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摘要：隧道施工不可避免需要穿越建筑、桥梁、河流等复杂环境。特别是在隧道穿越富水软弱地层时，由于土体软弱界面密实度低、胶结性劣、地下水高承压性等因素，极易导致隧道顶部覆土沉陷，使得破碎区域与临空面贯通，出现渗漏通道，继而引发工作面突涌水、周边围岩沉陷坍塌等工程事故。通过隧道传统注浆方法对比，提出地表超深孔定向注浆施工技术，有效的加快了施工进度，缩短施工工期，提高了效益，保证了安全，在工程实践过程中取得了良好的效果。
关键词：地表超深孔定向注浆；施工技术；安全
1 地表超深孔定向注浆施工技术在施工中的运用
1.1施工运用
地表超深孔定向注浆施工技术是对地表埋深超过百米以上流塑状土层采取钻孔埋设管道连接密封圈配合组成的袖阀管，特质的套壳料将袖阀管与孔壁间隙密封，袖阀管内设置横向区段注浆止浆装置，按米分单元定向高压扩散，由下向上逐级分段进行高压注浆，把具有充填和凝胶性能的浆液材料通过配套的注浆泵站注入所需加固的地层中。结合太谷隧道实例，经过实践总结，按照地表“超深孔”“大口径”“定向”的注浆措施，确保了隧道施工安全，顺利通过了风险段落，在实际应用中取得了良好的效果。
1.2工程概况
太谷隧道位于山西省晋中市太谷区境内，隧道长度11497km，属太焦线控制性工程。太谷隧道1#斜井小里程掌子面揭示出土层，经过重新补充勘测得知DK55+903～DK56+190段为与线路斜交的古冲河沟，地层属上第三系粉质黏土、粉砂层，不均匀、相互夹杂，局部砂层夹圆砾及囊状富水、粉质黏土呈流塑状，在施工过程中掌子面曾多次出现局部溜塌，防止该段洞内坍塌、涌水是该段施工的控制核心。
2 工艺原理
采取钻孔后逐节安装袖阀管深入底部，特质的套壳料将袖阀管与孔壁间隙密封，袖阀管内设置止浆塞由下向上逐级分段进行高压注浆，通过注浆有效扩散形成咬合加固效果，将隧道四周形成稳定固结体，固结体与刚性袖阀管形成微复合桩效应。
3 施工工艺
3.1 施工工艺流程
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3.2 施工顺序
3.2.1钻孔
平整场地后，根据测量技术交底标明的钻孔位置和深度，不得侵入隧道开挖间隙，使用地质钻机在垂直于边坡的方向钻孔[1]。加固范围自拱部轮廓线外8m加固至仰拱下3m，两侧加固至隧道最宽处向外6m，2.0m×2.0m梅花型布置，注浆孔开孔直径Φ150mm，成孔后，检查其深度和孔径是否符合要求。
3.2.2安设袖阀管、注套壳料
钻孔后收回钻杆，将外径为76毫米的无缝钢管分段下放至孔底，注浆段采用带溢流孔的套筒阀管，非注浆段采用无孔套筒阀管，管接头用长40厘米φ89毫米的外套管全焊连接；套管材料注入管壁和孔壁之间。
3.2.3注浆
注浆施工分为两步。首先，在每个分区（不同孔深）和不同土壤中，选择典型断面上的孔进行注浆试验，以确定不同孔深和不同土壤中土壤的孔隙比，以及施工中合理的施工工艺，并检查机械设备和各种管道的性能[2]。其次，注浆试验完成后，可以在注浆试验结果的指导下组织大规模施工。（1）采用“钻一孔→检查一孔→注浆一孔”的施工工艺。（2）陡峭地形采用单孔注浆，平缓地形采用群管注浆，一次注浆管数量可达3～5孔，加快施工进度。注浆管采用Φ76mm热轧无缝钢管，后退式分段注浆，浆液扩散半径为1.5米，注浆压力4～6Mpa。注浆材料一序孔采用普通水泥-水玻璃双液浆，水灰比0.6～1：1，体积比1：1～1：0.3，水玻璃浓度（Be’）30～38；二序孔采用普通硅酸盐水泥单液浆+HPC外加剂，水灰比0.8～1：1；注浆管与钻孔缝隙间采用膨润土填充密实。加固顺序分区域先外后内施工。
3.2.4注浆结束标准
（1）单孔单段注浆结束标准
A.注浆压力达到设计的注浆终压，持续5～10分钟，即可完成该孔的注浆。
B.注浆过程中，当实际注浆量达到设计注浆量的1.5倍，压力未达到设计最终压力时，可调整浆液的凝结时间，使压力达到设计最终压力，注浆结束。
（2）单孔注浆结束标准
单孔注浆段均达到单孔单段注浆结束标准。
（3）全段注浆结束标准
所有注浆孔均满足单孔结束条件，无渗漏。
3.2.5注浆效果的检查和评估
（1）分析方法：注浆的P-Q-t曲线分析和注浆速率分析。
（2）取芯检验方法：地表超深孔定向注浆施工完成后，在不同位置（相对有代表性）钻孔，采用一般方法取芯率达到70%以上，直观判断地层的充填和胶结情况。
