工效果。

2.2注浆法的工艺优点
注浆加固技术通常是通过液压或气压等外力的作用将浆液灌注到地质条件较差的岩石缝隙中，从而使破碎的岩石结构紧密连接，形成强度较好的岩体，从而增强岩层结构的整体稳定性。

注浆加固技术的应用优点主要有以下方面：（1）工艺简单，所涉及的施工设备较少，利于施工现场的设备管理；（2）能够形成挡水帷幕，且可以长期使用，有利于支护结构的顺利施工；（3）应用范围较广，不仅适用于含水层，还可以应用于薄岩砂层，同时实现防水堵漏与加固的同步进行，还能有效处理特殊地质条件下的断层碎裂等不良问题。

3公路隧道穿越富水断层破碎带预注浆加固处理技术
3.1破碎带段落施工工艺
破碎带段落的开挖阶段采取人工作业与机械设备相互配合的施工方式。

岩质条件较好时可通过采取减弱松动爆破的方式开挖，装载机配合自卸汽车运出碴石。

开挖过程按照“管超前、严注浆、短进尺、少扰动、强支护、快加固、早成环、勤量测”的原则施工。

制定合理的施工组织计划，严格按照施工流程做好隧道的初期支护，同时加强对隧道及地质条件的检测，做好超前地质预报，科学分析围岩的稳定性能，从而采取相应的处理对策。

3.2超前注浆加固
根据超前地质预报和掌子面揭示的围岩地质状况，可得掌子面前方岩体破碎，出现富水溶腔，随着开挖的进行易加重突涌水现象。

为保证施工过程中的安全首先调整施工，加强支护参数。

首先，在涌水区域加强支护参数，缩减每榀拱架间的间距，涌水范围内围岩拱部范围内采用φ22mm超前锚杆预加固，加固拱部软弱岩体，并采用网格状沿着隧道周边布置注浆孔，注浆材料采用马丽散。

施工时应根据岩石节理面产状使锚杆垂直于岩面，按照“打一个钻孔注死一个钻孔”的思路来实施。

控制马丽散注浆流速5L/min左右，孔间距3m，孔深3m，注浆封孔器设于0.5m深度处，1.0m后设花管。

马丽散注浆终结控制标准:(1)注浆终压为2～3MPa，在单孔注浆达到控制标准前持续注浆，不得间断。

(2)面状出水区域只有导水管排水，他处无明显出水。

(3)马丽散浆液完全固化后初期支护变形减小并且趋于稳定。

事实证明通过周边注浆+超前锚杆加固可很好的控制突涌水现象。

3.3注浆结束的判定
判断注浆是否完成具有严格的标准，即注浆压力大于设计压力且该压力下至少稳定10min作业，同时注浆速度≤20L/min，该条件下可以判断为注浆完成。

注浆作业时应确保每个注浆孔均满足以上标准，方可进行下一孔的注浆施工。

3.4空腔回填
脱空回填处理，回填采用同标号C35混凝土泵送回填，确定回填所需混凝土方量，回填分批进行，单次回填高度不超过50cm，设置两道泵送管脱空处预留排水管。

同时仰拱施工时预留60cm×60cm排水管道与中排沟相连形成排水通道，二衬施工时侧墙增加一处沉沙池壁厚度与二衬厚度一致，沉沙池较中排沟沟底低1.5m以沉淀泥沙。

4注浆加固的质量控制
4.1做好质量管理
注浆加固施工时，应确保技术部门、管理部门各司其职、相互协作，同时将质量控制工作责任到人，根据项目实际情况签署质量控制责任书，确保施工过程的管理与技术同时落实。

另外，各项施工材料是保障工程建设效果的重要因素，因此材料进场前应严格检测其质量，严禁不合格产品流入施工过程，保障隧道破碎带的施工质量。

4.2技术保障
施工前，工程管理人员、技术人员应再次确认施工方案，确保施工方案的科学性及可行性，同时了解施工方案中注浆加固技术的基本流程，预测施工过程中可能会遇到的各类问题及相应的处理措施，以利于注浆加固技术的有效应用。

结束语
断层破碎带是导致突水突泥等地质灾害的重要原因，尤其是发育规模较大且内部充填介质相对软弱或者地下水丰富的断层区域，受到工程扰动的影响，在地应力与水压力的作用下容易破坏地层的稳定性，从而引发突水突泥事故。

本文采用注浆加固技术对隧道破碎带进行处理，分析该工艺的主要施工流程，并对施工要点进行研究，提出了相应的质量控制措施，有效提高了隧道破碎带的处治效果，保障了隧道项目的整体质量
参考文献
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[3]宋国振.隧道岩溶富水断层带施工中注浆止水施工技术的应用[J].工程技术研究,2017(4):84-85.。