1、工程概況
　　
　　秀寧隧道全長13187m，經(jīng)評估確認(rèn)為高風(fēng)險(xiǎn)隧道，全隧位于云南省安寧市與祿豐縣交界處，其中出口段510米位于安寧市境內(nèi)，為成昆鐵路廣通至昆明段擴(kuò)能改造工程，設(shè)計(jì)為時(shí)速200km/h雙線隧道。出口里程為DK1006＋366。出口段位于半徑為5000m的左偏曲線上。出口段單面上坡，坡率為9％。洞內(nèi)采用反坡排水。隧道出口DK1005＋850-DK1006＋360(510m)段通過羅次-易門大斷裂，原設(shè)計(jì)圍巖級別為V級加強(qiáng)，2010年月6經(jīng)部相關(guān)部門專家現(xiàn)場踏勘、論證，確定該地段圍巖為VI級，開挖方式由原設(shè)計(jì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法變更為超前周邊注漿加固軟弱巖體后采用三臺階法開挖。
　　
　　2、工程水文、地質(zhì)條件
　　
　　出口段DK1005＋850-DK1006＋360(510m)段通過羅次-易門區(qū)域性大斷裂，斷裂帶影響寬度約1000m。圍巖均為斷層角礫，富水，呈飽和狀。巖體由糜棱化的炭質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖、白云巖角礫碎石及黏性土擠壓組成，粒徑小于4cm。每次開挖循環(huán)進(jìn)尺為0.50m，揭露初時(shí)掌子面及側(cè)壁圍巖層理、片理清晰，層厚小于2cm，壓碎嚴(yán)重，扭曲，巖體呈角礫碎石夾土狀鑲嵌。該斷層角礫對水的敏感性很強(qiáng)，洞身開挖時(shí)地下水迅速下滲導(dǎo)致掌子面及側(cè)面巖體溜坍呈泥石流狀緩慢移動，開挖后20-60min左右，頻繁出現(xiàn)剝落掉塊和溜坍等失穩(wěn)現(xiàn)象。據(jù)此分析，位于羅茨一易門斷裂帶內(nèi)未施工段砂礫狀圍巖飽水，自穩(wěn)性極差。
　　
　　3、前期施工情況介紹
　　
　　秀寧隧道出口于2008年10月5日正式進(jìn)洞，開挖方法采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，開挖過程中掌子面及拱部多次發(fā)生溜坍、初期支護(hù)變形、突泥等現(xiàn)象。溜坍規(guī)模最小的僅1m3，突泥最大的達(dá)2400m3。出口已開挖的210m工程中，由于圍巖條件極差，初支變形嚴(yán)重，其中39m在施工過程中為確保施工安全施作了臨時(shí)二襯(采用C25素砼)，在變形穩(wěn)定后，前后兩端襯砌施作完成后，再逐米進(jìn)行初支拆換；截止目前出口段總共完成開挖210m，月平均施工進(jìn)度為10m左右。
　　
　　4、超前周邊注漿加固技術(shù)
　　
　　出口段由于在施工中存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后，且地質(zhì)情況非常復(fù)雜，鐵道部、昆明局及建設(shè)、施工四方多次組織專家到現(xiàn)場進(jìn)行研究指導(dǎo)。2010年5月29日至30日，昆明鐵路局再次邀請了鐵路施工專家對秀寧隧道出口段地質(zhì)情況進(jìn)行了核對，經(jīng)過充分論證形成了專家意見。2010年6月12日，中鐵二院根據(jù)專家意見完成了變更設(shè)計(jì)方案《秀寧(安祿)隧道出口Ⅵ級圍巖斷層破碎帶施工方案》，昆明局組織參見四方對該方案進(jìn)行了審核和技術(shù)交底，明確了采用超前周邊注漿加固，以確保順利通過該斷裂帶。
　　4.1注漿參數(shù)的選擇
　　(1)注漿孔布置，祥見注漿鉆孔布置圖1，注漿加固斷面圖2。
　　4.2超前周邊注漿參數(shù)
　　根據(jù)類似的工程實(shí)例注漿參數(shù)取以下值：
　　4.3注漿順序
　　加固注漿舡過程按照：先外圈后內(nèi)圈、間隔跳孔的順序施工。
　　4.4注漿材料及配比設(shè)計(jì)
　　注漿材料以普通硅酸鹽水泥單液漿為主，普通硫鋁酸鹽水泥、普通水泥一水玻璃雙液漿為輔。
　　注漿材料及規(guī)格為：普通硅酸鹽水泥：P.O42.5；水玻璃：濃度35Be’，模數(shù)2.4-2.8。漿液配合比見表2所示。
　　4.5超前周邊注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)
