嘎拉山隧道富水破碎带隧底加固施工技术研究

施工技术研究

郑典明1，贺培霖2，吴红刚3，朱兆荣4

（1.中铁十一局集团第五工程有限公司工程管理部，重庆400037；3.中铁西北科学研究院有限公司勘察设计分公司，甘肃兰州730000；2.中铁十一局集团第五工程有限公司技术管理部，重庆

400037；

4.中铁西北科学研究院有限公司工程质量安全监督所，甘肃兰州730000）

摘要：以嘎拉山隧道为例，基于现场试验，从袖阀管注浆加固机理和施工工艺流程2个方面

深入研究，并对现场注浆加固效果进行检测评估。分析可知：（1）本次注浆效果可以达到施工建设单位的要求标准，特别是“注浆浆液饱满、岩心完整”2个注浆指标，更是达到预期注浆加固目标；（2）富水破碎带隧底增设袖阀管注浆后，能够有效提高隧底承载力的均匀性，消除或减弱不均匀沉降对工程主体的影响。袖阀管注浆技术成功解决了隧底富水破碎带加固施工难题，可为其他类似工程提供借鉴和参考。

关键词：嘎拉山隧道；富水破碎带；隧底加固；袖阀管注浆

中图分类号：U457文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）04-0125-05

DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.04.125

1概述

隧道隧底加固有多种新型的施工技术，为掌握和

方法，解决拉林铁路杰德秀1号隧道内富水软岩地带的排水和隧道底部围岩稳定性问题；樊浩博［2］通过了解分析工程，结合数值模拟、理论分析等手段对黄土地区大断面隧道隧底围岩应力分布及变形、隧道基底加固及隧底沉降变形控制等进行深入研究，提出有效的黄土围岩隧道隧底沉降控制技术措施；田永铸［3］针对性地提出引排水、裂缝注浆堵裂、钢花管注浆加固隧底、仰拱表面敷设钢筋网加强的整治措施，有效解决出现的问题，为同类问题的预防及处理提供了一定经

实施这门新型技术，我国很多学者在这方面做了研究。许庆君［1］采用逐级泵站结合袖阀管后期隧底加固施工

基金项目：中国中铁股份有限公司重点项目（2018-重点-45）；中

国铁路总公司科技研究开发计划项目（2017G004-E）

第一作者：郑典明（1978—），男，高级工程师。

E-mail：CHINARAILWAY2021/04-125-

嘎拉山隧道富水破碎带隧底加固施工技术研究郑典明等

验；肖凯刚［4］对先期建成的隧道需进行基底加固的必要性进行论述，论证采用隧底注浆方案进行基底加固合理可行；丁浩

［5］

二次衬砌施工结束后，多处盲管存在地下水流出现象。

以西安地铁8号线上跨地铁5号线

3

3.1

隧底袖阀管注浆加固

加固机理及特点

袖阀管注浆是一项新兴的加固技术，与其他加固

盾构开挖卸荷工程为依托，对既有地铁上覆土层开挖引起下部既有结构发生变形的问题进行研究；薛继连［6］针对朔黄铁路某隧道隧底不密实缺陷，提出采用聚氨酯树脂填充隧底吊空及固结虚砟的加固方案。

结合嘎拉山隧道现场施工情况，对富水破碎带段落隧底采用袖阀管注浆，提高该段隧底的承载能力，为其他类似工程提供参考。

技术不同的是加固机理和工艺［7-8］。而袖阀管注浆的加固机理是通过劈裂、渗透、挤压以及密实等条件共同作用，将拌好的水泥和周围土体密切结合，致使水泥和周围土体形成较高强度的水泥土。在注浆过程中为使注浆材料从中渗出，并且阻塞器也能够在袖阀管内自由的移动，需要在注浆花管的相应位置设置栓塞来保证注浆的顺利进行。在实际工程中根据注浆需要，在某一段内需要进行反复注浆。袖阀管注浆加固技术，可以很好的解决隧道隧底软弱土层的加固，在实际施工过程中，不仅具有准确定深、定量的特点，还具有分序、分段及重复注浆的功能。

本次灌浆过程中所使用的袖阀管是φ50PVC管加工制作的，在袖阀管的上面每隔35cm钻设1圈射浆孔，共6个，射浆孔的孔径大小是6mm。在射浆孔部位设置橡胶套，其目的是防止钻孔泥浆和一些套壳材料在袖阀管放入钻孔时进入到袖阀管内（见图1）。在注浆过程中，过大的压力会使浆液把橡皮套冲开，从而使浆液冲入地层中，并且形成劈裂。在灌浆完成后，为防止浆体反流进入到袖阀管内，设计橡胶套逆止阀门功能。袖阀管也须保证自身不能出现大的弯曲变形，内壁保持光滑。注浆芯管结构及原理见图2。

