隧道围岩注浆加固方案

隧道围岩注浆加固方案前几年我在南方山区做一座二级公路隧道的技术负责人，掘进到中段碰上了富水断层破碎带，炭质页岩碎得跟渣似的，拱顶掉块、沉降超限，赶上连雨天还差点发生掌子面溜塌，吓得我连着一周住在项目部，半夜都要爬起来刷监测数据。后来我们联合设计、监理单位反复论证，前后改了三版稿子，最终定了这套围岩注浆加固方案，全程都是我盯着落地的，效果确实靠谱，下面就把完整的方案内容给大伙捋清楚。1工程概况与注浆加固必要性1.1项目基本情况这座隧道全长大概两公里，属于典型的山区越岭隧道，我们当时碰到的破碎带长度有80多米，围岩等级为V级，地质勘察报告里说这一段是断层挤压破碎带，岩石被挤成了粉末状和碎块状，还夹杂着大量高岭土黏土，遇水就软化，承载能力特别差。我第一次进掌子面踏勘的时候，泥水能没到脚脖子，刚走两步就滑了个趔趄，安全帽直接磕在钢拱架上，那动静给我震得半天缓不过来，当时心里就咯噔一下——这活不好干。1.2围岩病害具体表现刚挖进破碎带10米左右，我们就发现了好几处严重的病害，完全没法按正常进度往前推。一是拱顶沉降严重超限，规范要求V级围岩日沉降不能超过1毫米，我们那段最高的时候三天沉了11公分，测杆都被压歪了；二是边墙收敛变形明显，两侧钢拱架往中间挤，初支喷射混凝土面上裂了不少横向小缝，最宽的有半公分；三是掌子面失稳溜塌，有一次夜里下暴雨，掌子面滑下来二十多方渣子，幸好当时工人都换班出洞了，没伤着人，但吓出我一身冷汗。那天夜里我接到电话套上衣服就往洞门口跑，淋了一身雨，心都提到了嗓子眼。1.3注浆加固的必要性与选型逻辑当时项目部提出好几种方案，有人说直接换拱、加大拱架密度，也有人说用管棚超前支护，但挨个算下来都有问题：换拱得挑掉现有拱架，上方的碎渣一动就可能大塌，风险太高；密排拱架只是硬撑，围岩本身是碎的，时间长了还是会慢慢往下掉，治标不治本；管棚只能撑住拱顶，边墙和掌子面的问题解决不了。最后大伙一致觉得注浆加固最靠谱——相当于给破碎的围岩“补骨头”，用水泥浆把碎石头、黏土胶结成一个整体，让围岩本身具备承载能力，从根上解决问题。我们前后开了三次专题会，会议室烟蒂堆了满满一烟灰缸，才把这个方案的大方向定下来。2注浆加固总体思路与设计依据2.1总体加固思路我们定的整体思路是“三层递进、互补盲区”，说白了就是从远到近、从深到浅织一张安全网：第一层是超前预注浆，先给掌子面前方还没挖的20米围岩注上浆，形成一个伞状的加固壳，挖的时候就在壳里面作业，从源头上防塌；第二层是径向补注浆，等掌子面挖过去、架完初支之后，再沿隧道周边往围岩里打径向孔注浆，补上超前注浆没覆盖到的盲区，尤其是拱脚、边墙这些容易超挖的位置；第三层是初支背后回填注浆，把初支和围岩之间的空隙填实，不让钢拱架悬空受力。这三层是循序渐进的，一层补一层的漏，我当时提出这个分层思路的时候，干了三十年的老工区长还拍了拍我肩膀说“小子，没白干这几年”，给我得意了好久。2.2主要设计依据依据的都是行业里通用的规范，比如公路隧道施工技术规范、岩体注浆技术规程，再加上本项目的地质勘察报告、前期监控量测数据。不过我得说句实在话，规范是底线不是死规矩，不能照着书硬套。比如规范里说注浆压力可以到1-3MPa，我们一开始照搬，结果压力刚到0.8MPa，浆就顺着裂缝跑到掌子面外面了，根本注不进去，后来改成先低压渗透、再慢慢升压的工艺，才搞定。所以做方案不能光抄条文，得跟着现场实际情况调。3分步注浆施工工艺思路定了、依据有了，最核心的还是怎么把活干实，下面的施工工艺都是我们当时反复调试出来的实操标准，没半点虚的。