对隧道注浆加固效果的多种检测方法的分析

对隧道注浆加固效果的多种检测方法的分析

袁瑞佳

中交第三航务工程局有限公司厦门分公司福建厦门361006

摘要：根据工程实例，从不同角度探讨了经过注浆加固的隧道适用的检测方法，综合判断加固后隧道围岩的稳定性，给予一些施工建议，为提早预防隧道坍塌，下一步开挖提供依据。

关键词：隧道注浆加固，地质雷达，检测技术，围岩稳定

1引言

近几年来，国家大力发展基础设施建设，全国范围内高速公路，高铁项目不断增多，一、二线城市轨道交通发展迅速。隧道工程作为道路工程必不可少的重要部分，在工程中的比重越来越大。尽管工程前期已经经过了详细勘察，但是由于地下岩体复杂多变，地质情况往往比预估的更为复杂，因此在隧道施工时，经常会发生地质灾害事故，例如隧道突然管涌，坍塌，由此造成财产和生命损失。因此隧道施工时经常会进行注浆加固，而如何检验加固后的围岩稳定情况，成了我们工程检测人员的一个课题。

2工程概况

厦门市轨道交通工程—矿山法区间：DK12+858.400～DK15+561.126；左线长度：2696.559m、右线长度2702.726m。中间设置1座通风竖井、1座通风斜井（长485m）、1座施工竖井，共10个工作面施工。隧道埋深：11.8m～238m，共穿越7条断层；II、III级围岩采用全断面开挖法，V、IV级围岩采用台阶法开挖。通过现场实地查看右线小里程方向DK13+980掌子面情况，结合左线超前水平钻探成果，综合判定前方为断层破碎带，岩体破碎～极破碎，围岩稳定性差，地下水主要为构造裂隙水，发育，右线DK13+980～DK13+962围岩级别由II级变更为Ⅴ级，变更长度18m。

由于围岩稳定性差且含水丰富，因此采用WSS注浆工艺施工全断面帷幕注浆，对断层一次性加固。

3试验方案

为了解注浆材料性能及注浆效果所选择的检测方法如下：

3.1原材料检测

（1）水泥：检测参数为胶砂强度、胶砂流动度、比表面积、密度、细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性等，检测方法依据产品标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007规定的方法进行。

（2）水玻璃：检测参数为密度、模数、氧化钠、二氧化硅等，检测方法依据产品标准《工业硅酸钠》GB/T4209-2008规定的方法进行。

3.2浆液配合比设计

（1）双液注浆配合比：采用水泥：水=1：0.50~1.00的配比配制水泥净浆溶液，流动度控制在10~17s，根据凝结时间调整水玻璃掺量，确定双液配合比，并进行双液浆体的抗压强度和凝结时间的测定，检测方法依据《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011、《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T70-2009和《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346-2011进行。

（2）单液注浆配合比：采用水泥：水=1：0.50~1.00的配比配制水泥净浆溶液，流动度控制在10~17s，并进行单液浆体的抗压强度和凝结时间的测定，检测方法依据《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011、《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T70-2009和《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346-2011进行。

3.3渗透系数测定

对于围岩注浆加固区采用单点法压水试验计算渗透系数以分析注浆效果，试验依据为《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-2014及《城市轨道交通隧道工程注浆技术规程》DB11/1444-2017。

（1）压水试验的压力根据工程具体情况，压水试验的压力为灌浆施工时该孔段所使用的最大灌浆压力的80%，为0.8～1.6MPa。

（2）压入流量的稳定标准。在稳定的压力下每2～5min测读一次压入流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算值。

（3）渗透系数的计算：

式中Kg——注浆后地层渗透系数（m/d）；

Q——稳定流量（m3/d）；

l——试验段长（m）；

s——水位差（m），也可用试验压力替代（指水头压力高度，m）；

r——钻孔直径（m）。

（4）结果评判：采用压水试验测试注浆前后地层渗透系数变化，注浆后地层的渗透系数应降低一个数量级，且止水目的深孔注浆施工时地层的渗透系数宜小于10-2m/d。

3.4检查孔

钻孔取芯参考《建筑地基检测技术规程》DBJ/T13-146-2012进行。

本次检查孔布设在相邻孔交界的注浆效果薄弱部位，深度为注浆处理深度，观察每个检查孔成孔是否完整、涌水、涌砂、涌泥及塌孔等定性评定注浆效果。

现场钻孔取芯完成后，对芯样外观进行观察与描述，根据RQD值计算取芯率，并按每孔4个芯样（其中等间距截取3个做芯样抗压试验，另外截取1个胶结面明显的芯样进行胶结面劈裂试验），并做好标识、标记，在钻孔记录上同时记录芯样取样位置。

3.5芯样无侧限抗压强度检测

芯样抗压试验参考《建筑地基检测技术规程》DBJ/T13-146-2012进行。

取样及芯样试件制作

（1）按每孔3个等间距截取做芯样抗压试验，并做好标识、标记，记录芯样取样位置。

（2）将截取好的芯样妥善保护好并送到室内试验室，进行切割、磨平加工，芯样试件验收合格后方可进行强度试验。

（3）每个芯样应制作一个芯样抗压试件，芯样的制作采用专门的切割和磨平设备，严格控制芯样的断面平整度和垂直度，确保芯样抗压数据的可靠性。

（4）芯样试件制作完毕经验收合格后方可进行抗压强度试验。

数据的处理和结果判断

数据的处理按有关规定执行：

芯样抗压强度按下列公式计算：

式中

——芯样试件抗压强度（MPa），精确至0.1MPa；

P——芯样试件抗压试验测得的破坏荷载（N）；

d——芯样试件的平均直径（mm）。

3.6胶结面劈裂抗拉强度检测

胶结面劈裂抗拉强度试验参考《港口水工建筑物修补加固技术规范》JTS311-2011进行。

取样及芯样试件制作

（1）芯样的长径比取1~2。芯样直径为100mm。

（2）测量芯样的直径、高度并检查外形，尺寸量测至1mm。

（3）在胶结界面部位划线定出试验劈裂面的位置，将试件、劈裂夹具、垫条和垫层放在压力试验机下压板的中心位置，开动试验机，当压力机压板与夹具垫条接近时，调整球座使压力均匀接触试件。

