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石羊哨隧道不良地質(zhì)段注漿加固技術(shù)研究

文檔作者：唐科文檔來源：中鐵五局集團第一工程有限責任公司		更新日期： 2026年05月19日	點擊數(shù)：
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工程技術(shù)與應(yīng)用
82
2022 年 第05 期 總第109 期 工程技術(shù)研究
石羊哨隧道不良地質(zhì)段注漿加固技術(shù)研究
唐 科
中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙 410114
摘要：石羊哨隧道在DK187+610 段會穿越斷層，根據(jù)
已有資料顯示，該斷層具有一定導(dǎo)水性且斷層破碎帶
內(nèi)為黏性黃土，圍巖穩(wěn)定性以及承載能力較差，若不
采取針對性的措施，則隧道在掘進期間將面臨較大的
坍塌、涌水風險。文章依據(jù)現(xiàn)場實際情況，提出采用
帷幕注漿方式對斷層破碎帶黏性黃土、破碎巖體及導(dǎo)
致裂隙等進行加固、封堵，并對帷幕注漿技術(shù)方案進
行設(shè)計，進一步分析注漿效果。于現(xiàn)場應(yīng)用后，隧道
在開挖至斷層破碎帶時圍巖均保持穩(wěn)定，同時圍巖出
水量較小，為隧道過不良地質(zhì)段創(chuàng)造了良好條件。
關(guān)鍵詞：隧道施工；不良地質(zhì)段；斷層破碎帶；注漿加固
Abstract: The Shiyangshao tunnel will cross the fault in
DK187+610 section. According to the existing data, the
fault has a certain water conductivity and the fault fracture
zone is viscous loess. The stability and bearing capacity of
the surrounding rock are poor. If targeted measures are not
taken, the tunnel will face greater risks of collapse and water
gushing during excavation. According to the actual situation
of the site, the curtain grouting method is proposed in this
paper to reinforce and block the viscous loess, fractured rock
mass and cracks in the fault fracture zone, and the curtain
grouting technology scheme is designed to further analyze
the grouting effect. After field application, the surrounding
rock of the tunnel remains stable when it is excavated to the
fault fracture zone, and the water yield of the surrounding
rock is small, which creates good conditions for the tunnel to
pass through the unfavorable geological section.
Key Words: tunnel construction, unfavorable geological sec-
Research on Grouting Reinforcement Technology in Unfavorable Geological
Section of Shiyangshao Tunnel
Tang Ke
Railway Wuju Group the First Engineering Co., Ltd., Changsha, Hunan 410114
作者簡介： 唐科，男，本科，工程師，研究方向為工程管理及施工
技術(shù)。
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2022.05.025 .
在隧道建設(shè)過程中常會遇到不良地質(zhì)段，在地質(zhì)
不良段內(nèi)隧道施工常遇到坍塌、突水或者圍巖失穩(wěn)等
情況，會給隧道施工安全及施工效率帶來較大影響[1]。
因此，如何確保隧道安全、高效通過地質(zhì)不良段成為
