帷幕注漿在山嶺隧道富水軟弱復雜地層的應用

摘 要：通過對得利隧道在富水軟弱復雜地層出現(xiàn)涌水涌泥的原因進行分析發(fā)現(xiàn)，由于隧道掘進過程中遇到軟弱破碎巖體，泥化夾層呈軟塑狀，且地下水豐富，最終造成了掌子面涌水涌泥。針對現(xiàn)場實際情況，制定了全斷面帷幕注漿用法加固塌方區(qū)周邊圍巖的方案。經(jīng)過注漿效果綜合分析法與檢查孔法評定，該加固方案達到了預期效果，有效的加固了軟弱泥化夾層及變質巖包裹體等不良地層，滿足該段隧道安全穩(wěn)定的開挖要求。

關鍵詞：帷幕注漿；富水地層；效果評價

1 工程概況

得利隧道位于陜西省漢中市佛坪縣轄區(qū)，區(qū)域為秦嶺南麓中山區(qū)，平均海拔約1200m，最高海拔為1790m。洞身地表起伏較大，地表自然坡度30°～50°，多為基巖峭壁。山高坡陡，基巖裸露，溝壑縱橫，地形復雜，植被茂密。

得利隧道2號斜井西安方向DK150+137～DK149+965段，地層巖性為華力西期閃長巖，巖體較完整，節(jié)理較發(fā)育，為Ⅱ級圍巖。

2 現(xiàn)場涌水涌泥（石）情況

得利隧道2#斜井西安向施工至DK150+137掌子面時，巖性為華力西期閃長巖，為韌性剪切帶夾泥化夾層，呈條帶狀，巖體受構造影響嚴重，節(jié)理裂隙呈密集發(fā)育帶，局部夾有灰黑色泥化夾層、侵入巖包裹體、石英條帶、巖塊，灰黑色泥化夾層遇水軟化、泥化并染手，巖體穩(wěn)定性差，拱部及邊墻出現(xiàn)涌水，水量約5000m3/d，掌子面拱部出現(xiàn)較大空腔，根據(jù)現(xiàn)場情況及地質雷達探測結果初步判斷，掌子面前方為節(jié)理密集帶，富水，水量無減少跡象，見圖1。

圖1 DK150+137掌子面涌水涌泥

當?shù)美淼?號斜井西安方向施工至DK150+133時，上臺階掌子面中部出現(xiàn)股狀涌水及掉塊現(xiàn)象，侵入巖包裹體呈碎渣狀，遇水泥化、軟化并染手，形成黑水，整體穩(wěn)定性差，水量未減少，掌子面拱部前方大管棚內側出現(xiàn)2.5×10×1.5m（縱向×環(huán)向×高）較大空腔。為了保證施工安全和進度，必須對施工現(xiàn)場出現(xiàn)的問題進行處理。

3 處理方案

3.1 初步方案

根據(jù)地質雷達、TSP、超前水平鉆探結果，綜合各方意見，最終得出了掌子面涌水涌泥的產(chǎn)生原因和處理方案：

得利隧道2號斜井西安方向DK150+137掌子面通過地層巖性為華力西期閃長巖與元古界變質巖接觸帶，華力西期閃長巖在形成過程中，俘虜了周圍元古界變質巖所形成的包裹體。巖體軟弱破碎，泥化夾層呈軟塑狀，地下水豐富，造成掌子面涌水涌泥。

因此，將DK150+137-DK150+112段圍巖級別調整為Ⅵ級，采用全斷面帷幕注漿加固堵水施工，于DK150+140處設置止?jié){墻，厚度3m，采用C30混凝土，仰坡坡率1：0.3。超前帷幕注漿加固循環(huán)段長25m（含止?jié){墻），每循環(huán)預留5m作為下一循環(huán)止?jié){巖盤，開挖20m，注漿加固范圍為開挖輪廓線外5m，擴散半徑2.5m，終孔間距≤4.0m，合計79孔，注漿材料采用普通硅酸鹽水泥單液漿，建議漿液配合比：水灰比=1：1，注漿終壓6～8MPa。后續(xù)段落施工根據(jù)超前地質預報及掌子面揭示圍巖情況再確定。