　　①單孔注漿以定量定壓相結(jié)合。
　　若單孔注漿量與設(shè)計(jì)注漿量大致相同，結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量在10-20L/mini以下可結(jié)束該孔注漿。
　　單孔注漿量計(jì)算公式：Q＝π·R2·h·n·a(1＋β)
　　式中Q-注漿量；h-注漿段長；R-漿液擴(kuò)散半徑；n-地層空隙率；a-地層有效充填系數(shù)；β-漿液損耗系數(shù)
　　定量標(biāo)準(zhǔn)：注漿量根據(jù)地層圍巖孔隙率15％-20％，單孔每米設(shè)計(jì)注漿量控制在2.0-2.5m3，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.5-2倍，壓力仍然不上升，可采取調(diào)整漿液配比縮短凝膠時(shí)間或進(jìn)行間歇注漿等工藝使注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，結(jié)束該孔注漿。
　　定壓標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)地層圍巖特性，本次注漿兼具劈裂、擴(kuò)散、擠密特性，注漿終壓暫定為：不小于4MPa(注漿過程根據(jù)漿液擴(kuò)散情況并結(jié)合注漿量大小對注漿壓力終值進(jìn)行驗(yàn)證，確定合適的注漿終壓力。)單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并維持10min以上可結(jié)束該孔。
　?、谌谓Y(jié)束標(biāo)準(zhǔn)
　　1.設(shè)計(jì)的所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無漏注現(xiàn)象。
　　2.檢查孔必須合格。
　　4.6前進(jìn)式分段注漿工藝
　　根據(jù)地質(zhì)情況并結(jié)合注漿試驗(yàn)情況，該工程采取前進(jìn)式分段注漿工藝進(jìn)行注漿施工。
　　針對工期緊任務(wù)重的特點(diǎn)，該工程使用二臺意大利卡薩C6鉆機(jī)鉆設(shè)Φ130mm的孔，安裝Φ108mm的孔口管，然后采用Φ90mm鉆頭鉆孔，第一循環(huán)鉆至8m進(jìn)行注漿作業(yè)，之后每鉆進(jìn)3-5m，注漿一次，施工中根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在保證注漿效果的前提下以提高施工效率。
　　
　　　5、注漿前準(zhǔn)備工作
　　
　　　(1)注漿前，應(yīng)進(jìn)行超前探孔地質(zhì)預(yù)報(bào)和詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查。
　　(2)施作3m厚的混凝土止?jié){墻，以保證掌子面作業(yè)安全和止水效果。
　　(3)施工現(xiàn)場準(zhǔn)備一個(gè)循環(huán)的注漿物質(zhì)和足夠的防火防水搶險(xiǎn)物質(zhì)。
　　(4)按照施工要求連接好管路，嚴(yán)格檢查各連接點(diǎn)是否牢靠，開關(guān)是否靈活。防止高壓下脫開傷人。
　　(5)注漿管路連接完畢后，啟動注漿泵壓水檢查管路的密封性。
　　(6)注漿系統(tǒng)檢查合格后，轉(zhuǎn)入壓水試驗(yàn)。按一個(gè)壓力段進(jìn)行全孔壓水試驗(yàn)，起始壓力為靜水壓力，壓水試驗(yàn)過程應(yīng)按規(guī)定格式詳細(xì)記錄，根據(jù)地層的滲透性來確定漿液的配合比。
　　
　　5、超前周邊注漿施工
　　
　　5.1鉆孔
　　在施工過程中總體上按照先外圈后內(nèi)圈的順序進(jìn)行施工，即先在止?jié){墻上鉆設(shè)1.8m深的Φ130的孔，然后往孔內(nèi)塞濃稠的超細(xì)水泥，再安設(shè)2m長的Φ108mm×5mm的孔口管。安設(shè)完的孔口管要過48小時(shí)方可鉆孔，這樣是保證孔口管與孔壁連接牢靠，注漿時(shí)不會出現(xiàn)漏漿和松動。等孔口管滿足鉆孔要求時(shí)即可采用Φ90mm的鉆頭鉆孔，第一循環(huán)鉆至8m進(jìn)行注漿作業(yè)，以后每鉆進(jìn)6-8m，注 漿一次。