3.3 施工重难点控制
3.3.1监控量测
隧道施工过程中对监控量测数据进行不断的统计及分析，隧道初期支护成环时间越短，拱顶下沉数据越小，短时间内不能成环的情况下，必须预留富裕的变形量，同时能够保证隧道衬砌厚度，保证了实体质量。施工过程中拱顶下沉和水平收敛点位布置在同一断面上，监测断面间距为5m，初支应与围岩密贴，测点埋设在岩层内。测点在开挖后及时埋设并读取初始读数，测点埋设开挖后12h内完成，初始读数在测点埋设后8h内完成。
3.3.2洞内加固措施
根据掌子面围岩揭示有地表注浆浆液流出，考虑洞内施工安全和地表注浆效果，结合掌子面与地表注浆里程关系，封闭掌子面，对掌子面5米范围内增加套拱和临时横撑，并进行径向注浆和超前小导管注浆加固封闭处理。
3.3.3洞内开挖
开挖采取预留核心土+三台阶法，上台阶长度不得大于5m，台阶高度不大于3.0m；中台阶长度不大于5m，台阶高度不大于3.0m；严禁中台阶和下台阶左右侧对称开挖支护作业，采取黄土Vb型衬砌类型，拱墙设置组合中空错杆采用1.2m（环）*1.0m（纵）进行施作，长度为4.0m；采用I25a钢架，间距60cm，开挖进尺不得大于1榀，钢架底部设置I32a槽钢进行加强稳定性；设置超前双层小导管，长度为3.5m，采用Φ50钢管加工而成，环向间距不大于20cm，所有超前小导管必须进行注浆作业；每榀钢架设置锁脚锚管，锁脚锚管采用Φ42钢管制成，缩脚锚管长度为4.0m，每榀钢架不少于6根，锁脚锚管要与钢架连接牢固，施作角度为45°，锁脚锚管为洞外提前灌浆凝固后运至洞内使用。施工期间，初期支护封闭距掌子面不超过35m，仰拱距掌子面不超过50m，二衬距掌子面不超过70m。
4 施工特点
一是能有效的通过注浆孔位准确定位注浆部位和范围；
二是不易产生注浆盲区和薄弱区，通过横向注浆止浆装置，可以实现空隙地层多注，密实地层少注；
三是注浆的位置可根据实际情况灵活调整；
四是同一注浆点可以采用不同的注浆材料，不同的浆液配合比进行注浆，保证注浆质量；
五是适用范围广，既适用于渗透效果好的土层，又适用于渗透性较差的土体。
5 施工优缺点对比
地表注浆作业能精确控制注浆范围，地表加固与洞内开挖施工能平行进行，减少了注浆与开挖的工序转换，大大提高了施工效率，保证了施工安全，和超前帷幕注浆、水平旋喷桩施工相比，减小了工序干扰，真正的解决了不良地质隧道施工工序干扰大，施工进度慢等问题，极大提高了注浆施工技术标准化管理水平，该新技术通过在我项目部推行，取得很好的经济效益和社会效益。
6 施工效益
6.1 经济效益
地表超深孔定向注浆的现场应用，实现了分土层、分深度，结合地质钻孔情况，有效实现分段分层定位、定向、定量注浆，有效降低现场注浆量的使用，地表注浆成功实施后，对传统直接封口注浆方式节约了30%的注浆量，节省注浆量约为6000方，节省费用约750万元；注浆工法的创新，提升了现场注浆效率，施工节省时间44天，节省间接费用320万元，合计施工费用较常规注浆工法节省费用约为1070万元，经济效益明显。
6.2 社会效益
通过地表超深孔定向注浆施工技术在太原至焦作铁路（山西）段TJZQ-2标太谷隧道的现场应用，经隧道开挖效果对比验证，地层获得有效改良，隧道由原每天开挖进尺不足1m，甚至不能进尺，改良到每天可开挖3m以上，大大提升施工效率，极大的降低了施工安全风险，节约了工期，施工全过程未发生坍塌、涌泥砂等现象，攻克了国内隧道施工中，地表大于100m深孔注浆效果难以实现的难题，对西北地区、华北地区的黄土地区特殊土层施工具有极强的指导意义，为后续富水土质隧道施工提供安全、高效、快速的施工工法，有效降低土质隧道工期风险，保证了隧道施工安全，确保铁路按期开通，为企业赢得了良好的社会效益，值得推广和普及。
7 结论
该施工技术通过高压、分层等特殊技术措施，使地表注浆作业仍然能精确控制注浆范围，地表加固与洞内开挖施工能平行进行，减少了注浆与开挖的工序转换，大大提高施工效率，经济性和合理性，这将为中埋深（100～200m）、特别是工期紧张的软岩隧道的快速施工，提供一个全新的辅助思路。
参考文献：
[1]陈阳.基于袖阀管地表注浆加固的超浅埋大断面隧道施工技术[J].建筑技术开发，2019，46（2）：38-40.
[2]易凯. 黏土地层浅埋隧道地表注浆加固技术[J]. 山西建筑，2016，42（3）：176-177.
[3]梁奇. 大断面隧道浅埋段地表注浆加固技术研究 [J]. 西部探矿工程，2015，27（7）：172-174.