隧道施工中注浆技术的应用分析

1、隧道施工中注浆技术的应用分析 【摘要】随着经济的快速发展，我国隧道与地下工程发展迅速。隧道工程是铁路、公路及市政工程施工中的重要结构物。隧道工程修建所采取的技术措施很多，其中注浆技术是必不可少的，无论是在岩体中修建的山岭隧道，还是软弱地层中修建的隧道，或者城市地铁隧道工程皆离不开注浆。大量工程实践证明，注浆是改良地层的有效方法，是保证隧道工程安全建成的可靠手段。具体表现在岩体加固、超前预注浆、空洞回填以及衬砌裂缝、渗漏水治理等方面。注浆技术具有设备和工艺简便灵活、耗资少、工期短、见效快、施工占地小、对环境污染小等特点，故而在隧道工程中得到广泛的应用。以下，笔者在介绍注浆材料、注浆机理、注浆方法

2、、注浆机械设备、如何根据现场地质情况选择注浆方式的基础上，结合以往隧道施工案例，对注浆技术在隧道施工中的应用加以阐释和论述。 【关键词】隧道施工；注浆技术；应用分析 一、前言 近年来，注浆技术有了很大的发展，应用范围越来越广。就隧道工程而言，在矿山法掘进中，对富水地段、软弱地层、破碎围岩注浆，进行堵水和加固；为防止地表沉降，进行隧道拱顶回填注浆；盾构法隧道施工中控制沉降的同步注浆及二次补注浆等。可以说，在现代隧道工程施工中，注浆是一项必备的辅助工法。 二、注浆材料 1、注浆材料的要求 一般对注浆材料有如下要求：浆液黏度低、流动性好；浆液稳定性好，能在预定时间内凝固，具有一定的抗压抗拉强度，有较

3、好的抗老化性能；材料来源广，价格适中，配置及操作方便；不污染环境及对操作人员无损害。 2、注浆材料的分类 浆液分为化学浆液和非化学浆液。化学浆液主要是指水玻璃类浆液和有机高分子类浆液。非化学浆液主要是指以水泥、黏土、砂、膨润土、硅粉、粉煤灰等无机细颗粒为主剂，以水为溶剂混合而成的悬浊浆液。 （1）非化学浆液 非化学浆液大致可分为水泥类、黏土类、膨润土类和砂浆类，下面介绍几种主要的非化学浆液。 1）普通水泥浆液 水泥浆液是以水泥为主，添加一定量的附加剂，用水调剂而成的浆液。水泥作为注浆材料具有结石体强度高、抗渗性能好、材料来源丰富、价格低廉、注浆工艺简单、浆液无毒等优点。但由于水泥是颗粒性材料，

4、可灌性差，胶凝时间长，浆液早期强度低，强度增长缓慢，易沉淀淅水等，因而水泥浆液的应用具有一定的局限性。 为了调整水泥的凝胶时间，可在浆液中掺入速凝剂。 为提高浆液的结石率，降低浆液的沉淀速度和提高浆液的稳定性，常在水泥浆液中掺加悬浮剂和分散剂（如黏土、膨润土等）。 为降低浆液的黏度，提高浆液的流动性，可在水泥浆液中加塑化剂； 在注浆中，当遇到断层破碎带需要大量浆液时，为节约水泥，可在水泥浆中掺加惰性材料，如矿渣粉、粉煤灰、岩粉、粉砂等。 注浆过程中，浆液的水灰比应根据现场注浆情况不断进行变化，一般开始时水灰比较大，而后逐渐变小。根据需要的不同，稀浆通常采用的水灰比为2：1、1.5：1、1：1；

5、稠浆为0.8：1、0.75：1、0.6：1。 2）水泥黏土浆液和水泥膨润土浆液 黏土具有可塑性及黏性，细粒成分多，亲水性好，所以沉淀淅水少，加入水泥浆液中可改善浆液的稳定性，但黏土的固结强度比水泥要低。 膨润土水泥浆液比纯水泥浆液的可注性高，抗渗性强，防水性能好。但强度低，只有510mpa，主要用于填充注浆。 （2）化学浆液 1）水玻璃类浆液 按酸碱性，水玻璃溶液分为碱性和非碱性浆液。由于碱性水玻璃溶液凝胶时间不易控制，且存在污染环境及稳定性和耐久性不够理想等问题。而非碱性水玻璃的凝胶固结体均呈中性，对环境无污染、耐久性好，所以目前广泛运用，尤其是酸性水玻璃类浆液。 酸性水玻璃溶液的固化剂比较

6、简单，只要加入碱性物质（如nahco3），在偏碱性地层中，可以直接注入带酸性的水玻璃，在土层中逐渐凝固。 2）水泥-水玻璃浆液 水泥-水玻璃浆液是一定水灰比的水泥浆和一定浓度的水玻璃溶液，按一定比例混合，必要时加入速凝剂和缓凝剂所形成的注浆堵水材料。 水泥-水玻璃浆液的初凝时间是可以控制的，注浆时，改变水泥浆与水玻璃浆的配合比可以调整凝胶时间。 水泥-水玻璃浆液的可灌性比水泥浆液有所提高，材料来源广泛，价格低廉，无公害。 3）有机高分子化学注浆材料 常见的如：丙凝浆液、脲-甲醛浆液、脲醛树脂浆液、铬木素浆液、聚氨酯浆液、甲凝浆液、环氧树脂浆液等。 有机高分子化学注浆材料具有渗透性好；抗渗性强；

