隧道涌水段帷幕注漿施工處理的探討

曾添樂(lè)

(廣州誠(chéng)信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司)

隧道涌水段帷幕注漿施工處理的探討

曾添樂(lè)

(廣州誠(chéng)信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司)

主要針對(duì)隧道涌水段帷幕注漿的施工處理展開了探討，通過(guò)結(jié)合具體的工程實(shí)例，對(duì)帷幕注漿處理技術(shù)作了詳細(xì)的論述，并對(duì)施工效果及體會(huì)作了說(shuō)明，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

隧道涌水;帷幕注漿;施工技術(shù)

1 工程概況

選取一單線路的雙洞隧道作為研究對(duì)象，該隧道左線有18 095 m長(zhǎng)，埋深最大值和最小值分別為915 m和14 m;右線比左線斷15 m，埋深最大值和最小值分別為920 m和14 m。整個(gè)隧道平坦，只有少數(shù)部位有寬緩背斜，褶曲軸部發(fā)育，形成一個(gè)較為寬張的裂隙，裂隙內(nèi)含有水分，并且水分較多，具有較好地承壓特性，因此能夠補(bǔ)充較多水分，具有較為復(fù)雜的地質(zhì)。整個(gè)隧道一共設(shè)置了三個(gè)輔助性質(zhì)的坑道，第一個(gè)輔道同正洞存在一個(gè)3#左右的斜井，存在于DK580+ 135處，第二個(gè)輔道同正洞存在一個(gè)2#左右的斜井，存在于DK594+650處，第三個(gè)輔道同正洞存在一個(gè)1#左右的斜井，存在于DK587+000處。自隧道開建時(shí)，各個(gè)工區(qū)都有一定程度的涌水，其涌水量之大遠(yuǎn)超預(yù)期。比如2010－6－7開始進(jìn)行斜井施工時(shí)，左側(cè)的拱腳出現(xiàn)0.9萬(wàn)m3/d的涌水。2010－11－24－2011－01－03開始進(jìn)行斜井施工時(shí)，正洞出現(xiàn)3.6萬(wàn)m3/d的涌水四次。2012－09－04開始進(jìn)行斜井施工時(shí)，左線和右線出現(xiàn)5.7萬(wàn)m3/d的涌水，有0.25 MPa的動(dòng)水壓力。

2 處理帷幕注漿使用的技術(shù)

2.1 有關(guān)鉆孔布置的方案

(1)注漿加固的范圍

通常情況下，對(duì)于帷幕注漿進(jìn)行加固的區(qū)域需要根據(jù)涌水的壓力和涌水的量來(lái)確定。當(dāng)帷幕注漿運(yùn)行時(shí)，需要嚴(yán)格保證地下水涌出水的壓力可以被圍巖加固層抵擋，從而確定最終滲水量滿足排放水方面的規(guī)定。對(duì)隧道的地質(zhì)構(gòu)造等相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行分析，使用半徑在2 m左右的循環(huán)單孔進(jìn)行注漿工作，保證5 m以上的隧道開挖加固范圍。布置一個(gè)A序的注漿孔，保證5米的外圈孔距，布置一個(gè)B序的注漿孔，保證0.6 m的外圈孔距。將管棚注漿孔數(shù)量增加，保證2.5 m的外圈孔距。盡量提升整體巖層的強(qiáng)度，合理降低注漿盲區(qū)的數(shù)量，將距離隧道12 m和18 m的位置額外添加一個(gè)斷面進(jìn)行補(bǔ)孔，保證5 m的外圈孔距。

(2)設(shè)置注漿布孔

在施工設(shè)計(jì)方案中，總設(shè)計(jì)了67個(gè)鉆孔，包括44個(gè)用于注漿，20個(gè)用于管棚，3個(gè)用于檢查。對(duì)D序孔進(jìn)行施工的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)其串漿程度較高，出水量較多，需要對(duì)D序孔額外添加8個(gè)鉆孔，因此，最終施工設(shè)計(jì)方案中，總設(shè)計(jì)了75個(gè)鉆孔，包括52個(gè)用于注漿，20個(gè)用于管棚，3個(gè)用于檢查。

