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摘要：围岩锚注加固技术的应用保证了隧道工程整体的稳定性和安全性，改善了隧道周围环境和工程质量，缩短了工期，目前广泛应用于隧道工程之中。本文以某工程为例，介绍了大管棚注浆加固技术，望对类似工程有所帮助。
关键词：围岩；锚注加固；大管棚；小导管
【分类号】：TD353.5
一、锚注加固机理
注浆锚杆注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护，将靠近洞壁浅部的围岩通过锚杆固定到深部较稳定的岩体上，同时锚杆在围岩内形成组合拱对围岩施加压力，使处于二向应力状态的围岩转向三向应力状态，可以形成一个多层有效组合拱，提高了支护结构的整体性和承载能力。如图1所示。
图1 注浆加固支护机理图
围岩注浆加固往往与其他隧道支护形式结合起来，它不仅改善围岩岩性和应力分布，而且大大缩小围岩变形，减轻支架承受的外载压力，改善支架的受力情况。岩体的强度，通常用莫尔强度理论来描述。τ=C+σtgφ ⑴式中：τ—岩体抗剪强度，MPa；σ—正应力，MPa；C—岩体的内聚力，MPa；φ—内摩擦角由⑴式可知岩体强度大小是 C、φ 两个指标确定。岩体C和φ值的增值大小，视注浆材料的性能及注浆工艺是否合理而有所不同。一般来说，注浆材料本身固结强度高、稳定性好的，其 C和 φ 值增加的较大，反之亦然。注浆工艺合理，能保证岩体裂隙充填密实，浆液与裂隙面粘结牢固，其C和φ值也增加的多。由于浆液在岩体内充实，固结强度提高，使隧道周围形成一完整的连续的承压体，围岩应力分布趋于均匀，减少了应力集中现象，提高了支架的承载能力。
二、围岩锚注加固技术的应用
（一）工程概述
某隧道为全长95m的单线隧道，出口处施做一环30m长大管棚后开始单向掘进；洞内在掘进过程中施作两个循环大管棚，每循环长度是25m；最后一循环从进口处施作大管棚，长度为25m，每循环大管棚搭接长度为3～4m。隧道按新奥法设计和施工。隧道洞口段埋深仅为3～5m，最大埋深20m，围岩级别为黄土Ⅴ级加强。工程地质主要为浅黄色新黄土，土质较均匀，局部夹杂少量粗圆砾石、细圆砾土，砾石分布不均；强风化，节理裂隙发育，整体性差；且进口段底部有一人工坑洞，开挖后易失稳。经研究决定采用大管棚与小导管注浆施工。
（二）大管棚与小导管施工要求
大管棚施工工艺及注浆要求：管棚施工采取分区间隔施工，先钻孔施工奇数孔位管棚，带注浆完成后再施工偶数孔位管棚，以便检查奇数孔位注浆效果。通过现场实验确定合理注浆参数。初步拟定注浆参数如下：水泥浆水灰比：1：1，水泥强度等级为42.5级。注浆压力：初压0.5～1.0MPa、终压2.0Mpa，当每孔注浆终压达到2.0Mpa且注浆量达到设计量的95%以上时，继续保持10min以上后可结束注浆。注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，以增强管棚的刚度和强度；管棚施工完成后在管棚的保护下按设计施工方法进行隧道开挖，管棚支护与超前小导管支护搭接长度不小于2.0m。在地下水发育地区可考虑采用水泥水玻璃双液浆。
小导管施工工艺及注浆要求：小导管施工时，钢管以10～20度外插脚打入围岩。超前小导管注浆材料在地下水不发育区采用单液水泥浆，可添加速凝剂控制凝结速度，通过现场试验确定合理注浆参数，初步拟定注浆参数如下：水泥浆水灰比：1：1，水泥强度等级为42.5级。注浆压力：0.5～1.0MPa，当每孔注浆终压达到1.0MPa且注浆量达到设计量的95%以上时，继续保持10min以上后可结束注浆。在地下水发育地区可考虑采用水泥水玻璃双液浆。
（三）管棚设计参数
钢管规格：兴城端管棚采用Φ89×8长大管棚定型产品，长Lmm导管采用Φ50×5热轧钢管。管棚应向相邻小导管衬砌段深入3m。
管距：環向间距400mm。
外插角：1度（相对于洞轴线），方向與路线方向平行。
隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%。相邻钢管的接头至少错开1.5m。
（三）锚注加固施工
1、施工前准备
疏排地表水：洞口仰坡稳定地层，增设环型截水沟一道，拦截地表水；建立枝状排水系统，使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围，以防积水下渗。
引排地下水：为引排洞口段地下水，在适当位置钻设2个 φ20CM降水井，利用深井潜水泵和螺杆泵抽取地下水以疏干土体，降低洞口周围地下水位。