2工程与地质概况

嘎拉山隧道总长4373m，最大埋深674m，位于

冈底斯山与念青唐古拉山、喜马拉雅山之间的藏南谷地。区内山势雄伟，遍布山川高低海拔，其最高点海拔4250m，最低点海拔3564m，并分别坐落在隧道轴线右侧山脉和出口端的雅鲁藏布江河谷附近，高点与低点的相对高差是690m。

2.1地层岩性

隧址沿线上覆盖第四系风积砂土（Q4eol）、粉细砂

土（Q4dl+pl）、碎石土（Q4dl+pl）、块石土（Q4dl+pl），基岩基岩大部分裸露，地质构造简单。

为第三系渐新世的细中粒角闪黑云花岗闪长岩。隧址

2.2水文特征

（1）地表水。隧址区域未见地表水，沟槽内有季

节性流水。

（2）地下水。根据地下水的赋水条件又分为基岩裂隙水和第四系松散孔隙潜水2类。

黑云花岗闪长岩里，而相应的岩层分布面积和孔裂隙

①基岩裂隙水。基岩裂隙水主要分布在细粒角闪

率控制着基岩裂隙水量的大小。由于隧道该处受到雅鲁藏布江河谷的深切作用，导致地下水较深，大气降水成了基岩裂隙水的主要补给源。

存在含有粉质黏土的砂层里，局部地表水源和大气降水也是它的主要补给源。

嘎拉山隧道DK35+750—DK38+348段开挖揭示，地下水呈“渗出”发育特征，局部呈“股状”发育特征。

图1

袖阀管结构示意图

②第四系松散孔隙水。第四系松散孔隙水主要赋

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图2注浆芯管结构示意图

在灌浆过程中，灌浆头的移动距离与钻设每组射浆孔之间的距离必须相匹配。

3.2施工工艺流程

具体作业流程见图3。

（1）试桩加固试验。试桩加固试验是注浆加固实

施前的必要准备工作。试桩加固试验开始前，先根据设计参数做袖阀管加固，在施工过程中现场调整施工参数，并要做好相关记录。根据取芯检测结果选择合理的施工工艺和关键技术参数，确保注浆效果。

（2）取芯检验。加固完成28d后进行取芯检验，钻孔布置尽量具有代表性，且每个注浆段落不少于3组试验，每组做至少3个钻孔取芯。每孔检验结果要求注浆饱满、充填密实，基底注浆加固后复合地基承载力不小于300kPa。

（3）间距放样。在正式施工前，采用地质雷达法准确定位仰拱钢架的位置，并根据钻孔设计确定具体的钻孔位置，以避免钻孔对结构的破坏。

（4）钻孔。根据测量放样的位置，用地质钻机进行成孔，保证成孔的倾斜程度控制在1%内，钻孔的深度满足要求。

（5）制作、灌注套壳料。由于钻孔壁和袖阀管之间有空隙，所以需要制备套壳料先行填塞钻孔。套壳料主要由膨润性黏土和水浆液搅拌而成。施工中必须严格控制套壳料的强度，以防止浆液冒出。套壳料的参考配合比为水泥∶黏土∶水=1∶1.5∶2（质量比，具

图3

施工流程

体配合比由现场试验确定）。

在套壳灌注时，把钻杆放到孔底，从下到上进行灌注套壳料，直到套壳料的泥浆从孔口溢出为止。

（6）安设袖阀管。安设袖阀管由下袖阀管、连接和钻孔封口3部分组成。袖阀管的连接一定要保证质量，连接紧密、不得有断开现象。袖阀管的安装要在套壳料灌注后立即进行，并直插至孔底，尽量使袖阀管位于孔中央。在安插过程中，如遇到阻力，不能使袖阀管顺利安插，应停止安插，查明原因。在安装袖阀管时，要注意安设的深度应与事先钻孔的深度一致，误差应不大于20cm。安装完成的袖阀管顶部要高于地面30cm。同时，在使用时应先向管内注满清水，以保证袖阀管内干净。

（7）浆液制作。隧底注浆加固采用纯水泥浆，水

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嘎拉山隧道富水破碎带隧底加固施工技术研究郑典明等

泥采用普通硅酸盐42.5水泥。参考配合比为水泥∶水=0.5∶1～1∶1，注浆压力控制在0.5MPa以内。具体按照现场工艺试验确定的注浆压力、配合比等有关参数作为控制标准。

（8）注浆。注浆前需2d的待凝时间，在套壳强度达到0.3MPa、一切工作都做好后方可开机注浆。注浆采用双栓塞芯管，具体注浆过程如下：

压。加压时，要注意观看压力表，如果出现压力速降并且浆液增加，表示开环完成。在开环完成后，进行中间的过程注浆。

注浆时主要采用双栓塞芯管，但是注浆过程需要从孔

②注浆。袖阀管注浆是隧道隧底加固的重要环节，①开环。开环需要在稀浆或清水的条件下进行加

孔壁凿毛后，回填补偿收缩C35混凝土进行封孔。

3.3注浆效果

依据现场施工情况，本项目共随机钻孔取芯

186孔，钻孔深度最少钻至混凝土与岩石接触面以下

0.5m，芯样由混凝土和岩石2部分组成，其中混凝土

部分芯样完整，岩石部分芯样存在完整和芯样破碎2种情况。岩石主要为花岗闪长岩，抗压强度为60～80MPa，属硬质岩，破碎段破碎岩石有浆体包裹，成流动状，未完全凝结，强度不能测定。主要对岩石部分芯样完整性（RQD）、岩隙内浆液填充情况进行检测。通过对注浆施工效果的评估，本次注浆效果可以达到建设单位《关于加强隧底加固注浆质量验收的通知》中第一、二条要求，浆液饱满，岩心完整，达到预期目标。