2.2 注漿相關(guān)信息

一般來(lái)講，我們使用的注漿材料大多是能夠凝固補(bǔ)充相關(guān)地質(zhì)，如圍巖破裂和孔隙等，因此對(duì)于注漿材料的選取標(biāo)準(zhǔn)多考慮漿液的持久程度以及對(duì)離散情況的控制程度兩方面。為了隧道堵水更加堅(jiān)固，需要使用穩(wěn)定性較大的硫鋁酸鹽聯(lián)合普通水泥－水玻璃進(jìn)行加固。施工時(shí)，還需要合理考慮涌水量及地址情況，綜合參考，再考慮當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件，進(jìn)行漿液的選取。一般情況下，對(duì)于15 m以內(nèi)的注漿孔而言，可以使用凝結(jié)時(shí)間短且能夠進(jìn)行控制的水泥－水玻璃的漿液，從而緩解漿液的大量流失，保證其使用半徑擴(kuò)散面積以及堵水作用的效果。對(duì)于10 m以內(nèi)的注漿孔而言，可以使用擴(kuò)散充分的硫鋁酸鹽水泥的漿液，從而確保漿液能夠及時(shí)有效的填充到底層中。注漿液規(guī)格有(1)42.5R的硫鋁酸鹽水泥，其特點(diǎn)為早強(qiáng)快硬。(2)42.5R的硅酸鹽水泥，其特點(diǎn)較為普通，具體參數(shù)包括濃度為38°Be'的水玻璃，以及2.4～2.8的模數(shù)。在進(jìn)行具體的施工時(shí)，依據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件以及水質(zhì)等情況合理進(jìn)行調(diào)整。

依據(jù)注漿量通用計(jì)算公式(見(jiàn)公式1)，能夠?qū)ψ{量Q的每循環(huán)量進(jìn)行估算:

式中:V為加固體的體積，n為地層的孔隙程度，本次工程n等于0.2，α為當(dāng)?shù)氐貙舆M(jìn)行填充的系數(shù)，多數(shù)情況下為0.9，β為工程漿液的損失情況，多數(shù)情況下為1.5。

2.3 注漿工藝參數(shù)的相關(guān)控制

目前使用的注漿工藝大體上為前進(jìn)式的分段注漿，對(duì)于工藝上的要求包含以下幾點(diǎn)。(1)當(dāng)確定現(xiàn)場(chǎng)的注漿孔位置和角度以后，使用規(guī)格為125 mm的鉆頭開一個(gè)2 m打的注漿孔，并安置一個(gè)孔口管，管位需要嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，允許誤差在5 cm范圍內(nèi)，角度必須符合要求。鉆孔隨時(shí)進(jìn)行檢查，確保其準(zhǔn)確性，最終控制偏差在30 cm范圍內(nèi)。(2)使用規(guī)格為Φ108 mm、δ=3 mm的鋼管進(jìn)行加工，保證管外能夠有50～80 cm長(zhǎng)的紡錘形麻絲進(jìn)行纏繞，固定在孔口管上，為保證牢固不漏漿，可以使用水泥和錨固劑。(3)注漿順序?yàn)橛杀砑袄?，一圈的注漿孔需要分為兩道工序進(jìn)行施工，第一道工序是使用定量，第二道工序是使用定壓。(4)當(dāng)鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)涌水，或者有破碎的巖層阻礙鉆孔工作的進(jìn)行，需要對(duì)其進(jìn)行情況，保證鉆孔工作能夠持續(xù)進(jìn)行，對(duì)孔內(nèi)有關(guān) 倒塌、堵鉆狀況進(jìn)行徹底記錄，保證水量適宜。(5)對(duì)鉆孔注漿時(shí)相關(guān)的分段法則:主要依據(jù)水量進(jìn)行分段，如10 m長(zhǎng)度水量在0～10 m3/h，5 m長(zhǎng)度水量在10～30 m3/h，超過(guò)30 m3/h水量時(shí)，不宜鉆孔，將原孔加固后，再進(jìn)行相關(guān)的鉆孔工作至預(yù)設(shè)深度為止。

2.4 施工步驟

施工時(shí)，需要將頂水注漿，同時(shí)段進(jìn)行發(fā)散－約束型注漿，注漿順序?yàn)閮?nèi)外，上下，隔孔，具體有八個(gè)步驟。將掌子面的漏水處使用注漿孔進(jìn)行封堵;注漿孔施作A;注漿孔施作B;注漿孔A二;注漿孔B二;2－2斷面補(bǔ)孔施作C;3－3斷面補(bǔ)孔施作C;J1施作補(bǔ)孔D13～D20檢查孔，J2施作管棚孔，J3施作跳孔。注漿時(shí)，當(dāng)串漿較為嚴(yán)重的時(shí)候，也可以使用隔斷注漿法，預(yù)設(shè)孔口管，避免待工。

