不良地质地段（富水段）隧道注浆施工技术

　　提要：论文在总结国内外前人研究成果基础上,以新建宜（昌）万（州）铁路金子山隧道为依托，围绕帷幕注浆技术，详细介绍了岩溶富水区帷幕灌浆的设计方法和施工工艺。金子山隧道穿越岩溶富水区帷幕注浆的成功经验和技术对同类工程有一定的指导和借鉴意义。
　　关键词：隧道工程，岩溶富水，帷幕注浆，施工技术
　　
　　1.工程概况
　　金子山隧道位于利川市西约10km，起讫里程DK264+879～DK271+714，全长6835米，为单线隧道，是宜万铁路十三座复杂隧道之一。隧道埋置深度以DK267+140处最大，约为420m，在向家湾一带埋深相对较浅，约为119m。隧道在DK267+850～DK269+670穿越1820m的向斜核部富水段，此段地层位于金子山向斜核部附近，向斜为储水构造、富水地段，地下水很发育，地质条件比较复杂，并且本段要通过F2断层。该段极易形成突水、突泥和大面积塌方，围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。同时，在隧道施工中在可溶岩与非可溶岩交界洞段因岩溶发育，易产生突水涌泥。隧道在该洞段最大埋深355m，正常涌水量7334m3/d，最大涌水量45761m3/d。隧道穿越岩溶地层、断层破碎带及深埋软岩塑性变形地段时，因地下水丰富，施工中遭遇灾害性的突泥、突水的可能性很大，极有可能引发重大安全事故。为之，需在可能出现大范围涌水洞段实施洞内帷幕注浆和径向注浆。
　　2.注浆原理及注浆工艺
　　2.1注浆目的和原则
　　注浆的主要目的是加固围岩，限制排水量，保证隧道稳定。帷幕注浆主要是根据超前地质预报情况，采取相应的帷幕注浆方式，有效地将地下水、裂隙水排除在开挖范围以外，防止涌水现象的发生。对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部预测水压大、极可能产生严重突水突泥地段，预测地下水压力≥3.0MPa时，采用加固圈固结范围为正洞开挖轮廓线外8m，平导为开挖轮廓线外5m的超前帷幕注浆。对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部预测水压大、极可能产生较严重突水突泥地段，预测地下水压力＜3.0MPa并≥2.0MPa时，采用预注浆加固圈固结范围为正洞开挖轮廓线外5m，平导开挖轮廓线外3m的帷幕注浆方案。对不同年代岩层接触带、物探异常区、预测水压大、可能产生突水突泥地段，预测地下水压力＜2.0MPa并≥1.0MPa时，采用正洞预加固圈固结范围为开挖轮廓线外3m的帷幕注浆。对岩体完整，其结构性可保证开挖，但大面积淌水且流量大于控制排水量，其地下水压力<1.0MPa时，实施开挖后全断面径向注浆，注浆加固范围为开挖轮廓线外5m。
　　2.2帷幕注浆施工步序
　　2.2.1施工准备
　　施工平台和施工场地准备：制作钻机平台或搭建临时施工钻机平台；并进行临建布置，包括水泥、材料存放点，施工用风、水、电和指示控制线路的部设。封闭工作面做止浆墙：为防止注浆施工过程中工作面冒浆，可利用掌子面前方一定范围内的岩层或灌注砼止浆墙。在利用岩层作为止浆墙时需将掌子面找平后喷厚度不小于30cm的混凝土封闭。
　　2.2.2注浆浆液配制
　　注浆材料原材料：水泥强度等级不低R32.5，水玻璃浓度30～40玻美度，TGRM超细双液型水泥基特种注浆材料，缓凝剂采用磷酸氢二钠，速凝剂采用EC477-92水泥速凝剂。单液水泥浆水灰比1:0.6～1:1，先稀后浓。如果要使水泥浆凝结时间减少，可渗入速凝剂，其渗量由试验确定，一般为水泥用量的2～3%。水泥-水玻璃双浆液：水泥浆水灰比为1:1～1:1.5，水玻璃浓度为30～40玻美度，水泥-水玻璃体积比为1:0.3～1:1。根据需要渗入适量缓凝剂，其渗量由试验确定，一般为水泥用量的1～3%。TGRM超细双液型水泥基特种注浆材料：水灰比0.38～0.42:1，凝胶时间30分钟，施工时可根据实际情况由试验确定。
　　2.2.3钻孔作业
　　注浆孔位标定：在喷射混凝土止浆墙上按设计图纸用红油漆标出孔口位置。
　　钻机定位：根据极座标法进行钻孔布置和定位。钻机按设计要求准确牢固地安放，确保极坐标“原点”的准确。
