灌浆法加固施工技术在公路隧道工程中的应用

何凯波

（湖南省醴娄高速公路建设开发有限公司，湖南 长沙 410000）

1 工程概况

某隧道工程位于我国南部，在该项目中，隧道产生了明显的裂缝，宽度达5mm，深度达4mm，对隧道运营的稳定性和安全性造成了负面影响，因此，施工时选择采用灌浆加固法实施加固。

2 灌浆法加固原理

隧道施工时可能会遇到复杂性较高的地层环境。灌浆加固技术是利用外界作用的压力，通过灌浆管道将与岩石结构有融合性的浆液注进地层结构。由于浆液具有重力作用和流动作用等物理特征，因此会慢慢渗透和填充地层结构，然后挤出岩石缝中具有不稳定性的物质结构，包括空气和水等。在经过一段时间静置干燥后，原先地层组织中具有的松散组织和岩石会被浆液包裹，然后形成完整的物质结构，从而增大了结构的整体强度，并提升其化学结构稳定性和防水性能。

灌浆法是先将水泥、砂、土或一些高分子化学溶液按照合适的比例混合，待混合完成后利用气压和水力在地基或建设工程的裂缝处或断裂带进行灌浆，以此改善桥梁的化学或物理性能[1]。灌浆会在裂缝中形成浆柱，凝聚成整体，切实增强桥梁的稳定性和承载力，降低桥梁出现不均匀沉降的可能性。

3 灌浆法加固施工技术

3.1 钻孔

（1）钻孔方法。灌浆前必须做好钻孔工作，为保证整体施工质量，必须确保钻进和成孔顺利开展。表层灌浆进行钻孔工作时可以选择使用冲击旋钻、硬质合金钻头的旋挖钻机或冲击钻。使用冲击钻或冲击旋钻时，需要对清理裂缝和钻孔加强操作。使用任何一种钻进工艺时都需要严格按照操作规范进行施工。

钻进过程中需要认真做好记录工作，特别是一些重要信息和异常情况，主要包括岩层、掉钻、塌孔、钻速变化、回水变色、失水、涌水等。以试验区岩石的发育程度、裂缝以及渗透率为依据，需要在钻进过程中综合考虑实际的送浆能力和岩性的变化情况，科学调整钻压和钻进长度，若岩体由硬到软，需要合理降低泵容积，并提升转速。若钻速不下降，应适当加大压力，堵塞岩心，再取出岩心；当钻孔遇到溶洞时，如果孔洞塌陷或下陷较快则钻孔困难，可在钻孔前进行灌浆处理[2]。

（2）钻孔的方向和孔直径。钻孔的方式、岩性和深度以及钻孔类型都是决定钻孔直径类型的因素。一般情况下灌浆钻孔直径为5.9cm 和7.5cm，如果灌浆孔需要满足特殊要求，则可以适当增大。钻孔方向的选择需要保证单位深度的钻孔能穿透最多的岩层，且钻孔方向选择垂直岩层或裂隙面。一般情况下，为方便施工，在地面灌浆时会和地面垂直，需要按照设计好的孔方向进行钻孔。若将孔设置成垂直孔，需要在垂直方向进行钻孔；若设计的钻孔是斜孔，需要根据规定的方位角和倾角进行钻孔。

（3）钻进标准。灌浆孔位置与设计空间的坐标偏差控制在10cm 以内，相邻两个孔的底部最大偏差距离控制在孔距的1/2内，孔斜度偏差值在50以内，保证钻深满足现行规范要求，并按照设计要求记录实际孔位、孔深等内容。

（4）钻孔维护。暂停钻孔施工时应妥善保护孔眼，防止异物和污水进入；钻孔结束后冲洗钻孔，这一流程是固定的，并且孔底厚度不能高于0.2m。

3.2 裂隙冲洗及压水试验

（1）冲洗裂缝。所有的灌浆孔和注前测试孔参考的标准均为钻孔结束后的钻孔条件和钻孔方式以及钻孔深度，并考虑夹层风化较强、岩体破碎、结构较紧密或结构面岩屑含量较高等复杂情况，通过综合考虑，选用高压风水联合冲洗、高压风或者压力水洗的方式。灌浆的压力需要控制在80%之内才可以进行压力水冲洗，并不超过1MPa，冲洗到回水澄清后10min 即完成，总时间控制在0.5h 内。在进行风水联合冲洗钻孔过程中，其压力是灌浆压力的一半，且不超过1MPa，首先将水管打开，再注入水，待水达到一定高度时，将气管打开，通入压缩空气，促使孔内的水和空气充分混合；冲水10min 后待回水澄清结束冲洗，所需总时间仅为30min。