（4）以适宜的速率连续均匀地加荷，直至试件破坏，精确至0.01kN。

数据的处理和结果判断

数据的处理按有关规定执行：

结果计算

式中：

fct—圆柱体劈裂抗拉强度（MPa）；

F—极限荷载（N）；

dm—圆柱体截面的平均直径（mm）；

lm—圆柱体平均长度（mm）

3.7涌水量对比法

对比注浆前后钻孔涌水量变化数值，通过注浆堵水率公式计算出结果。加固目的的部位堵水率宜大于80%、止水目的部位堵水率宜大于90%。

堵水率按下列公式计算：

式中：

r—注浆施工前后堵水率；

m检—注浆结束后检查孔单位长度单位时间内的涌水量（L/（min*m））；

m探—注浆开始前探孔单位长度单位时间内的涌水量（L/（min*m））；

在注浆结束后对检查孔的涌水量观测，监测检查孔的涌水量情况（设计要求为不大于0.2L/m•min）。

3.8填充率反算

采用浆液填充率反算法验证注浆效果时，应采用注浆总量计算公式反算浆液填充率，根据计算结果评价注浆效果。加固目的的部位浆液填充率宜大于80%、止水目的的部位浆液填充率宜大于90%。

浆液填充率按下列公式计算：

式中：

a—浆液填充率（%）；

Q—注浆总量（m3）；

V—注浆加固体体积（m3）；

n—地层孔隙率，取0.33-0.50；

β—浆液损失系数，取1.2-1.4。

3.9地质雷达超前预报

在掌子面距离地面2m高的位置布置一条地质雷达水平方向测线，探测30m范围内加固后岩体的裂隙发育程度及含水情况。

4数据分析

4.1注浆液的原材料检测

本次通过对注浆液原材料包括水泥，水玻璃，双液注浆配合比及单液注浆配合比试验，有效保证了注浆液进入断层破碎带时，其流动性及粘合性能互相配合，能有效充填到破碎岩体的孔隙中去，并且能粘合成一个整体，使断层破碎带的空隙大为减少。

4.2注浆加固体的力学性能检测

在加固后的岩体进行钻孔查看后，发现检查孔的成孔基本完整，没有砂砾或碎石坍塌，或者泥土涌出的现象。检查孔的芯样基本成型，多呈短柱状，部分呈块状，芯样的岩石质量指标RQD能达到45%～65%。我们对所取的芯样进行芯样无侧限抗压强度检测，在所取的5个检查孔共15个芯样中，抗压强度最大值为3.5MPa，抗压强度最小值为0.7MPa，平均值为1.3MPa。而在胶结面劈裂抗拉强度检测中，其强度范围在2.4MPa～3.2MPa，这些强度指标证明注浆加固后的破碎带中的空隙被水泥浆液充填，且浆液与破碎的岩体能有效固结。

4.3加固后整体围岩的透水性检测

在加固后的岩体中我们进行了三组的压水试验检测，其渗透系数分别为1.5×10-2m/d、3.6×10-2m/d、2.8×10-2m/d，均为i×10-2m/d等级，相比加固前的渗透系数降低了2个等级。而在涌水量对比上，加固前的涌水量在730L/（min*m）左右，加固后的涌水量在127L/（min*m），其堵水率为81.8%，在渗透系数及堵水率这两个指标上来看，本次注浆的防渗效果还是非常不错的，但是由于断层破碎带上的围岩裂隙十分发育，储存了大量的地下水，因此加固体的渗透系数上比预想的差了一点。

4.4超前地质预报检测

在掌子面前方0～200纳秒的时窗区段范围内电磁波反射波组较多；1.6-2.4m范围内存在着一条平行于掌子面的强反射信号，同相轴连续，频率中等，波形幅值较强，推断此为一条裂隙发育；8-10m范围内也存在着一条平行于掌子面的强反射信号，同相轴连续，频率中等，波形幅值较强，推断此为一条裂隙发育；隧道左边墙3-6m范围内存在着强反射信号，同相轴连续，又有多次震荡信号，频率较低，振幅较强，由此推断此为岩体破碎含水。因此综合判定该破碎带经注浆加固后，整体上岩体裂隙已经大幅减少，局部还存在少量裂隙发育的情况，裂隙内富含水的情况也大为改善，仅局部在开挖后还需谨慎处理。

5.结论

本次以实际工程为依托，从注浆液的原材料检测、注浆加固体的力学性能检测、加固后整体围岩的透水性检测以及超前地质预报检测四个方面为主体出发，结合采用注浆总量计算公式反算浆液填充率，综合判定隧道注浆加固的结果，而在隧道开挖后，其现场观测的结果与我们的检测结果相互验证，证明在隧道施工中，如果从前期原材料检测到施工过程中效果检测能步步到位，能够预防隧道施工的地质灾害或安全事故的出现。