浅埋隧道破碎带岩体注浆技术

　　摘要：断层破碎带是隧道开挖过程中常见的不良地质现象，在多数情况下，断层破碎带是作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱带存在的，与其两侧岩体在物理力学特性上具有显著的差异。在断层破碎带地段进行隧道施工时，仅靠常规的隧道施工技术和施工方法很难克服隧道塌方、突水、突泥等地质灾害。因此，施工除了遵守一般技术要求外，还应采取针对性较强的辅助方法，而注浆即是目前主要的施工方法之一。
　　关键词：隧道；注浆；施工
　　一、隧道工程建设中的破碎带现象
　　构造作用形成的破碎带是岩土工程中常见的不良地质现象。通常，破碎带岩体是作为一个强度低、透水性大、易变形的软弱岩带存在，其工程力学性质与两侧岩体有显著差异，因此，往往成为工程建设中的控制性因素。隧道工程建设过程中通常会遭遇构造作用形成的破碎带岩体，断层及其破碎带是隧道开挖支护施工中难度很大、容易出现事故的地段。结合兰临高速公路隧道实例，发现F4断层破碎带内为断层泥、角砾岩、碎块岩及片石等,具有主断层面较宽、断层泥较厚、富水、节理发育、岩体破碎、局部有拖拉和牵引现象等特征；在分析金川三矿区巷道构造带围岩的力学特性时，认为破碎带岩体具有明显的流变特性；另外，多项工程的理论和实践研究均表明，隧道的施工过程中常会遇到构造作用形成的破碎带，此类岩体对隧道工程的稳定性非常不利。
　　海底隧道的建设过程中通常也会遭遇不良地质段，以中国目前正在和即将开工建设的3个大型海底隧道工程为例，厦门翔安隧道4处穿越风化槽、青岛胶州湾隧道海域穿越14条断层破碎带以及大连湾海底隧道穿越多个地层界面，部分地段还将遇到溶洞、溶槽等岩溶构造。其对工程的影响主要包括：
　　①风险性大，易于出现突水等灾难性事故；
　　②施工进度慢，施工方法复杂，通常还要带水施工；
　　③需要特殊的支护和超前预支护手段；
　　④需采取特殊的防排水方案和技术措施。
　　不良地质体的存在己成为水底隧道工程建设的难点。
　　针对隧道建设过程中出现的问题，多种施工方法得到了广泛应用，并取得了长足的进展。针对隧道工程中破碎带岩体的注浆技术即为其中的一种，以下即对其进行研究现状的分析。
　　二、破碎带岩体注浆机制
　　注浆是将一定的材料配制成可流动的浆液，通过压送设备压入到土层空隙和岩层裂隙中，使其扩散、胶凝、固化，从而改善岩土物理和力学性质的工程处理方法。注浆作用的目的是：通过注浆，改良岩体的现有的性质或从根本上改变岩体的物理化学性质。注浆之所以能达到目的，主要依靠下述作用：
　　①化学胶结作用。水泥浆或化学浆，发生能够产生胶结力的化学反应，把岩石或土粒粘结在一起，使岩体的整体性得到加强。
　　②惰性填充作用。填充在岩石裂隙及土孔隙中的浆液凝固后，具有不同程度的刚性而改变岩层及土体对外力的反应机制，使岩体的变形受到约束。
　　③离子交换作用。浆液在化学反应过程中，某些化学剂能与岩体中的元素进行离子交换，从而形成具有更加理想力学性能的新材料。注浆机制是设计与施工的基础与依据。按照流动浆液与岩土体相互作用的方式可分为渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆等。如前所述，破碎带岩体特性与一般的土体有明显的区别，同时也有别于自然界常见的含节理裂隙的岩体。在综合研究破碎带岩体微观特征、现场特点以及分析众多已有资料的基础上，针对破碎带岩体注浆特征，认为破碎带的注浆机制主要表现为宾汉姆流体的压密和劈裂注浆，其中，主要以劈裂注浆为主，压密注浆为辅。