　　5.2注漿
　　在鉆孔完成后應(yīng)立即進(jìn)行鉆孔沖洗工作，以清除鉆孔中殘留的巖粉，巖石裂隙中充填的粘土雜質(zhì)等物。根據(jù)漿液配合比參數(shù)配置好漿液，拌制好的漿液通過濾網(wǎng)放入儲漿桶，邊攪拌邊注漿。
　　5.2.1注漿工藝
　　為確保注漿效果，本次超前周邊注漿采取前進(jìn)式分段注漿工藝，在施工中根據(jù)地質(zhì)情況確定分段長度，為了減少重復(fù)掃孔的工作量以盡可能縮短工期，前期地層軟弱，分段距離為6m，后期地層逐漸密實(shí)穩(wěn)定，分段長度最長按8-10米控制。同時(shí)為了確保深孔時(shí)漿液能夠擴(kuò)散到孔底，以及檢查注漿后成孔情況，采用下入PVC管的方式進(jìn)行注漿，從施工過程分析，采用PVC的施工后，保證了漿液在地層的有效擴(kuò)散，且PVC管均能按與設(shè)計(jì)深度下到位，地層成孔性好，注漿效果明顯，同時(shí)通過設(shè)置PVC管提高地層縱向拉力，有利于開挖過程中掌子面巖層穩(wěn)定。
　　5.2.2注漿壓力控制
　　在進(jìn)行第一段注漿時(shí)，考慮到止?jié){墻后方地層比較松散，注漿壓力過高會對止?jié){墻產(chǎn)生較大的反壓力，容易造成止?jié){墻位移和開裂，此外為了使孔口管更好的錨固，以便能夠承受較高的壓力，因此前期在進(jìn)行第一段注漿時(shí)壓力比較低控制在15Mpa以下，在進(jìn)第二、第三段或更深段位的注漿時(shí)，注漿壓力均達(dá)到4Mpa以上，后期由于地層密實(shí)注漿壓力達(dá)到6-8Mpa，均滿足設(shè)計(jì)壓力要求，保證注漿效果。
　　5.2.3注漿順序
　　注漿按照先外圈孔，后內(nèi)圈孔，先淺孔，后深孔，由外而內(nèi)，先上后下的注漿順序注漿。因?yàn)槭芮捌谧{孔的影響，后期注漿孔注入的漿液會隨著注漿壓力或其他因素而發(fā)生偏流，為獲得均勻流動，得到較好的注漿效果我們應(yīng)該有次序的進(jìn)行注漿。這樣做的優(yōu)點(diǎn)有：巖土體能夠逐漸擠密壓實(shí)，可以促進(jìn)注漿帷幕的連續(xù)性，能夠逐序升高注漿壓力。有利于漿液的擴(kuò)散，提高漿液結(jié)石體的密實(shí)性。同時(shí)根據(jù)各次序孔的單位注漿量的分析，可反映注漿情況和注漿質(zhì)量，為增減注漿孔提供依據(jù)。
　　5.2.4漿液濃度的選擇
　　漿液濃度的選擇應(yīng)遵循先稀后濃，逐級變化的原則。
　　5.2.5注漿時(shí)的注意事項(xiàng)
　　(1)注漿孔的方向、深度應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。
　　(2)孔口管的安設(shè)應(yīng)牢固，密實(shí)。以防注漿時(shí)冒漿或松動而影響注漿質(zhì)量。
　　(3)值班工程師應(yīng)認(rèn)真記錄鉆孔揭示的地質(zhì)情況并反饋給設(shè)計(jì)方，以便根據(jù)實(shí)際情況變更設(shè)計(jì)，施工方案。
　　(4)現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)嚴(yán)格按照值班工程師確定的凝膠時(shí)間和配合比配置漿液，不得隨意改變配合比，以免影響注漿質(zhì)量。
　　(5)注漿過程中若發(fā)生堵管，應(yīng)先打開孔口泄?jié){閥，再關(guān)閉進(jìn)漿閥，然后停機(jī)查找原因并迅速解決問題。
　　(6)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用定量與限壓相結(jié)合，當(dāng)注漿量超過設(shè)計(jì)注漿量，壓力仍然很低時(shí)，應(yīng)采用減小水灰比或注漿雙液漿使其達(dá)到設(shè)計(jì)終壓。
　　(7)注漿結(jié)束時(shí)，應(yīng)繼續(xù)壓注清水清洗管路。清洗干凈后再停機(jī)。
　　
　　6、注漿效果檢驗(yàn)及注漿量縱向分析
　　
　　注漿結(jié)束后，按注漿孔個(gè)數(shù)的5-8％鉆檢查孔，現(xiàn)場采用檢查孔7個(gè)，檢查孔設(shè)計(jì)深度依開挖長度而定?，F(xiàn)場采用為28m。