3.1前期施工筹备3.1.1材料准备主材料用的是常规P.O42.5普通硅酸盐水泥，配合35波美度的水玻璃做双液浆，初凝时间快，能减少跑浆；另外备了一批超细水泥，专门用来注细小裂隙——普通水泥颗粒大，碰到裂隙细的地方根本钻不进去，注了也是白搭，这都是我之前踩过的坑。我们当时特意在现场做了六组配比试验，水灰比从0.8:1到1.5:1挨个试，最后定的1:1的水灰比，水泥浆和水玻璃的体积比是1:0.3，初凝时间大概1分钟，刚好能渗进裂隙又不会跑得太远，调配比那天我守在搅拌机旁边，溅了一裤子白浆，晚饭的时候裤腿都硬邦邦的。3.1.2设备准备配了1台潜孔钻打深孔、3台风钻打浅孔，2台双液注浆泵（坏了一台能顶上，不耽误工期），另外我特意要求装了流量记录仪和精准压力表。之前干过一个项目没装流量计，工人偷工减料，注了多少浆都没数，最后检测不合格返工花了几十万，吃了大亏，这次我必须盯死，每个孔的进浆量都得实打实记下来。3.1.3人员筹备分成三个固定班组：钻孔班8个人，负责打眼清孔；注浆班6个人，负责拌浆、注浆、封孔；监测班3个人，专门盯着围岩变形和注浆压力。两班倒24小时作业，我每天早上都给早班开10分钟班前会，头一件事就是讲安全，第二件事就是强调质量，别嫌啰嗦，干工程的啰嗦点总比出事强。3.2超前预注浆施工这是整个加固的第一道防线，也是最关键的一步。3.2.1孔位布置在拱顶120度范围内布12个孔，分内外两圈：外圈8个孔，孔深20米，外插角10-15度，负责在外围形成加固壳；内圈4个孔，孔深10米，角度稍缓，负责加固拱顶核心区。两圈孔交错布置，不能对齐，不然衔接的地方会留死角。我当时蹲在掌子面上画孔位，拿着红漆桶拉着卷尺，一个点一个点量，误差不敢超过5公分，画了快俩小时腰都直不起来，有工人说我太较真，我就跟他说：“外插角差1度，20米外就偏出去3米多，到时候没加固到的地方塌了，咱哥几个都跑不掉。”3.2.2钻孔施工浅孔用风钻打，深孔用潜孔钻，每钻5米就测一次孔斜，偏角超过1度就得调整。我们当时有个外圈孔，钻到10米的时候偏了2度，我让工人重钻，那工人不愿意，说都钻一半了凑合得了，我蹲在边上跟他掰扯了十分钟，最后他还是乖乖重钻了。后来挖过那段的时候，那地方的围岩硬得风钻打都费劲，证明确实没白折腾。3.2.3注浆作业注浆顺序特别讲究：先注外圈孔，再注内圈孔；先注两侧的孔，后注中间的孔，这样能防止浆都往中间跑，两边注不充实。压力控制是核心：一开始用0.5MPa的低压慢慢渗透，等吸浆量变小了再逐步升压，最高不超过2MPa，稳压10分钟，吸浆量小于每分钟0.1升就可以停注。要是注浆的时候压力突然降、进浆量突然变大，大概率是串浆了，就得先把这个孔堵上，注旁边的孔，过俩小时再回来注这个。我记得有一次串浆串到了隔壁的排水孔，流出来的浆把排水沟都堵了，折腾了半天才通，后来我就让工人隔一个孔注一个，就很少串浆了。3.3径向补注浆施工掌子面挖过去、架完钢拱架、喷完初支混凝土之后，就该做径向补注浆了，主要补超前注浆的盲区。3.3.1孔位布置沿隧道纵向每2米布一排孔，每排8个，拱顶、拱腰、边墙、拱脚都覆盖到，孔深4米，梅花形错开布置。尤其是拱脚位置，我特意要求每排多打两个孔，因为拱脚最容易超挖，留空洞的话初支就没受力点，特别危险。我当时拿着小锤天天敲初支面，听声音找空洞——“咚咚”发闷的就是空的，“当当”清脆的就是实的，敲了整整两天，手都震得发麻，找出来七八个空洞段，都加密了注浆孔。3.3.2注浆施工用小直径钻头钻孔，钻透初支之后插42毫米的小导管，用快硬水泥把孔口封死，等封孔料硬了再注。压力绝对不能超过1.5MPa，不然容易把初支撑裂。