施作套拱作为大管棚导向墙：洞口前端采用4m 长套拱（25#砼） 作为大管棚导向墙。套拱在洞口衬砌外轮廓线以外施作。套拱基础施打8m长φ108×6mm 钢管桩，管体用水泥浆灌满。套拱内埋设7榀U25型钢，U型钢与φ127×4 mm 管棚孔口套管焊成整体。孔口套管沿拱圈环向布设间距、位置及方向应准确。
2、钻孔
（1）根据套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。
（2）钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进，当钻至砂层易塌孔时，应加泥浆护壁方可继续钻进；如不能成孔时，可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻进。
（3）钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹沙层时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。
（4）为避免钻杆太长，钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，开钻上挑角度控制在 3°～ 5°之间，并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。
3、注浆
（1）注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。
（2）注浆采用水泥-水玻璃利用三通管同时注入，水泥浆必须拌制均匀，并按比例注入水玻璃浆液。 （3）注浆过程中隨时检查孔口、邻孔、河沟、覆盖较薄部位有无串浆现象，如发现串浆，立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。
（4）单液注水泥浆压力突然升高，可能发生堵管，应停机检查；双液注水泥與水玻璃浆如压力突然升高，则关停水玻璃泵，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆；水泥浆单液和水泥与水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝结，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间，才能避免产生注浆不饱满。（5）注浆压力达到112MPa，并持续稳定5min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。
4、注浆效果检查
（1）注浆终孔压力达到110MPa，持续稳定5min以上，视为该注浆孔已满足要求。
（2）注浆完毕用铁锤敲击钢管，如响声清脆，说明浆液未充满钢管，需采取补注或重注；如响声低哑，则说明浆液已填满钢管。
（3）开挖后及时观察岩壁面，钢管周围20cm范围岩隙应被基本充填密实，并作好记录。
（四）施工突发事故及处理预案
1、钻进中坍孔及缩孔的处理
若发生塌孔及缩孔成孔十分困难，无法一次成孔。可以采用前进式预注浆成孔，初钻出一段后，通过钻杆进行孔内注浆，待注浆液达到一定强度后，继续钻进，以此循环施作，直到达到设计孔深。
2、掉块卡钻的处理
在钻进过程中若经常发生掉块卡钻事故，可以采用在异径接头处镶焊硬质合金，一旦卡钻，施工以少量循环水，再将以拉拔回归，较好地解决此问题。
3、对漏浆及耗灰量过大的处理
若由于岩体破碎，浆液漏失严重，造成耗灰量过大。可以考虑加浓水灰比，降低压力，把流量限制在10升范围内，过一段时间在慢慢提升压力，直到达到设计标准。如上述方法达不倒效果，在浆液中加入速凝剂，间歇灌浆、灌注砂浆、停灌待凝方法处理。
结束语
围岩锚注加固技术，是锚固技术、注浆加固技术、组合支护技术的有机结合，是扩大锚杆支护的应用范围，充分发挥锚杆支护作用的有效的技术措施，安全快捷的锚杆施工，有效提高了隧道循环效率，为顺畅完成支护作业提供了有力保障。为此，应当进一步加强对各支护机理和施工技术的研究工作，推动隧道工程围岩锚注加固技术水平的不断发展。
参考文献
[1] 黄立新，马 栋，韦昌云.隧道地表深孔注浆处理断层及塌方施工技术[J].西部探矿工程，2007（03）.
[2]汤雷，蒋金平.锚杆支护强度[J].地下空间，2007（02）.