　　(1)注漿效果檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
　?、贆z查孔出水量應(yīng)≤0.15L/min.m，局部出水量≤3L/min
　?、趬核囼?yàn)在1.0MP壓力下，進(jìn)水量<2L/min
　　只有同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，方可進(jìn)行開挖。若不滿足上述兩個(gè)條件則應(yīng)該進(jìn)行補(bǔ)充注漿，直到滿足為止。
　　(2)注漿量縱向分析
　　對注漿量的縱向分布情況統(tǒng)計(jì)如表3所示。
　　由表3可以看出第一段延米注漿最大，主要是因?yàn)樵摱蔚貙幼钕冗M(jìn)行注漿地層松散，同時(shí)一部分漿液擴(kuò)散至掌子面附近的初支背后，因此該段吸漿量相對較大。第二段地層仍較松散這和鉆孔時(shí)該段容易塌孔相對，應(yīng)因此吸漿量仍相對較大。經(jīng)過前兩段注漿以后地層得到有效加固，部分漿液擴(kuò)散到到第三段，因此第三段注漿量最小，總體在縱向上漿液分布均勻，能夠滿足注漿效果要求。
　　
　　7、P-Q-t曲線
　　
　　該隧超前周邊注漿主要是以加固軟弱地層為主，根據(jù)施工過程注漿壓力隨時(shí)間有明顯的波動，一般注漿壓力上升達(dá)到4MPa時(shí)，壓力就會下降，注漿流量增加，如此反復(fù)數(shù)次后，經(jīng)過反復(fù)的劈裂-擠密-劈裂…，當(dāng)?shù)貙用軐?shí)達(dá)到一定程度時(shí)，注漿壓力達(dá)到或超過設(shè)計(jì)壓力，漿液流量減小，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，滿足軟弱地層劈裂注漿機(jī)理，達(dá)到了注漿效果。P-Q-t曲線如圖4所示。
　　
　　8、注漿過程出現(xiàn)的問題及其對策
　　
　　(1)漿液難以注入地層
　　由于出口段地層較為密實(shí)，普通水泥只能實(shí)現(xiàn)劈裂充填和擠密土體，難以均勻的擴(kuò)散，形成連續(xù)的固結(jié)體。而超細(xì)水泥又比較昂貴，全部采用超細(xì)水泥必會增加工程成本。因此采用先注稀漿后注濃漿，出水大的孔注普通水泥，出水小的注超細(xì)水泥，封孔采用注超細(xì)水泥一水玻璃雙液漿以達(dá)到結(jié)石率高，堵水效果明顯。這樣幾種漿液配合使用，相互補(bǔ)充。既達(dá)到了堵水和加固的效果又獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　(2)掌子面串，漏漿嚴(yán)重
　　注漿壓力高時(shí)，掌子面經(jīng)常串漏漿，甚至出現(xiàn)地面和拱頂漏漿。針對這種情況，施工現(xiàn)場采用加注注雙液漿來解決這一問題，即在孔口接兩根注漿管，先注水泥漿等串漏漿部位返出漿液，再注水玻璃。不僅解決了堵管問題，而且由于漿液是充滿整個(gè)裂隙，所以不會出現(xiàn)堵了又漏的現(xiàn)象。
　　
　　　9、結(jié)論與討論
　　
　　　該隧道出口段510米位于斷裂帶靡棱狀巖層上，施工歷經(jīng)近20個(gè)月，月平均進(jìn)尺10m。經(jīng)過超前周邊注漿加固的施工，結(jié)合國內(nèi)外與其工程地質(zhì)條件類似的工程的施工情況，得到很多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)：
　　(1)注漿后，通過開挖可以看到明顯的漿脈和漿柱，掌子面穩(wěn)定無水滲漏，注漿堵水加固效果明顯。開挖過程中初支最大變形量為142mm，與未注漿情況相比變形量減小200mm，通過注漿地層得到有效的改良。因此通過超前周邊注漿加固軟弱圍巖，開挖較之前的開挖方式在安全性上有了質(zhì)的飛躍。
　　(2)針對斷裂帶靡棱狀巖層的工程地質(zhì)條件，要想安全順利通過，必須依靠注漿，但不能完全依靠注漿。在超前周邊注漿后，進(jìn)行超前大管棚支護(hù)是必要的，超前大管棚與周邊注漿加固圈共同作用，既能夠加固圍巖又能夠截堵地下水。
　　(3)洞內(nèi)采用二臺意大利卡薩C6鉆機(jī)進(jìn)行超前周邊注漿加固軟弱巖體，施工進(jìn)度較之前有了相應(yīng)的提高，目前單月完成開挖15米左右，經(jīng)濟(jì)效益取得了良好效果。