高压富水隧道帷幕注浆施工技术

　　摘要：通过研究隧道断层破碎带的地质、水文性质，对高压富水区采用帷幕注浆施工技术方案，通过对注浆参数、工艺、结束标注、检测手段的应用介绍，提出适用该地区相同地质隧道高压富水区注浆方案，每个注浆循环缩短为12天，且处理效果满足设计、施工要求。
　　关键词：高压富水，隧道，帷幕注浆，施工技术
　　1、 项目概况
　　广昆铁路新温泉隧道洞身横穿高原低山丘陵剥蚀区，隧道的最大埋深约70米，长2165m，属长隧道，隧道净空采用15×12.5m。隧道进口处两侧均有冲沟发育，据调查，该两沟内常年流水，且降雨后其流量会增大很多，具有暴涨暴落的特点。在隧道进口至LK42+200地段，F8断层倾向NW，倾角70°～80°，断层宽度约120m。围岩以全～弱风化泥质粉砂岩、砂岩为主，夹泥岩，受断层F8影响（图1），岩体风化强烈，岩石极破碎，裂隙极发育。勘察时地质钻孔注水试验估算正常涌水量约为102.75m3/d，隧道埋深58m~93m，受断层F8影响，属于高压富水区，对隧道开挖影响很大，尤其在夏季施工，可能造成涌水危险。注浆处理主要集中在断层破碎带内的高压富水区。
　　2、 帷幕注浆施工技术
　　由于该段落较长，强~弱风化岩体破碎，且原岩夹泥岩为极软岩，结合超前地质预报结果，最后经项目部研究决定采用全断面帷幕灌浆技术对DK1025+950～DK1026+090段围岩进行治堵处理，每循环处理长度为30m，开挖25m后预留5m作为止浆岩盘，本段落处理分为4个循环，第一次注浆前在掌子面前喷射30~40cmC30混凝土，用以封闭掌子面周围岩体。
　　2.1浆液扩散半径及注浆孔布置
　　根据厚壁筒公式，采用第四强度理论计算，并类比其他工程项目，最终确定浆液扩散半径为隧道开挖轮廓线外不小于3m。注浆孔环向间距不小于50cm。（图2）
　　2.2注浆材料和压力
　　注浆材料选用超细水泥，由于帷幕段基岩裂隙发育强烈，且帷幕浆液扩散半径不小于3m，所以选用W：C为1.0。注浆压力的大小与岩石的完整性程度、注浆孔深度、涌水压力、注浆材料等有关。本项目结合部分注浆试验，最终确定注浆压力不低于2.5Mpa，且随着钻孔的深度加深，注浆压力逐渐增大。
　　2.3注浆孔径和孔口管埋设
　　该工程采用钻孔直径108mm的钻头开孔，终孔孔径采用89mm。注浆孔孔底间距控制在4.0m左右。成孔施工开始关键控制好外插角，也即使钻机成孔方向和设计注浆孔方向一致。开始段遵循“低压、慢速”原则，当钻孔进尺在2.5m左右，停止进尺，退出钻杆，预备埋设孔口管。孔口管安装是否妥当是注浆成败的关键。本处理段由于地处高压富水区，快速安装是关键。孔口管采用￠108无缝钢管，长度2.5~3.0m，使用机械顺钻孔锚入岩体至少2.0m，孔内涂环氧树脂锚固剂，增强管体周围的密闭性。与注浆机连接接口部位采用抱箍连结。（图3）
　　2.4钻孔注浆
　　孔口管安装完毕后，继续就位钻机采用￠89进行钻进，钻孔达到设计深度后开始进行注浆。注浆方式采用前进式，钻一段注一段，每段长度控制在7~10m，直到完成。钻孔注浆的关键部分：①钻孔位置及外插角纠偏控制；②开始注浆浆液由稀到稠，注浆量先大后小；③钻孔和注浆顺序应由外向内，同一圈孔间隔施工；注浆时如遇窜浆或跑浆，采用间隔一孔或几孔注浆方式；周边帷幕注浆方式应根据围岩性质和涌水量大小确定采用前进式或后退式注浆；一个孔段的注浆作业一般应连续进行到结束，不宜中断，应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断，对于因实行间歇注浆、制止串浆冒浆等有意中断，应先将钻孔清理至原深度以后再行复注[1]。
　　3、 处理效果检测
　　3.1注浆完成标准