隧道施工期間面臨的現(xiàn)實問題及難點問題。隧道掘進
遇軟巖區(qū)域以及富水區(qū)域時，提高隧道圍巖強度、疏
排圍巖內(nèi)積水或封堵導(dǎo)水裂隙是實現(xiàn)此類地質(zhì)條件巷
道安全掘進的主要方式[2]。例如，樂歌山隧道、均昌
隧道均存在有富水區(qū)段及不穩(wěn)定性巖層段，施工單位
均采用帷幕注漿方式對隧道不量地質(zhì)段進行加固，為
隧道安全快速掘進創(chuàng)造了良好條件。石羊哨隧道在施
工區(qū)段會遇到地質(zhì)不良段，預(yù)計巷道容易出現(xiàn)涌水、
塌方等安全事故，依據(jù)現(xiàn)場實際情況及以往類似不良
地質(zhì)處理經(jīng)驗，提出采用帷幕注漿方式對隧道圍巖導(dǎo)
水裂隙進行封堵，并加固不穩(wěn)定性巖體，實現(xiàn)了隧道
安全掘進。
1 工程概況
石羊哨隧道位于湖南省吉首市內(nèi)，起訖里程為
DK185+701 ～ DK187+942，正線長2 241 m，隧道最
大埋深約189 m。隧道以粉質(zhì)黏土、泥質(zhì)粉砂巖為主，
夾碎石、粉砂巖、泥質(zhì)砂巖及泥質(zhì)為薄層夾層，局部
泥質(zhì)填充。隧道Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級圍巖長分別為490 m、
1 405 m、326 m，分別占隧道總長的21.9%、62.7%、4.6%。
隧道斷面如圖1 所示。
tion, fault fracture zone, grouting reinforcement
分類號：U455.49
工程技術(shù)與應(yīng)用
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工程技術(shù)研究 第7 卷 總第109 期 2022 年3 月
圖1 隧道斷面
石羊哨隧道除明洞段（緩沖結(jié)構(gòu)及洞門）采用明
挖法施工外，其他地段均按新奧法組織施工。隧道進
口山體及明洞兩側(cè)山體陡峭，且有零星松散體分布，
進洞存在危巖落石風險；基巖主要為泥質(zhì)粉砂巖，可能
具有膨脹性。DK185+900、DK186+060、DK187+610 段
穿越斷層，易發(fā)生突水突泥等施工災(zāi)害，預(yù)測石羊哨
隧道正常、最大涌水量分別為1 160 m3/d、1 739 m3/d。
根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，在DK187+610 段會穿越斷層，
在該斷層破碎帶內(nèi)充填有黏性黃土，圍巖呈軟塑狀-
流塑狀，由于隧道圍巖穩(wěn)定性較差，隧道開挖掘進期
間容易出現(xiàn)大變形、失穩(wěn)等問題，同時在地下浸泡、
侵蝕作用下已開挖區(qū)拱頂、邊墻容易出現(xiàn)明顯變形[3]。
為了確保隧道開挖安全，經(jīng)過專家論證提出選用帷幕
注漿方式對圍巖進行處理。
2 帷幕注漿現(xiàn)場布置
2.1 帷幕注漿方案
帷幕注漿控制隧道掘進外輪廓線5 m 以外，具體
在隧道掌子面布置的帷幕注漿鉆孔如圖2 所示，在掌
子面共計布置77 個鉆孔，其中注漿孔、檢查孔及管棚
孔分別為53 個、4 個、20 個。
（a）平面圖 （b）剖面圖
圖2 帷幕注漿鉆孔布置示意圖（單位：m）
注漿材料會直接影響注漿加固效果，根據(jù)隧道現(xiàn)
場實際條件注漿材料以水泥單液漿、水泥- 水玻璃雙
液漿為主，在具體注漿時可依據(jù)鉆孔注漿情況對注漿
材料、漿液配比等進行調(diào)整[4]。帷幕注漿控制隧道掌子
面前方25 m 范圍進行加固，其中在距離注漿口16 m 以
內(nèi)范圍采用凝結(jié)時間更短的水泥- 水玻璃單液漿、水
灰比為（0.8 ～ 1.0） ∶ 1，在距離注漿孔底10 m 以
內(nèi)范圍采用擴散距離更遠的水泥單液漿、水灰比為
（0.6 ～ 1.0）∶ 1。
鉆孔注漿速度控制在20 ～ 90 L/min，采用高壓注
漿，終孔壓力控制在4 ～ 6 MPa。注漿鉆孔孔口管為
壁厚6 mm、管徑108 mm、長1 500 mm 的無縫鋼管，
孔口管埋入鉆孔深度為1 200 mm，并使用錨固劑錨固。
注漿孔注漿按照由上到下、由外到里、間隔跳孔方式
注漿；注漿采用的止?jié){墻采用C30 混凝土砌筑，止?jié){
墻墻頂寬度為3.0 m、墻背直立、胸坡比為1 ∶ 0.2。
2.2 帷幕注漿過程分析
在帷幕注漿期間對鉆孔注漿參數(shù)進行統(tǒng)計，典型
注漿孔注漿壓力、流量及時間變化曲線如圖3 所示。
整體而言，隨著注漿時間的增加，注漿壓力呈增加趨勢，
而注漿流量呈降低趨勢。
流量/（L·min-1）
圖3 注漿孔注漿壓力、流量及時間變化曲線
在注漿初期，注漿壓力較低但是注漿流量較大，
主要是在初期注漿圍巖內(nèi)有較多的裂隙、節(jié)理及孔隙
等，注漿漿液擴散較快[5]。隨著注漿壓力增加，注漿