3.2 方案調整

得利隧道2號斜井西安方向施工至DK150+137時，掌子面地層巖性為華力西期閃長巖與元古界變質巖接觸帶，泥化夾層呈軟塑狀，地下水豐富，造成掌子面涌水涌泥，拱部出現(xiàn)較大空腔，清理止?jié){墻基底時發(fā)現(xiàn)下臺階巖體軟弱破碎，涌泥形成的堆積體成流體狀，在此位置施作止?jié){墻基礎穩(wěn)定性差。因此，對原方案進行了調整，具體如下：（1）將止?jié){墻里程后退9m，調整至DK150+149。（2）全斷面帷幕注漿加固堵水施工段落調整為DK150+149～DK150+124（25m）。（3）DK150+149～DK150+133段落上半部斷面采用洞碴裝袋堆碼回填，形成臨時坡面。

4 帷幕注漿施工

4.1 施工方法及工藝

根據(jù)掌子面實際地質及施工條件，參考相關類似工程成功經(jīng)驗，按照設計技術要求，并通過現(xiàn)場實驗決定采用前進式分段注漿施工工藝，分段距離施工中根據(jù)地質條件及注漿效果進行動態(tài)調整，加固圈5m；如達不到預計效果，注漿范圍根據(jù)實際情況擴大。

全斷面帷幕注漿加固長度為25m，開挖20m，并保留5m作下一循環(huán)的止?jié){盤。注漿加固鉆孔剖面如圖2所示。

4.2 注漿孔設計

根據(jù)設計圖紙，結合得利隧道該注漿段落地層破碎、富水的特點及現(xiàn)場實際情況，同時還結合以往的注漿經(jīng)驗，確定本段注漿循環(huán)單孔擴散半徑2.5m，加固范圍為隧道開挖輪廓線外5m，沿隧道開挖輪廓線布置四圈注漿孔，外圈孔（A序孔24個）終孔距輪廓線外3.92m，內圈孔（B序孔17個）終孔1.73m，掌子面孔（C序孔11個）終孔距輪廓線內1.2m，核心土穩(wěn)定孔（D序孔5個）終孔輪廓線內4.2m；設內外圈補強孔（E序孔22個）終孔距輪廓線外3.4m；C/D序（共16孔）注漿孔終孔后，放入玻璃纖維錨桿加固穩(wěn)定圍巖。注漿開孔設計圖見圖3，終孔設計圖見圖4。

4.3 注漿材料及配合比選用

注漿初期止?jié){墻背后水量較大，預留泄水孔處水量約120m3/h，需要頂水注漿；在初期選擇以硫鋁酸鹽單液漿為主，普通硅酸鹽水泥-水玻璃雙液漿為輔的注漿方式；等出水量減小到一定程度，再采用普通硅酸鹽水泥為主，普通硅酸鹽水泥-水玻璃雙液漿為輔的注漿方式；在洞碴回填及掌子面區(qū)域，主要采用普通水泥單液漿來固結破碎地層，以保證15m后的成孔質量和輔助注漿；施工過程根據(jù)出水量、地質及施工情況進行動態(tài)調整，保證注漿在預加固范圍內的可控性。注漿壓力及擴散半徑：終孔壓力為靜水壓力的2～3倍，注漿終壓6～8MPa，單孔注漿有效擴散半徑為2.5m，共計79孔（見圖5）。

5 治理效果和結論

本循環(huán)最終完成注漿79個孔，累計注漿量為911.65m3。由公式∑Q=Vnα（1+β）可得

α=∑Q/Vn（1+β）=∑Q/S·L·n（1+β）

=911.65/（418×25×10%×1.05）=0.8308

即漿液填充率為83.1%，滿足注漿堵水加固要求。（其中，斷面面積取開挖輪廓線外5m范圍內，L注漿加固縱向長度為25m，地層空隙率n取10%、取值介于裂隙帶和斷層帶之間，漿液損失率β按5%計。）

經(jīng)過注漿效果綜合分析法與檢查孔法評定后，本循環(huán)的注漿加固達到了預期效果（見圖6、7），有效地加固了軟弱泥化夾層及變質巖包裹體等不良地層，滿足該段落安全穩(wěn)定的開挖要求。

參考文獻

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作者簡介：徐鋒（1980-），男，陜西長安人，工程師，主要從事施工技術管理工作。