　　满足注浆结束的条件可以从注浆量、检查孔涌水量、岩芯浆液充填情况等方面入手。注浆总量可按下式计算：Q=πR2Lnαη（式中，Q为单孔注浆量，m3；R为浆液扩散半径m；L为注浆孔长，m；n为地层的裂隙,取2%～4%；α为浆液在岩石裂隙中的充填系数，视岩石情况取0.3～0.9；η为浆液消耗率，取1.1）[2]。结合地层实际开挖情况计算注浆总量，操作过程中按照0.5~0.8m3/m控制注浆量，最大值不超过理论值的1.5倍。现场检查孔涌水量小于0.2L/min为宜。检查孔钻取岩芯，观看外表及内部结构，以浆液充填密实为宜，方可结束本孔注浆工作。
　　3.2检测方法
　　高压富水地段进行帷幕注浆处理，目的有堵水和加固双层作用，所以在处理效果检测时主要针对注浆密实度和涌水量这两方面展开。主要采用钻芯法和物探法两种手段进行综合评价。
　　3.2.1钻芯法
　　检查钻孔采用￠89mm钻具钻进，钻孔深度按照本循环开挖深度控制，钻孔外插角按照设计角度执行，抽检率采用断面注浆孔数量的6%~8%控制。钻进采用清水钻进，钻探过程观测翻出液体颜色，浆液的稠稀变化，并做好变化位置。待钻出岩芯后，查看岩芯采芯率是否大于85%，观察岩芯表面及机械破碎后浆液填充密实性。最后在成孔后放置15min内后的涌水量，若大于0.2L/min则注浆效果没有达到要求。应及时进行补浆，注浆压力保持在2Mpa左右。通过对第一循环的5个检查孔采芯率、涌水量抽查分别为：82%、0.22L/min；90%、0./17L/min；84%、0./17L/min；78%、0./19L/min；86%、0./18L/min，合格率达到80%，处理效果显著，基本能够满足施工技术要求，为后边3个循环的帷幕注浆施工提供了指导。
　　3.2.2.TSP地质预报
　　地震波在设计的震源点用少量炸药激发产生，当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带、岩性变化、溶洞和地下水等)时，部分地震信号反射回来，部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号被高灵敏度的地震传感器接收。数据通过TSPwin软件处理，得到深度偏移图谱，便可了解隧道工作面前方地质体的性质、位置及规模[3]。通过对第1循环（LK42+030—LK42+060段）粉砂岩岩体注浆前和注浆后预报结果进行对比分析。（表1）
　　项目 注浆前 注浆后
　　纵波 正负反射层杂乱，以负反射为主 正负反射层较少，以正反射为主
　　横波 正负反射层多，以负反射为主 正负反射层少，以负反射为主
　　由表1深度偏移图像在注浆前和注浆后反映：帷幕注浆后，砂岩整体性大幅提高，注浆效果显著，破碎带的富水性大幅度降低，与检查钻孔的抽芯结果基本相符。
　　4、 结论
　　（1） 沉积粉砂岩地层的帷幕注浆不仅在富水区堵漏起到了明显作用，而且在岩体加固方面也起到了效果，改善了原有岩体的整体性。
　　（2） 帷幕注浆施工过程若遇到深孔问题注意成孔过程中对钻孔倾斜度的严格控制；出现跑浆、漏浆等现象，采用低压、稠浆、低速、限量、间歇注浆方式。如涌水严重，立即采取水泥-水玻璃双液法进行配合比试验和实施。
　　（3） 帷幕注浆施工技术与地质条件、水文条件、施工设备紧密相关，只有详细分析以上几方面，随着条件的变化不断调整技术参数，注浆施工质量得以控制，处理效果才能满足要求。
　　（4） 本隧道F8富水断层泥质粉砂岩夹泥岩地层，帷幕注浆统计平均一个注浆循环在12天左右，为本区域其他同地质条件隧道帷幕注浆的实施提供可靠依据，处理效果显著，满足设计、施工要求。
　　
　　
　　参考文献：
　　【1】 来弘鹏，谢永利，杨晓华．地表预注浆加固公路隧道浅埋偏压破碎围岩效果分析[J]．岩石力学与工程学报，2008，27（11）；
　　【2】 黄旭升．甬台温客运专线黄毛山隧道帷幕注浆施工技术[J]．混凝土与水泥制品，2010，03（6）:20~22；
　　【3】 许振浩，李术才，张庆松，刘斌，张霄，葛颜慧．TSP超前地质预报地震波反射特性研究[J]．地下空间与工程学报，2008年8月第4卷第4期：641~644；