[3]苑俊廷，林丽芳，席继红.超前管棚支护在浅埋偏压黄土隧道施工中的应用[J].现代隧道技术，2011（06）.
关键词：围岩；锚注加固；大管棚；小导管
【分类号】：TD353.5
一、锚注加固机理
注浆锚杆注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护，将靠近洞壁浅部的围岩通过锚杆固定到深部较稳定的岩体上，同时锚杆在围岩内形成组合拱对围岩施加压力，使处于二向应力状态的围岩转向三向应力状态，可以形成一个多层有效组合拱，提高了支护结构的整体性和承载能力。如图1所示。
图1 注浆加固支护机理图
围岩注浆加固往往与其他隧道支护形式结合起来，它不仅改善围岩岩性和应力分布，而且大大缩小围岩变形，减轻支架承受的外载压力，改善支架的受力情况。岩体的强度，通常用莫尔强度理论来描述。τ=C+σtgφ ⑴式中：τ—岩体抗剪强度，MPa；σ—正应力，MPa；C—岩体的内聚力，MPa；φ—内摩擦角由⑴式可知岩体强度大小是 C、φ 两个指标确定。岩体C和φ值的增值大小，视注浆材料的性能及注浆工艺是否合理而有所不同。一般来说，注浆材料本身固结强度高、稳定性好的，其 C和 φ 值增加的较大，反之亦然。注浆工艺合理，能保证岩体裂隙充填密实，浆液与裂隙面粘结牢固，其C和φ值也增加的多。由于浆液在岩体内充实，固结强度提高，使隧道周围形成一完整的连续的承压体，围岩应力分布趋于均匀，减少了应力集中现象，提高了支架的承载能力。
二、围岩锚注加固技术的应用
（一）工程概述
某隧道为全长95m的单线隧道，出口处施做一环30m长大管棚后开始单向掘进；洞内在掘进过程中施作两个循环大管棚，每循环长度是25m；最后一循环从进口处施作大管棚，长度为25m，每循环大管棚搭接长度为3～4m。隧道按新奥法设计和施工。隧道洞口段埋深仅为3～5m，最大埋深20m，围岩级别为黄土Ⅴ级加强。工程地质主要为浅黄色新黄土，土质较均匀，局部夹杂少量粗圆砾石、细圆砾土，砾石分布不均；强风化，节理裂隙发育，整体性差；且进口段底部有一人工坑洞，开挖后易失稳。经研究决定采用大管棚与小导管注浆施工。
（二）大管棚与小导管施工要求
大管棚施工工艺及注浆要求：管棚施工采取分区间隔施工，先钻孔施工奇数孔位管棚，带注浆完成后再施工偶数孔位管棚，以便检查奇数孔位注浆效果。通过现场实验确定合理注浆参数。初步拟定注浆参数如下：水泥浆水灰比：1：1，水泥强度等级为42.5级。注浆压力：初压0.5～1.0MPa、终压2.0Mpa，当每孔注浆终压达到2.0Mpa且注浆量达到设计量的95%以上时，继续保持10min以上后可结束注浆。注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，以增强管棚的刚度和强度；管棚施工完成后在管棚的保护下按设计施工方法进行隧道开挖，管棚支护与超前小导管支护搭接长度不小于2.0m。在地下水发育地区可考虑采用水泥水玻璃双液浆。
小导管施工工艺及注浆要求：小导管施工时，钢管以10～20度外插脚打入围岩。超前小导管注浆材料在地下水不发育区采用单液水泥浆，可添加速凝剂控制凝结速度，通过现场试验确定合理注浆参数，初步拟定注浆参数如下：水泥浆水灰比：1：1，水泥强度等级为42.5级。注浆压力：0.5～1.0MPa，当每孔注浆终压达到1.0MPa且注浆量达到设计量的95%以上时，继续保持10min以上后可结束注浆。在地下水发育地区可考虑采用水泥水玻璃双液浆。
（三）管棚设计参数
钢管规格：兴城端管棚采用Φ89×8长大管棚定型产品，长Lmm导管采用Φ50×5热轧钢管。管棚应向相邻小导管衬砌段深入3m。
管距：環向间距400mm。
外插角：1度（相对于洞轴线），方向與路线方向平行。
隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%。相邻钢管的接头至少错开1.5m。
（三）锚注加固施工
1、施工前准备
疏排地表水：洞口仰坡稳定地层，增设环型截水沟一道，拦截地表水；建立枝状排水系统，使地表水尽快顺畅地排出洞口不稳定范围，以防积水下渗。
引排地下水：为引排洞口段地下水，在适当位置钻设2个 φ20CM降水井，利用深井潜水泵和螺杆泵抽取地下水以疏干土体，降低洞口周围地下水位。