我还真遇上过一次，当时一个拱腰的孔，工人图快，压力直接升到1.8MPa，就听“咔”的一声，初支面裂了个半公分宽的小缝，吓得我赶紧喊停，后来把压力降到1.2MPa慢慢注，就没再出问题。从那之后我就给注浆班定了死规矩：径向注浆压力敢超1.5MPa，直接罚班组的款，宁肯多注半小时，也不能硬压。3.4初支背后回填注浆这是最后一步，看起来简单，其实特别重要，就是把初支和围岩之间的空隙填实，不让初支悬空。3.4.1孔位布置主要布在拱顶和拱腰位置，纵向每3米一个孔，不用钻太深，穿透初支5公分就行，就是个灌浆的通道。3.4.2注浆施工用普通单液水泥浆就行，不用双液，毕竟是填充用的，不需要那么快凝，压力控制在0.5-1MPa，看着相邻的孔往外溢浆，而且溢出来的浆稠度和注进去的差不多，说明空隙填实了，就可以停了。这步我盯得最紧，之前干过一个项目，拱顶回填注浆没做好，二衬都做完了又沉降，只能把二衬凿开重新补浆，花了几十万还耽误工期，所以这次我每个拱顶孔都要亲自盯着，看到均匀溢浆了才算合格，工人想糊弄都不行。4质量检验与效果验证活干了不算完，得有实打实的标准检验效果，不能稀里糊涂注完浆就往前挖，那是对工程不负责。4.1过程管控指标施工过程中就得盯着数，不能等注完了再返工。比如钻孔的孔深误差不能超过±20公分，孔斜不能超过1%；注浆的配比、压力、单孔进浆量都要一一记录，我每天晚上都要翻当天的施工日志，有不对的地方，第二天一早就找班组整改，绝不拖到下一班。4.2效果检测方法我们用了三种方法交叉验证，哪一种不合格都不行。第一种是钻孔取芯，注完浆等7天之后，在加固段随机钻孔取芯，看看浆脉充不充实，碎石有没有被胶结成整体，取出来的芯样捏不碎、摔不裂才合格；第二种是声波测试，测围岩的纵波波速，注之前波速只有2000m/s左右，注完之后要求达到2800m/s以上，因为围岩越密实，声波传得越快；第三种就是监控量测，连续一周拱顶沉降和边墙收敛速率都在每天0.2毫米以下，才算真的稳定了。当时我们注完第一批20米的段，测出来波速平均到了3000m/s，沉降一天才0.15毫米，我悬了快一个月的心终于落下来，晚上和老工区长去门口小饭馆吃了碗牛肉面，加了个煎蛋，吃得特别香。4.3不合格段整改要求要是检测不达标，二话不说就补孔加密注浆，直到合格为止，绝对不能带着隐患往前挖。我们当时有一段拱肩的位置，声波测出来只有2500m/s，差一点达标，我们就在那补了4个孔，多注了两吨多水泥，再测就到2900m/s了，虽然多花了点时间和钱，但心里踏实，干工程的就得有这个较真的劲。5施工安全与环保管控质量要保证，安全和环保也不能落下，这两块要是出了问题，再好的加固效果也白搭。5.1作业安全管控安全的事我天天挂在嘴边，嘴皮子都磨薄了。首先，高压注浆的时候，操作人员必须戴护目镜，站在注浆口侧面，绝对不能正对着管口，万一喷浆伤着眼睛，那是一辈子的事，之前有个工人嫌麻烦没戴，被溅了一点浆到眼睛里，充了好几天血，看着都遭罪；其次，钻孔的时候必须戴防尘口罩，隧道里灰大，不戴的话时间长了容易得尘肺病，我们有个刚进场的小年轻，嫌口罩闷偷偷摘了，我看见当场就骂了他一顿，后来他咳嗽了好几天，自己就乖乖戴上了；还有，注浆的时候掌子面得留专人盯守，要是发现有掉块、变形的迹象，马上喊人撤，安全永远是第一位的。5.2现场环保要求这座隧道在山区，山下就是老百姓的稻田，可不能乱排废浆毁了庄稼。我们在洞口建了三级沉淀池，所有废浆都要抽到池子里沉淀，上面的清水达标了才能往外排，底下的沉渣要拉到指定的弃渣场，绝对不能随便倒在山沟里。我每天下班都要去沉淀池边上转一圈，看看有没有漏浆、有没有人乱排，就怕给老百姓的农田弄毁了，人家长点庄稼不容易，咱干工程的不能光顾自己方便