Application of Grouting Reinforcement Technology for Valve Tube in
Shallow Burial Section of Gully
王艳彬① WANG Yan-bin；尤天赐② YOU Tian-ci；郭晨晓③ GUO Chen-xiao；李惠④ LI Hui
（中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京 100083）
（School of Mechanics and Architectural Engineering，China University of Mining and Technology （Beijing），Beijing 100083，China）
摘要：伴随着西部地区经济的飞速发展，越来越多的铁路、公路穿越西部黄土地区，黄土隧道不良地质段施工也随之增多。袖阀管注浆技术对郭旗隧道冲沟浅埋段土体的加固效果非常好，且省去了复杂的超前支护措施及开挖工法，明显提高了施工效率，大大加快了施工进度，同时也有了施工安全保障，为今后类似的黄土隧道穿越浅埋段施工提供借鉴和参考。
Abstract: With the rapid development of the western economy, more and more railways and highways pass through the western loess area, and the construction of the bad geological section of the loess tunnel is also increasing. The reinforcement effect of Guo Qi tunnel grouting technology in shallow buried section soil sleeve valve tube is very good, the complicated advance support measures and excavation methods are omitted, the construction efficiency is obviously improved, the construction progress is greatly accelerated, and the construction safety guarantee is also provided, which provides reference for the similar construction of the shallow loess tunnel in the future.
关键词：冲沟浅埋；黄土；袖阀管注浆；注浆效果
Key words: shallow burial in gully；loess；sleeve valve tube grouting；grouting effect
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）24-0238-04
0 引言
目前，在隧道开挖过程中，为了加固地层，通常采用管棚超前支护法、高压喷射注浆法、降低地下水位法及冻结法冻结地层等。为达到地层加固和地层止水的双重效果，通常采用双重管注浆加固软弱地层方法。其中袖阀管注浆加固法对充分保证掌子面稳定及对地层变形控制等方面有诸多优势。
周志军等[1]在一般袖阀管外表套上高强土工布袋,而且在布袋外侧加固一个土工PVC塑料排水板，在此基础上安装阀门；结合梅汕高速公路的通道桥工程，深入研究了双阀布袋袖阀管注浆法在桥台、路基变形及孔隙水压力上的应用，同时对于不均匀沉降进行地基加固处理。张明[2]基于袖阀管注浆加固技术，提出约束-发散型注浆模式并采用硫铝酸盐单液浆与水泥-水玻璃双液浆混合、周边孔与中心孔分次、分段注浆的方案措施，进行袖阀管注浆加固工艺试验的相关研究。于博[3]在青岛市地铁13号线的灵山卫-黄东区间项目中，研究袖阀管注浆加固技术对地下富水软弱地基的加固效果。目前，针对黄土隧道穿越富水浅埋段袖阀管注浆加固措施的研究及应用撰写的论文相对较少，今后诸多类似工程施工可以此作为参考。
1 工程概况
郭旗隧道地处陕西省延安市延长县境内，隧道起点至终点的里程为DK368+499～DK370+422.69，建造单洞双线样式的郭旗庄隧道，据实测记录下隧道的最大埋深约为162.65m，最小埋深约为18m。
郭旗隧道DK369+185～DK369+220段（出口方向）下穿冲沟，该浅埋段长度35m，最小埋深18m。该段地质为潮湿的砂质新黄土或砂质老黄土，含水量大，围岩稳定性差，中密，垂直节理发育；中台阶至基底处为黏质老黄土，棕黄色，软塑～硬塑。地表植被主要为灌木，线路下方为一处淤积坝，施工风险高。
2 方案分析
袖阀管注浆以定深、定量、分序等方式注浆来减少注浆段的相互干扰，从而实现高压、定向、分次、重复等动态注浆方式。通过观察地质特征相应调整浆液的种类、配比和注浆压力，有效地改良地质特性，使地层趋向各向同性，达到理想的效果。其主要特点：
①能充分按照注浆工艺的设计要求，判断出注浆的合理位置和适当范围；
②可根据实际情况需求灌注每一个灌浆段，并且可以重复多次灌浆。灌浆的位置可根据实际情况调整，可以通过止浆塞的移动来实现。
3 袖阀管注浆加固方案