　　三、破碎带岩体超前预注浆技术
　　因复杂的构造作用形成的破碎带，其岩体力学强度低，目前，国内外在处理破碎带岩体隧道开挖时，普遍采用超前预加固技术，主要包括超前锚杆、管棚、超前灌浆和人工冻结法等，显然，超前预注浆作为一种行之有效的工程处理措施，己经广泛应用于该类岩体的处理过程中。破碎带岩体的预注浆就是在地下工程掘进至破碎带岩体之前，停止掘进，利用掘进工作面与破碎带岩体之间的岩帽为保护层，或构筑止浆垫（止浆墙），从工作面打孔注浆，然后再进行掘进工作的一种方法。与一般的注浆方法不同，超前预注浆时注浆孔的方向为水平或近似水平。
　　（l）止浆墙
　　在第一循环全断面预注浆施工时，工作面设置止浆墙，止浆墙厚度1.5m，根据实际情况检算可进行加厚。施工止浆墙前，对基面进行清理，用风镐对周边围岩开挖沟槽，深度0.8-1.2m。当围岩破碎，虚碴很深或节理裂隙发育、导水性强时，可用风动钻机向岩体深处打注浆孔，埋设注浆管，用早强水泥加固周边岩体然后再挖槽，使止浆墙嵌入到围岩内。
　　（2）注浆方式及注浆孔的布置
　　注浆方式是指分段注浆的顺序，一般分为前进式和后退式两种。注浆小分段长度和注浆方式可以根据岩石的裂隙发育程度和注浆孔的涌水量来确定，在破碎带岩体中，通常采用分段前进式，注浆分段长度一般为2-5m。另外，注浆孔数量与裂隙的发育程度、浆液有效扩散半径和隧道的断面大小等因素有关。注浆孔数量及其位置主要以保证形成足够而有效的注浆壁为前提。为提高注浆效果，应力争使得注浆孔与更多的裂隙切割。
　　（3）钻孔与注浆
　　钻孔前按照设计及钻机所在位置，计算出各钻孔在工作面上的坐标，放出注浆孔的准确位置，以隧道中轴线为中心呈伞状布置。开孔:钻机采用低压力、慢钻速，采用小120mm钻头开孔，钻深2-3m，退出钻杆。开孔直径不小于110mm、终孔不小于小90mm。孔口管安装:钻孔3m后安装孔口管（一端焊有法兰盘的钢管），全部注浆孔孔口均设置孔口管，孔口管采用中108mm热轧无缝钢管，壁厚5mm，长3m，并按要求设置防突装置。安设孔口管前，先在钢管上缠绕麻丝，用钻机强力推入孔中并用膨胀螺栓加固，以免测量水压或注浆时钢管冲出孔外，影响注浆和危及人身安全。
　　（4）施工技术措施
　　l）注浆工作面开挖一次到位，并在底部设置积水坑。2）每个钻孔设孔口管，在钻孔中发现有大量泥沙从孔中涌出迹象时，及时退钻，进行顶水注浆，防止砂土颗粒的大量流失。3）加强对止浆墙及作业面附件隧道断面的沉降变形监测，必要的应力检测，确保注浆施工安全。4）严格按拟定的钻孔、注浆施工方案进行实施。钻孔方向、深度严格按设计要求进行。孔口管的埋设要牢固、密实。5）根据超前钻孔探测，随时测量水量及水压，核实地质情况，如与设计不符，及时向监理工程师提出，以便迅速变更设计参数，调整施工方案。6）如发生浆液窜孔，则停止注浆，立即在窜浆的孔上安装球阀，再进行注浆，当注浆孔达到终孔标准时，则可以认为窜浆孔同时也达到终孔标准。7）施工过程中作好注浆施工记录及各种检查测量记录，用于注浆分析。8）注浆压力由小逐渐调大，分级升压。

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