底向上进行，而1个注浆段是35cm，每排都需要1个注浆段。在满足压力增大和注浆量的双控条件下，把注浆芯管及时快速上提。

原则是先稀后浓，前期的开环压力数值也在现场注浆

③注浆压力调整。注浆时的水灰必须现场调整，

4结论

（1）采用袖阀管注浆工艺，可以处理富水破碎带

隧底不密实的缺陷。注浆后能够有效提高隧底承载力的均匀性，消除或减弱不均匀沉降对工程主体的影响。

（2）袖阀管注浆应认真做好工艺试验，给全面施工提供可靠的施工参数。

（3）袖阀管注浆应严格控制注浆工艺的各个环节，包括套壳料强度、注浆过程和封孔等。

（4）注浆效果检查时建议引入更为先进、直观的检测手段，如孔内成像、全系摄影等。

时调整。注浆压力关系到注浆质量，控制好注浆压力是保证注浆质量的关键。刚开始注浆时，压力很小，需要慢慢逐级加压，而加压大小需要根据现场注浆的情况调整。防止窜浆现象。

④注浆次序。每次都必须跳开1个孔进行注浆，以⑤间歇注浆。注浆是一项反复工作，即使完成第

1次注浆，并不代表工作完成，需要根据设计停歇一段2次注浆。

时间。但是，时间要严格控制在10~30min才可进行第

⑥注浆完成标准。注浆量和注浆压力满足以下要

参考文献

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［6］薛继连.30t轴重下隧底密实度对隧底结构受力的

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求，可完成注浆：如果注浆压力在0.5MPa下还能满足液漏失严重或浆液沿注浆管壁上冒、击裂封堵层。

（9）清洗。清洗的对象主要是注浆时所用到的注

稳压10min；吸浆量长时间<2.5L/min；发生窜浆、浆

浆机、搅拌机以及各种管路，方便下次注浆使用，残留在袖阀管的浆液需要及时清洗。

（10）封口。封口是注浆加固的最后一个阶段，也是最主要的阶段。封口应在注浆工作全部完成后进行，并且袖阀管端头25cm深度范围采用φ108钻头扩孔，

-128-CHINARAILWAY2021/04嘎拉山隧道富水破碎带隧底加固施工技术研究郑典明等

现及对策［J］.中国铁路，2019（3）：77-83.

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环特性试验研究［J］.中国铁路，2019（1）：84-90.［8］李霄凯.泛亚铁路高突泥涌水风险隧道地质灾害表

责任编辑李葳

收稿日期2020-11-12

ZHENGDianming1,HEPeilin2,WUHonggang3,ZHUZhaorong4

(1.EngineeringManagementDepartment,The5thEngineeringCoLtdofChinaRailway11thBureauGroup,

Chongqing400037,China;

2.TechnicalManagementDepartment,The5thEngineeringCoLtdofChinaRailway11thBureauGroup,

Chongqing400037,China;

3.SurveyandDesignBranch,NorthwestResearchInstituteCoLtdofCREC,LanzhouGansu730000,China;4.EngineeringQualityandSafetySupervisionInstitute,NorthwestResearchInstituteCoLtdofCREC,

LanzhouGansu730000,China)

Abstract:TakingGalashanTunnelasanexample,thereinforcementmechanismandconstructionprocessof

sleevevalvepipegroutingarecloselyexaminedbasedonfieldtests,andthereinforcementeffectoffieldgroutingistestedandevaluated.Theanalysisshowsthat:(1)Thegroutingcanmeettherequirementsoftheconstructioncontractor,especiallyontwogroutingindicatorsof\"fullgroutingslurryandintactrockcore\andcanalsoachievetheexpectedgroutingreinforcementgoal;(2)Aftersleevevalvepipegroutingisaddedtothetunnelfloorofwater-richfracturezone,theuniformityofbearingcapacityatthetunnelfloorcanbeeffectivelyimproved,andtheinfluenceofunevensettlementatthemainpartoftheprojectcanbeeliminatedorweakened.Thetechnologyofsleevevalvepipegroutinghassuccessfullysolvedthedifficultproblemofreinforcingthewater-richfracturezoneatthetunnelfloor,whichcanprovideareferenceforothersimilarprojects.

Keywords:GalashanTunnel;water-richfracturezone;tunnelfloorreinforcement;sleevevalvepipegrouting

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