（2）测试水压。首先清理钻孔至干净状态，然后对其进行水压试验了解注入岩体的透水性。不需要在岩溶泥质充填物和遇水易变质的岩层开展灌浆加固过程中进行水压试验和裂隙冲洗。试验时具体通过简易水压试验法和标准五点水压试验法进行。测试孔数应至少是总孔数的5%。通常使用自下而上的分段式插头，试验长度控制在5.0～8.0m即可。

五点水压法可分五级压水，分0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa、0.6MPa、0.3MPa 五种压力。入侵流量的稳定性在各级别水压下的标准是：在稳定压力的前提下，间隔3min 测量并读取一个数据，如果连续四次读取的数据最大值与最小值的差值在最终值的10%或处于1L/min的范围内，则可以中断加压水位。

3.3 制浆与浆液储存

3.3.1 浆液的制备

可以选择使用一次制浆或二次制浆的配置方案进行现场灌浆。一次制浆时需要按照设计要求的浆液配合比进行浆液制作；二次制浆是利用集中制浆站制作稠浆液，然后应用管道输送至灌浆区并稀释到设计配比，最后进行灌注。应根据灌浆规模、灌浆区域的空间和孔数确定制浆方案[3]。

具体制浆过程中应根据规定的浆液比来计算，控制误差在5%以内。水泥等固体物料按重量（质量）称重法计算。必须均匀搅拌浆液，测试浆液的密度，严格按照顺序添加，首先将一定量的水加入高速搅拌机中，然后按照规定边搅拌边加入一定量的水泥，待搅拌均匀后倒入掺合料，一般需要在4min 内完成加料，常用水泥浆液规范如下：

（1）利用高速搅拌机搅拌纯水泥浆时，时间需超过30s，如使用普通搅拌机则必须超过3min。使用前必须筛选泥浆，从配置准备到完成的时间不得超过4h。

（2）当高速搅拌机对稳定浆液和细水泥浆液进行搅拌时，需要适当添加减水剂。搅拌时间需要根据试验确定。应特别注意，需要在2h 内完成细水泥浆液的配置和使用。

集中制浆站配置时，将纯水泥浆水灰比设置为0.5，且流速在输送泥浆的管道中达1.4～2.0m/s。需要对每个灌浆地点从输浆站或制浆站输送来的浆液密度进行测试，经过合理调整再用于施工中。

3.3.2 浆液的储存

浆料温度必须保持在5～40℃。如果使用热水搅拌，水温不得超过40℃。在不同季节，机械和管道必须做好防寒和防热保护，选用合适的防冻和防晒方法。

3.4 灌浆方法

根据不同工程的要求和地质，可以选择孔口灌浆、全孔一次性灌浆、由下至上分段灌浆、由上至下分段灌浆或综合灌浆的方式进行隧道表面加固灌浆。

3.4.1 灌注方式的选择

（1）冲压式灌浆：即所有的浆液到达岩体裂隙时不再出现孔内返回现象。这种方式比较适合渗透性小或浅孔中裂隙不发育的孔段中。

（2）循环灌浆：将一定量的浆液通过灌浆泵进行输送。当出现岩石的吸入量低于泵的灌浆量时，会有一部分浆液返出孔外，还有一部分渗入土壤和岩石中。该方法适用于成孔难度高、孔壁松散或裂隙发育的孔段，射浆管距孔底的距离控制在50cm以内。

3.4.2 灌浆顺序的选择

结合施工环境、地质情况和灌浆目的确定灌浆顺序。通常以跳孔间隔灌浆的方式作业，从而避免发生串浆问题。如遇到一些特殊情况，例如存在地下动水流，流动的泥浆会有迁移效应，所以要从水头高的位置先进行作业。会选用顺序灌浆的方式进行表面加固和灌浆，先外周、后内周；如果在灌浆范围外有边界约束（阻碍浆液流动的障碍物），也可采用从内侧依次到外侧的灌浆法。

3.4.3 注浆段长度的选择

灌浆段的长度通常在5～6m，如有特别情况可合理增长或缩短，最长需控制在10m 以内。隧道面固结时，如灌浆段长度在6m内应使用单次法；超过6m则使用分段灌浆法。如果应用底部分段灌浆法，在灌浆长度超过10m时需要采取有效的补救措施；如果使用的方式是由上而下的分段灌浆，可以选择适当增加灌浆长度。