時間超過3 h 后，圍巖中裂隙被漿液充填，當壓力達
到設(shè)計注漿壓力時，松散巖體及土體等均被壓實。當
注漿時間超過10 h 后，圍巖中軟巖巖體被劈裂加固，
巖體穩(wěn)定性得以有效提高。當注漿達到設(shè)計最大壓力
時，注漿流量快速降低，表明注漿加固范圍內(nèi)巖體裂
隙已逐漸被漿液充填，此時可停止注漿。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，
帷幕注漿時間超過18 h 時，掌子面前方地質(zhì)不良段巖
體裂隙被有效充填，巖體穩(wěn)定性及承載能力等均明顯
提升。
工程技術(shù)與應(yīng)用
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2022 年 第05 期 總第109 期 工程技術(shù)研究
3 隧道帷幕注漿加固效果分析
3.1 圍巖強度變化分析
對帷幕注漿前后隧道掌子面前方隧道破碎帶內(nèi)巖
體強度進行分析，具體結(jié)果如表1 所示。從表1 中可
看出，通過采用帷幕注漿斷層破碎帶內(nèi)黏性黃泥土含
水率及液性指數(shù)等均明顯降低，而內(nèi)摩擦角、黏聚力
及壓縮模量等均有所提升，注漿選擇使用的水泥漿可
有效改善斷層破碎帶內(nèi)黏性黃泥土及其他破碎巖體物
理力性質(zhì)[6]。同時，注漿加固可對斷層破碎帶內(nèi)導(dǎo)水
裂隙進行封堵，并形成有效隔水通道。
表1 帷幕注漿前后斷層破碎帶圍巖力學(xué)參數(shù)
類型類別
密度/
（g·cm-3）
含水
率/%
液性
指數(shù)
壓繩
模量/
MPa
內(nèi)摩擦
角/°
黏聚
力/
kPa
帷幕注
漿前
最大1.91 32.08 0.88 17.2 17.6 21.9
最小1.61 28.02 0.54 7.8 11.8 12.6
均值1.76 30.05 0.71 12.5 14.7 17.3
帷幕注
漿后
最大2.05 27.80 0.42 26.7 22.8 30.6
最小1.92 23.90 0.17 15.6 16.7 22.7
均值1.98 25.30 0.29 21.7 19.8 21.7
3.2 現(xiàn)場注漿效果分析
通過進行帷幕注漿，使斷層破碎帶內(nèi)黃泥土由原
有的軟塑形轉(zhuǎn)換成可塑型，從而有效降低隧道過斷層
破碎帶期間風險，圍巖承載能力得以顯著提升。待隧
道帷幕注漿加固完成后，隧道正常開挖，在開挖過程
中圍巖基本不出現(xiàn)滲水情況，圍巖始終保持穩(wěn)定。同時，
斷層破碎帶黏性黃土被注漿漿液充填，注漿漿液呈連
續(xù)狀分布，表明對斷層破碎帶進行注漿后，破碎帶內(nèi)
黏性黃土滲透性及穩(wěn)定性均得到有效提升[7]。對隧道
帷幕注漿加固后的圍巖變形量進行監(jiān)測，具體結(jié)構(gòu)如
圖4 所示。
圖4 帷幕注漿加固后圍巖變形監(jiān)測曲線
隨著隧道開挖工作的推進，圍巖變形速度呈先快
速增加后逐漸穩(wěn)定趨勢，其中上臺階以及中臺階開挖
時圍巖變形速度相對較快；中下臺階及仰拱施工期間圍
巖變形速度有所降低；仰拱施工完成后圍巖變形基本趨
于穩(wěn)定[8]。帷幕注漿加固后，隧道上臺階開挖5 d 后圍
巖變形穩(wěn)定，其中拱頂、拱腰收斂量分別為55.7 mm、
23.9 mm，掌子面擠出量為44.8 mm ；中臺階開挖5 d 后
邊墻水平收斂量、豎向沉降量分別為46.7 mm、21.3 mm，
掌子面擠出量為34.2 mm ；下臺階；下臺階開挖7 d 后
拱腳水平變形量為71.9 mm ；在仰拱施工期間隧道圍巖
變形量整體較小。在二襯施工前隧道拱頂、邊墻收斂
量累積分別為143.9 mm、104.2 mm，掌子面擠出量累
積為95.2 mm，變形量整體較小。
4 結(jié)束語
文章針對石羊哨隧道開挖過斷層破碎帶期間面
臨涌水、破碎帶穩(wěn)定性差等問題，提出采用帷幕注漿
方式對圍巖進行改造，從而確保隧道開挖期間圍巖穩(wěn)
定，并降低圍巖涌水量。根據(jù)隧道掌子面現(xiàn)場實際情
況，對帷幕注漿加固方案進行設(shè)計。帷幕注漿后可對
斷層破碎帶內(nèi)導(dǎo)水裂隙進行封堵，并將黏性黃泥土由
軟塑形轉(zhuǎn)換成可塑型，提高斷層破碎帶內(nèi)黏性黃泥土、
破碎巖體整體穩(wěn)定性及承載能力。帷幕注漿后，隧道
開挖至斷層破碎帶期間圍巖涌水量較小且未出現(xiàn)垮落、
失穩(wěn)等情況，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，二襯施工前隧道拱頂、
邊墻收斂量累積分別為143.9 mm、104.2 mm，掌子面
向開挖空間擠出量累積為95.2mm，圍巖變形量整體
較小。
參考文獻
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