7、强度高的特点，但黏度大，对设备有腐蚀性，且因其含有剧毒物质，污染环境，所以仅在注入水泥浆液、水玻璃浆液无法解决问题的时候才使用。 3、注浆材料的选择 我们应根据具体地质条件、环境及注入目的来选择注浆材料。其中地质条件是选择注浆材料的首要因素。 选择的浆液必须与砂土层为渗透注入，粘土层为脉状劈裂注入的机理相吻合。选择溶液型浆液、超细粒浆液对砂土层进行渗透注入，可提高砂土层的防渗能力和土体的凝聚力。而粘土层劈裂注入是为了提高土层的的强度和稳定性，故应选择固结强度高的悬浊型浆液，以增加土层的内聚力。 当工程对固结体的强度要求很高，在提高注入率的情况下还不能满足要求，通常选用超细水泥、细磨水泥、硅粉等

8、超细颗粒状浆液或高分子化学浆液。 当工程对固结体的耐久性有特殊要求时，应选用凝胶时间长、渗透性好、匀凝强度高的硅溶胶浆液或酸性水玻璃浆液。 当周围环境要求浆液无毒性或注浆施工靠近公共水域时，应选用中性水玻璃浆液。 二、注浆机理 在隧道工程施工中，可能出现的常见问题大致可以分为以下几类： （1）开挖时工作面失稳（包括坍塌）； （2）衬砌背后注浆加固问题； （3）衬砌裂缝问题； （4）衬砌渗漏水问题 下面，就如何运用注浆技术处理好这些常见问题作一阐述。 1、开挖时掌子面失稳坍塌 实际施工过程中，对围岩加固和塌方处理的方法多种多样，关键是根据现场情况确定经济可靠的注浆方案。 我公司在兰新铁路第二双线

9、项目承担的富川隧道施工过程中，屡次遇到过这种问题。福川隧道全长10.649km，洞身所穿岩层均为膨胀岩，围岩级别为、级围岩。在dk40+000dk40+030处洞顶为自然冲沟，埋深最浅处仅5m，有少量裂隙水，围岩较破碎。为安全通过浅埋段，研究决定采用42小导管配合80大管棚注浆超前支护，后如期安全通过浅埋段。 在dk46+600处，掌子面失稳坍塌，拱顶塌空高度3m，长度6m，弧度9m。掌子面处为级围岩，膨胀岩，无水。坍塌后拱顶不时有小块落石，后经喷浆封闭后，观察两天无落石、无变形后，按原设计进行初期支护，挂网喷浆，并预留注浆孔。待初期支护达到一定强度后回填混凝土0.5m厚，因塌腔过高，若一次性

10、回填过重，自重过大，初期支护不能承载。故待第一次回填混凝土具有一定强度后，对空腔内进行吹砂回填，吹砂完成后进行水泥浆液注浆。后经超声波检测，支护背后已无空洞，此次坍塌得到较为经济、可靠的处理。 （2）隧道衬砌背后注浆 隧道衬砌背后与围岩之间空隙的存在，造成围岩松弛、衬砌荷载增大和增加地表沉降的可能性。因此，必须采取衬砌背后注浆措施，以使隧道衬砌与围岩形成一个整体，均匀承载围岩压力，确保隧道结构稳定，并可减少隧道渗漏水。我国现修建的隧道工程设计中，一般都有预留衬砌背后注浆管并在衬砌施工后进行注浆的要求。注浆材料多采用水泥浆。 （3）衬砌裂缝处理 先向该段衬砌背后的岩体进行注浆加固。然后采用环氧树

11、脂注入裂缝填充结合，恢复衬砌强度。其施工步骤如下： 1）清理混凝土表面； 2）在裂缝部位插入注入管，其间距与裂缝深度相同； 3）用速固型粘结剂封闭裂缝表面； 4）注入环氧树脂 5）硬化养护及修饰 我公司在海南芭蕉岭隧道施工中，采用的这种裂缝处理方法，效果较好，也比较经济。 （4）衬砌渗漏水处理 从根本上解决渗漏的途径是“表里结合，综合治理”。所谓“表里结合”是指结构内部缺陷和渗漏通道的修复同结构表层整体防水的实施相结合；“综合治理”是指多种方案比较、多种技术结合，以在技术上和经济上达到最优。注浆法是治理结构内部渗水和缺陷的有效方法。 我公司在海南文尖岭隧道施工完成后，发现衬砌渗水现象严重，处理

12、后又经常复发，此情况引起了公司的高度重视，后决定采取注浆封堵及隧道回填注浆等措施，基本解决了衬砌渗漏水问题。 1）回填注浆施工，对元衬砌背后空腔进行回填水泥砂浆， 2）注浆封堵，沿渗水缝两侧切槽，槽宽45cm，深5cm左右，凿出中间的混凝土并清理干净，埋设注浆管，注浆管对准渗水处，然后用速凝堵漏剂封堵管周围空隙，注浆管1.01.5m埋设一个，埋设后要检查，除水从注浆管流出外，其余部位不应再漏。注浆管埋设完毕后，连接好管路和泵自上而下进行注浆，浆液采用超细水泥浆，注浆完毕后清除注浆管，修饰混凝土表面。 此外，对渗水量大的部位，采取引排等措施，由于采用了以注浆封堵为主的综合治理措施，收到了良好的效果。 结语 注浆，必须与现场紧密结合，必须与地层相适应，必须与水压、水量、土质等参数相匹配，在注浆过程中要不断调整浆液的各种参数、甚至修改注浆材料。注浆，是一门临场发挥、创