3.5 灌浆压力及浆液配合比变换

3.5.1 灌浆过程压力调整

灌浆压力根据工程类比和地质条件相结合。如果施工现场的地质环境比较复杂，则应先开展试验论证，从而得到较为合理的施工参数，再在具体施工时合理调整。施工时，前期灌浆压力控制在0.5～1MPa 为宜，后期可稍微加大，具体为1.0～2.5MPa，但要控制在2.5MPa 以内。施工中注重科学调整灌浆压力和灌浆率，以此保证灌浆质量。两者的匹配原则为：

（1）当局部层有大量灌浆，即灌浆量较大时，应及时调整灌浆水灰比，一般采用低压或“无压”灌浆。

（2）当地层灌浆量少、注入量低时，应尽快将压力提高到最大，并及时调整水灰比。灌浆时，如果是灌浆率低的地层，应尽快达到设计灌浆压力，如果是灌浆量大、易抬动的地层，则分阶段慢慢增加压力，还要控制好升压速度。具体可根据以下规则执行：①灌浆开始时，若灌浆量较大则采用最低级压力；②需要在灌浆速率降至20L/min 时，增加一级的压力；③如果注射速度降至10L/min 时，再增加一级的压力；④按该方式持续进行，一直达到规定压力灌浆降低至最终标准，则结束作业。

3.5.2 灌浆过程浆液配合比变换

（1）当灌浆压力保持稳定且灌浆量一直下降时，或出现压力处于上升状态时灌浆量稳定，水灰比没有变化。

（2）如果某级注入的浆液量高于300L或使用30min的灌浆时间，而且灌浆的压力和速度不进行及时调整或不调整时，需要调整成为下一级的浆液浓度。

（3）如果进浆的速度大于30L/min，可以按照实际情况进行越级变浓。

3.5.3 灌浆过程突发情况处理

（1）施工时如果灌浆压力或灌浆量突然提升或下降，需要尽快分析原因并采取措施[4]。

（2）如果发现浆液与设计指标不同，应立即确定问题的原因，并处理。

（3）施工中若需要将单液换成双液，应将间隔时间控制在10min 之内，按照配合比，初凝时间必须大于间歇时间，不然有可能出现堵管情况。

3.6 灌浆结束及封孔

（1）灌浆终点的标准。终止灌浆的前提条件是孔的最终灌浆压力达到设计值，并且最后一次灌浆压力的总量接近设计值。如果出现本灌浆最大的设计压力时就是完整的隧道固结标准，若容积不超过1L/min 时进行灌浆，需要持续30min完成灌浆。

（2）灌浆完毕后封孔。应封闭地面固结的灌浆孔，钻体采用全孔封堵程序或管道防尘密封程序，并用砂浆和水泥覆盖该孔[5]。采用全孔灌浆-封孔法时，待全孔灌浆结束后，先将浓浆注入管道，水灰比为0.5∶1，将剩余的浆置换入孔内。在孔开口处继续使用该浓浆密封孔。封堵灌浆压力采用孔内最大灌浆压力，时间不少于1h；采用管道灌浆法时，全孔灌浆结束后应将管道（软管、铁管、钻杆）下放到钻孔底部，水灰比为0.5∶1，用灌浆泵将浓浆泵入管内。

3.7 灌浆后质量检测

为保证工程整体质量，应注重施工过程质量控制和施工结束后的检验工作。按照规范和设计要求实际情况确定检验内容、方法和合格标准。选用声波测试和孔压水试验进行隧道表面灌浆检查，并且直观观测结石强度和水泥结石率，选用试验结果作为标准，再根据结果数据和试验数据以及施工记录相结合进行分析和综合评价。灌浆完成后3d 或8d 需要在该部位进行水压试验，采用钻孔岩芯、检查竖井等方法目视检查灌浆后岩体的充填情况。一般在灌浆孔全部完成后等待凝冻14d（见表1）。

表1 注浆效果检测技术方法

4 结语

实施定期灌浆养护能够防止工程出现质量问题，节约整体建设成本，并延长工程使用时间。本文结合某工程，探讨了路桥隧道工程中经常出现的裂缝问题和处治技术。为彻底解决裂缝病害问题，除了在施工前期保证材料和工程质量外，后期做好维护保养工作也非常关键。