该浅埋段地表进行袖阀管注浆加固处理。注浆加固范围：隧道洞身土石分界至出段线隧道拱顶以上5m范围（竖向），隧道轮廓外边缘线以外左右各3m（横向）；底部加固至土石分界面以下0.5m处。将水泥-水玻璃双液浆浇筑到仰拱以上部分，同时将水泥浆浇筑到仰拱底部。钻孔布置及管材：布孔间距按照2.0m×2.0m等边三角形布置，钻孔直径为Φ133mm，袖阀管材质为壁厚3mm无缝钢管，钢管直径Φ50mm，套壳料通过Φ16mmPVC管注入，最后通过注浆芯管下入止浆塞后退式分段注浆。将注浆压力设置为4.0～6.0MPa，注浆前在现场开机注浆，注浆过程中注意观察注浆量、注浆压力，根据注浆过程中的变化来调整注浆参数。注浆司机及时做好相应的注浆记录，不满足要求的地方及时调整注浆参数，防止注浆浆液无效扩散。注浆效果评定时绘制P-Q-t曲线。评定合格后，进行洞内掌子面施工。
4 袖阀管注浆施工
4.1 施工工艺及控制措施
4.1.1 整体施工顺序
临时用地征用→修筑进场便道→场地平整→专用设备及材料进场→袖阀管注浆施工→注浆效果评定→出口掌子面跟进施工→循环进行直至施工完成。
注浆作业面距离开挖掌子面不小于15m。
4.1.2 袖阀管注浆工艺方法
①注浆参数。
该段加固长度35m，布孔间距按照2.0m×2.0m等边三角形布置，袖阀管钻孔深度为34.5～42.7m。袖阀管注浆压力设为4.0～6.0MPa，水泥浆液水灰比设为1：1，水泥水玻璃双液浆体积比设为1：1，水玻璃浓度设为38Be'。在袖阀管注浆中使用直径为Φ50mm，壁厚为3.0mm刚性袖阀管中的无缝钢管。注浆加固剖面、注浆扩大放样分别如下面的图1、图2所示。
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②注浆施工顺序。
按照洞内掌子面施工方向，先四周采取注双液浆形成帷幕，后中间采取跳排跳孔的方式进行施工，实施约束挤压注浆。
③注浆分段长度。
在该段地表注浆施工中，注浆分段长度为0.5～1m。第一次注浆以封堵裂隙和加固局部较软弱地层为主，基本无压力；第一次注浆完成后，第二次注浆时，部分注浆孔能达到设计注浆压力4～6MPa；对注浆薄弱区域有选择性地进行第三次注浆。
4.2 注浆过程及效果分析评价
4.2.1 注浆施工过程
该段注浆加固时间为2017年8月14日～2017年9月28日，共1.5个月。共计注浆203个孔，注浆量1929.34m3，其中单液浆457.52m3，双液浆1471.82m3。其中，2017年8月14日～2017年9月4日进行钻孔施工，2017年8月18日～2017年9月28日进行注浆施工。
4.2.2 注浆效果分析及评价
采用分析法和检查孔法进行效果评定。
①P-Q-t曲线分析。
随着注浆时间变化，测定不同时间段内注浆量和注浆压力数据值，依据数据描点绘制P-Q-t平滑曲线，主要出现以下三种情况，如图3所示。
通过上述3种P-Q-t曲线可以看出，随着注浆的进行，软弱地层被浆液充填密实，取得较好的改良效果。
②检查孔取样。
按照钻孔数量的5%布置检查孔，检查孔布置如图4所示，检查孔剖面如图5所示。
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2017年9月27日开始检查孔取芯。现取J1、J6、J10检查孔的芯样进行分析，检查孔取芯情况如表1、表2所示。
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③原状土取样。
2017年8月22日在未注浆区域取原状土层芯样两个。取芯情况统计如表3、表4所示。
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④取芯情况比较。
通过检查孔取芯检查可以看出，芯样完整度较高，基本每米范围内都有1～4处水泥，脉状、块状或劈裂状。
通过检查孔及原状土层取芯情况，发现经注浆改良后的地层明显强度高于注浆之前，地层加固挤密效果明显。取芯时钻进很慢，钻进速度、成孔工效远远低于注浆之前钻孔速度和工效。
4.3 洞内施工控制措施
该段洞内施工采用三台阶工法，采用机械配合人工进行开挖。开挖范围内的袖阀管拆除采用气割割断，严禁使用破碎锤锤断和挖掘机拔弯，以免扰动拱顶地层，造成拱顶掉块。
5 施工效果
DK369+185～DK369+220段共布设8个监控量测断面，每个断面布设5个测点，拱顶下沉最大速率为7.6mm，累计沉降14.1mm，最大水平收敛速率为4.8mm，累计收敛值为29.71mm。
综上所述，该段在开挖过程中拱顶沉降及周边收敛相对基本稳定，成环后2～3天也有变形趋势，但变形速率逐渐减小，成环后5～7天逐步稳定。
6 结论
郭旗隧道浅埋段DK369+185～DK369+220段经过使用袖阀管注浆进行地表加固，围岩自稳性有非常显著的提高，在保证工程进度的前提下，也能有效控制施工过程中所遇到的各种风险，施工人员安全得到有效的保障。在黄土隧道地表加固注浆的施工过程中，得到如下结论：
①袖阀管注浆对新黄土、老黄土地层加固效果较好，黄土隧道地表塌陷根源于不良地质，袖阀管注浆对隧道暗挖浅埋不稳定、施工风险大等状况的解决积累了经验，为今后类似工程提供参考。
②袖阀管注浆能够将注浆范围严格把控，在此范围内可以重复注浆，最大程度的降低串浆与冒浆现象发生的可能性。袖阀管注浆的施工效率比其他形式注浆更高效。加固后洞内不须采取超前管棚支护和复杂的开挖工法，加快了施工进度，并且降低了施工风险，具有很大的综合效益。
参考文献：
[1]周志军，何剑，彭帝，等.袖阀管注浆法加固地基技术的改进与应用[J].地球科学与环境学报，2014，36（03）：130-135.
[2]张明.隧道强透水砂砾地层袖阀管地表注浆加固工艺研究[J].隧道建设，2014，34（10）：975-980.
[3]于博.不良地质段地表袖阀管注浆加固技术的应用[J].公路，2017，62（10）：66-69.
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