施作套拱作为大管棚导向墙：洞口前端采用4m 长套拱（25#砼） 作为大管棚导向墙。套拱在洞口衬砌外轮廓线以外施作。套拱基础施打8m长φ108×6mm 钢管桩，管体用水泥浆灌满。套拱内埋设7榀U25型钢，U型钢与φ127×4 mm 管棚孔口套管焊成整体。孔口套管沿拱圈环向布设间距、位置及方向应准确。
2、钻孔
（1）根据套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。
（2）钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进，当钻至砂层易塌孔时，应加泥浆护壁方可继续钻进；如不能成孔时，可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻进。
（3）钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹沙层时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。
（4）为避免钻杆太长，钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，开钻上挑角度控制在 3°～ 5°之间，并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。
3、注浆
（1）注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。
（2）注浆采用水泥-水玻璃利用三通管同时注入，水泥浆必须拌制均匀，并按比例注入水玻璃浆液。 （3）注浆过程中隨时检查孔口、邻孔、河沟、覆盖较薄部位有无串浆现象，如发现串浆，立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。
（4）单液注水泥浆压力突然升高，可能发生堵管，应停机检查；双液注水泥與水玻璃浆如压力突然升高，则关停水玻璃泵，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆；水泥浆单液和水泥与水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝结，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间，才能避免产生注浆不饱满。（5）注浆压力达到112MPa，并持续稳定5min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。
4、注浆效果检查
（1）注浆终孔压力达到110MPa，持续稳定5min以上，视为该注浆孔已满足要求。
（2）注浆完毕用铁锤敲击钢管，如响声清脆，说明浆液未充满钢管，需采取补注或重注；如响声低哑，则说明浆液已填满钢管。
（3）开挖后及时观察岩壁面，钢管周围20cm范围岩隙应被基本充填密实，并作好记录。
（四）施工突发事故及处理预案
1、钻进中坍孔及缩孔的处理
若发生塌孔及缩孔成孔十分困难，无法一次成孔。可以采用前进式预注浆成孔，初钻出一段后，通过钻杆进行孔内注浆，待注浆液达到一定强度后，继续钻进，以此循环施作，直到达到设计孔深。
2、掉块卡钻的处理
在钻进过程中若经常发生掉块卡钻事故，可以采用在异径接头处镶焊硬质合金，一旦卡钻，施工以少量循环水，再将以拉拔回归，较好地解决此问题。
3、对漏浆及耗灰量过大的处理
若由于岩体破碎，浆液漏失严重，造成耗灰量过大。可以考虑加浓水灰比，降低压力，把流量限制在10升范围内，过一段时间在慢慢提升压力，直到达到设计标准。如上述方法达不倒效果，在浆液中加入速凝剂，间歇灌浆、灌注砂浆、停灌待凝方法处理。
结束语
围岩锚注加固技术，是锚固技术、注浆加固技术、组合支护技术的有机结合，是扩大锚杆支护的应用范围，充分发挥锚杆支护作用的有效的技术措施，安全快捷的锚杆施工，有效提高了隧道循环效率，为顺畅完成支护作业提供了有力保障。为此，应当进一步加强对各支护机理和施工技术的研究工作，推动隧道工程围岩锚注加固技术水平的不断发展。
参考文献
[1] 黄立新，马 栋，韦昌云.隧道地表深孔注浆处理断层及塌方施工技术[J].西部探矿工程，2007（03）.
[2]汤雷，蒋金平.锚杆支护强度[J].地下空间，2007（02）.
[3]苑俊廷，林丽芳，席继红.超前管棚支护在浅埋偏压黄土隧道施工中的应用[J].现代隧道技术，2011（06）.