　　钻孔作业：将钻机钻杆伸出，对准所标孔位用三翼合金钻头开孔，钻穿混凝土止浆墙和其它坚硬地层停止钻进。退出钻头，换上跟管钻进的一次性钻头及套管，钻至设计孔深。
　　安设注浆管：在确定套管内无阻塞物时，即可进行注浆管（注浆管为硬质塑料管）的安设工作。注浆管安放后，在注浆管管口安放注浆管并压紧，以防注浆时漏浆。记录钻孔地质描述及注浆管的下管情况，以备注浆施工参考。
　　2.2.4注浆作业
　　根据不同条件采取分段前进式注浆工艺、后退式分段注浆工艺或后退式一次注浆工艺。原则上采取钻一孔注一孔。注浆结束时，应先打开泄浆管阀门，再关闭进浆管阀门并用清水将注浆管路冲洗干净后方可停机。
　　2.2.5注浆效果检查、评定和补救措施
　　根据单孔结束标准和全孔结束标准以及检验所有注浆孔均已符合单孔结束条件，是否有漏注现象综合评断。对注浆过程中的各种记录资料综合分析，注浆压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求；每循环设2～3个检查孔，检查孔钻取岩芯，观察浆液充填情况，并检查孔内涌水量是否小于0.2L/m•min。
　　3.帷幕注浆施工
　　根据设计要求金子山I线隧道在穿越向斜核部富水区时要进行3m超前帷幕注浆预加固和8m超前帷幕注浆。金子山隧道II线在发生岩溶突泥段要按地质条件的不通进行3m和8m的超前预注浆，注浆段长度分别采取为27m和30m两种。同时，金子山隧道在通过向斜富水带时，也需要进行径向注浆止水，满足环保和隧道防排水要求。
　　8米帷幕注浆段每循环钻孔注浆段长度为30米，开挖22米，保留8米作为止浆岩盘；3米帷幕注浆段每循环钻孔注浆段长度为27米，开挖24米，保留3米作为止浆岩盘。隧道径向注浆在隧道初次支护完成后进行。砼止浆墙厚度：8米帷幕注浆时混凝土止浆墙厚度为2米；3米帷幕注浆时混凝土止浆墙厚度为1米。具体方案根据掌子面不同情况及超前预测预报结果，经过计算报设计单位研究确定。
　　3.1实施超前帷幕注浆
　　金子山隧道3m帷幕注浆加固范围是隧道开挖轮廓线外3米；8m帷幕注浆加固范围是隧道开挖轮廓线外8米。对8m帷幕注浆地段，预测地下水压力≥3MPa，施工时取注浆压力=3+4=7MPa；对3m帷幕注浆地段为1.0MPa≤P0＜2MPa，施工时取注浆压力=2+4=6MPa。实际施工时，要根据实测地下水压力及时调整注浆压力。
　　3.2注浆工程施工组织及设备安排
　　帷幕注浆量计算方法，按总注浆量计算，计算公式如下：
　　Q=Anα(1+β)
　　其中：Q为总注浆量m3；A为注浆范围围岩体积m3；nα(1+β)为填充率，按表1按总量填充率选用。
　　表1金子山隧道注浆施工中岩体填充率参数表
　　围岩地质条件 按总量填充率(%) 按单孔计裂隙度（空隙率） 按单孔计浆液填充率 按单孔计浆液损失率
　　裂隙带 2～3 2～5% 70～80% 5～10%
　　断层破碎带 5～10 10～20% 70～80% 5～10%
　　溶洞、岩溶发育带 20～30 30～40% 70～80% 10～20%
　　
　　单孔注浆量可按下式计算，计算公式如下：
　　Q=πR2hnα(1+β)
　　其中：Q为单孔注浆量（m3）；R为浆液扩散半径（m）取2.0；h为注浆段长(m)取30m；n为地层裂隙度(空隙率)；α为浆液填充率；β为浆液损失率，n、α、β可由表1按单孔计算选用。具体的注浆量控制参数由现场注浆试验确定。
　　3.3金子山隧道径向注浆分析
　　金子山隧道在穿越岩溶富水区段时需进行径向注浆。注浆孔布置在孔底环向间距约3.0m，纵向间距2.6m，呈梅花型布置。施工时分段长20.8m为一作业段，一段布设9环，共计189孔。
　　4.结论
　　论文以在建宜昌－万州铁路金子山隧道为依托，讨论了金子山隧道帷幕注浆止水施工工艺和注浆施工方案，详尽介绍了帷幕注浆的施工组织、机械设备和人员的配备，并就帷幕注浆中注浆量的推算和止浆墙的安全厚度进行了重点探讨，金子山隧道帷幕注浆的成功经验可为同类工程的施工提供技术资料和经验借鉴。
　　参考文献：
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