談隧道工程劈裂注漿技術

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摘要:劈裂注漿技術可有效改良地質條件，結合實際工程，通過試驗對隧道工程中劈裂注漿技術進行研究，結果表明，對地質條件較差的土層進行注漿后改善了土體基本物理指標，提高了土體的剪切強度，減少了地表及隧道拱頂的沉降。

關鍵詞:隧道工程;劈裂注漿技術;加固;拱頂沉降

引言

劈裂注漿技術可以有效改良地質條件。注漿技術的研究在歷史上很早就有記載了，其發展過程從最早的粘土材料注漿到水泥材料注漿再到化學材料注漿最后到現在的有機高分子材料注漿［1－2］，劈裂注漿技術是從水力劈裂原理演變而來的。關于該技術的研究有很多，其中有鄒金鋒等人［3－5］基于彈塑性力學理論對軟土進行彈性區域塑性區分區對每個注漿參數進行研究;李冠奇［6－7］基于實際的工程進行注漿試驗，分析了工程中的致密土體劈裂注漿的力學機理并研究了漿液擴散的規律;王玉平［8］通過室內試驗模型取得了軟土劈裂的注漿壓力及注漿量隨時間的變化規律;hweiger，HF［9］通過有限元仿真模型對劈裂注漿的沉降補償機理進行數值模擬研究。但目前的研究來看對于該技術的研究還存在些不足，如對注漿參數的理論研究還較為欠缺、對注漿量的控制以及注漿后復合土體的強度檢測問題等，為此通過試驗研究結合具體的實際工程對隧道工程中的劈裂注漿技術進行研究。

1工程案例研究

1．1工程概況介紹

本工程的注漿段隧道需要注漿的段落總長為17．5m，一共可以分為三段，前段為標準不變斷面段長度為7．5m，中間段為斷面漸變段長度為4m，后段為抬高段長度為7m，因此本工程的隧道開挖尺寸為5．6m×4．35m，本次工程隧道的初期支護厚度為300mm，二次襯砌支護的厚度也為300mm，隧道的底標高為14．52m，在底做素混凝土墊層厚度為350mm，隧道的埋深在16．5m，隧道的全斷面都處于粉細砂土內，地下水為潛水類型。隧道斷面尺寸見圖1所示，隧道所處的地質土層的參數見表1所示。本工程在進行地質勘探時，發現在要挖掘隧道的周圍有表面滲水現象。

1．2劈裂注漿的參數設計

本次工程從加固安全的角度出發，在綜合控制成本的基礎上及施工的方便性上選用水泥－水玻璃雙漿液作為主要的注漿料，同時準備一定量的磷酸，以防止遇到水量較大的情況。具體的注漿配合比及相關的參數設計見表2所示。

1．3劈裂注漿效果分析

本工程由于隧道的埋深在粉細砂層，因此本次的注漿主要是對該土層進行注漿，將該土層進行注漿后取該土層的土樣進行分析，主要對土體的含水率、密度、強度進行分析研究，具體的結果見表3所示。從表3中可以發現，經過對土樣的計算發現注漿后土體的含水率減少約18%，密度增加約9%，對土樣的強度采用剪切試驗儀進行試驗，樣本如圖2所示，根據試驗發現對粉細砂層進行注漿后的復合土砂層的粘聚力從15MPa提高到17．32MPa。

1．4隧道開挖后的觀察

對隧道的埋深土層進行注漿后，待一段時間后對隧道進行開挖，并觀察現場的開挖現象，經過觀察分析發現在開挖時土體的膠結能力明顯變強，土層具有良好的穩定性，不出現過大的變形及滑移的現象，可以順利完成初期支護;并且發現在隧道的拱頂及土體沒有出現明顯的滲水現象，說明注漿的注漿液起到了加固止水的作用。

2隧道地層的關鍵位置變形分析

在隧道進行挖掘時，有幾個現場的關鍵觀測位置，一個是隧道上面的地表，另外一個就是隧道的拱頂。其中地表的沉降最能反映出隧道開挖對地層的影響情況，而隧道拱洞的沉降最能反映出隧道安全與否，本工程中在進行注漿后地表的最大沉降值約為18mm，而拱頂的最大沉降值約為41mm，與注漿前的進行對比，如圖3(b)所示，這兩者的值在隧道工程開挖中引起地表沉降及拱頂沉降數據中均屬于較小值，說明本次的注漿液對地層沙土的注漿效果良好，可以達到預期的目的。圖3表示沉降的測量布置及結果圖。

3結論

通過試驗研究結合實際工程對隧道工程中劈裂注漿技術進行研究，對地質條件較差的土層進行注漿后改善了土體基本物理指標，提高了土體的剪切強度，減少了地表及隧道拱頂的沉降。

參考文獻

［1］涂鵬．漿液結石體耐久性試驗及評估理論研究［D］．長沙:中南大學，2012．

［2］豆海軍．復合水泥基．水玻璃雙液注漿材料性能及微觀特性研究［D］．北京:中國地質大學，2014．

［3］鄒金鋒，李亮，楊小禮．劈裂注漿擴散半徑及壓力衰減分析四［J］．水利學報，2006(3)．

［4］鄒金鋒，李亮，楊小禮，等．土體劈裂灌漿力學機理分析［J］．巖土力學，2006(4)．

［5］張淼，鄒金鋒，陳嘉祺，等．非對稱荷載作用下土體劈裂注漿壓力分析［J］．巖土力學，2013(8)．

［6］李冠奇．致密土體劈裂注漿的力學機理及試驗研究［D］．北京:鐵道科學研究院，2006．

［7］李冠奇，魏鴻，胡小文．致密土體注漿劈裂壓力計算［J］．路基工程，2007(4)．

［8］王玉平，朱寶龍，陳強．飽和粘性土劈裂注漿加固室內試驗［J］．西南科技大學學報，2010(3)．

作者：王松 徐紹婷 單位：江西科力咨詢監理有限公司