2.5 注漿結(jié)束

(1)單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)單孔定壓的注漿方式，滿足以下三條的任意一條，就可以結(jié)束注漿:①當(dāng)注漿的壓力為6 MPa時(shí)，提升終末設(shè)計(jì)壓力，并能夠有效持續(xù)十分鐘以上。②完整進(jìn)行基巖的注漿，或者注漿多次后，孔口的壓力在7.0 MPa以上。③珠江范圍被現(xiàn)實(shí)的冒漿點(diǎn)超出5 m以上。當(dāng)遵循上訴標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，有以下注意事項(xiàng):②注漿孔的壓力應(yīng)當(dāng)保持在6 MPa上下，能夠維持半小時(shí)為宜，這一條件為目前判定終止注漿的常用標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)⒆{的壓力及流量進(jìn)行定期的記錄。②當(dāng)滿足上述結(jié)束條件三時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)注漿孔壓力以及相關(guān)裂隙發(fā)育的綜合情況進(jìn)行判定，而非硬性的滿足超過(guò)米數(shù)就停止注漿。

(2)全段標(biāo)準(zhǔn)

全段結(jié)束注漿的標(biāo)準(zhǔn)包括兩點(diǎn):①單孔注漿全部結(jié)束，并未發(fā)現(xiàn)漏注情況。②根據(jù)注漿量的情況，將薄弱孔的注漿效果進(jìn)行檢查，保證注漿效果能夠達(dá)到要求。

2.6 評(píng)定注漿效果

對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)定，主要根據(jù)以下幾個(gè)方面:(1)對(duì)施工過(guò)程中的注漿過(guò)程進(jìn)行衡量，特別是觀察其數(shù)量、壓力、量等是否能夠滿足預(yù)設(shè)值。(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)鉆孔地質(zhì)進(jìn)行觀察，注意結(jié)束注漿時(shí)，的曲線和堵水率等，保證等級(jí)區(qū)域分析結(jié)果滿足要求，保證注漿地層的漿液可以達(dá)到預(yù)設(shè)值。(3)綜合各注漿孔內(nèi)的注漿量，對(duì)地質(zhì)較為薄弱的注漿孔進(jìn)行檢查，保證總注漿孔10%左右都被注漿，并對(duì)孔內(nèi)注漿后的效果進(jìn)行檢查，是否出現(xiàn)出水、成孔和坍塌，使用玻璃纖維材質(zhì)的錨桿對(duì)孔底進(jìn)行深入的檢查。

使用以上方法可以有效檢查填孔和滲水相關(guān)情況，當(dāng)滲水量低于0.2 L/(m·min)時(shí)，以及漿液的填充不能夠符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)鉆孔進(jìn)行再次注漿，從而保證其注漿的效果。

3 施工效果體會(huì)

使用帷幕注漿的辦法可以對(duì)裂隙進(jìn)行合理的鞏固，對(duì)水通道存在的裂隙進(jìn)行準(zhǔn)確的阻斷，并保證裂隙水可以被阻擋在洞身的外面。根據(jù)此次工程的相關(guān)用水情況，不難看出左線注漿前的最大涌水量為2.46萬(wàn)m3/d，水量減至1.6萬(wàn)m3/d時(shí)，情況基本穩(wěn)定。右線注漿前的最大涌水量為3.1萬(wàn)m3/d，注漿后的最大涌水量為1.0萬(wàn)m3/d，前后差距有2.1萬(wàn)m3/d。因此可以總結(jié)出注漿后的最大涌水量變低，對(duì)應(yīng)的，掌子面較為濕潤(rùn)，在裂隙內(nèi)能夠看到漿液只有少部分水被滲出，因此此次注漿效果總體水平較為理想，能夠?qū)⒍磧?nèi)的抽排水壓力減少，以及對(duì)水溝排水設(shè)計(jì)相關(guān)的壓力降低，從而對(duì)施工情況進(jìn)行有效保證。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，使用帷幕灌漿的辦法，優(yōu)點(diǎn)在于不需要較大的施工場(chǎng)地，具有簡(jiǎn)便的施工辦法，能夠在低于地下水位的地方進(jìn)行注漿等。因此帷幕灌漿被廣泛應(yīng)用在隧道涌水段進(jìn)行相關(guān)施工時(shí)。為保證隧道施工的質(zhì)量，特別是涌水段的施工情況，需要我們進(jìn)行不斷研究，從而將帷幕灌漿技術(shù)進(jìn)行充分的掌握，保證整體隧道施工的基礎(chǔ)。

［1］ 任文祥.帷幕注漿處理隧道內(nèi)涌水施工技術(shù)［J］.國(guó)防交通工程與技術(shù)，2007，(4).

［2］ 齊東亮.帷幕注漿止?jié){巖盤施工技術(shù)［J］.山西建筑，2009，(18).

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