齊岳山隧道帷幕注漿施工的應(yīng)用

武圓月

(北京市城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101)

1 工程概況及地質(zhì)特點(diǎn)

齊岳山隧道全長10 528 m，最大埋深670 m，是宜萬線五座風(fēng)險(xiǎn)隧道之一。隧道穿越的地質(zhì)構(gòu)造為齊岳山背斜及箭竹溪向斜，為全線重點(diǎn)和控制性工程。根據(jù)超前地質(zhì)探孔資料反映，圍巖主要以砂巖夾煤層線發(fā)育，在煤層附近圍巖十分破碎，鉆孔中有塌孔現(xiàn)象，且在涌水中夾雜4 cm大小的碎石涌出。地形變化極大，圍巖嚴(yán)重風(fēng)化，巖層破碎，裂隙極為發(fā)育，在該段隧道施工過程中，支護(hù)采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)為鋼拱架混凝土。根據(jù)超前探孔確定前方有多處含水帶，仍然有發(fā)生較大涌水的可能。

為了解決施工中遇到的困難，經(jīng)上級(jí)單位和領(lǐng)導(dǎo)專家討論決定，擬采用帷幕堵水注漿的方法，解決施工中遇到的突水問題，根據(jù)總指現(xiàn)場(chǎng)會(huì)商紀(jì)要，確定本段DK365+858～DK365+831帷幕注漿段為總長27 m。

2 注漿方案及主要技術(shù)參數(shù)

2．1 周邊帷幕注漿的加固范圍

漿液的加固范圍是帷幕注漿最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，它直接決定著注漿工藝的選擇及其相對(duì)應(yīng)的其他注漿參數(shù)的確定。依據(jù)鐵四院下發(fā)的宜萬線注漿方案總體設(shè)計(jì)原則和該段的實(shí)際工程地質(zhì)情況，齊岳山隧道正洞帷幕注漿的加固范圍為超過隧道開挖輪廓線外3 m。

2．2 周邊帷幕注漿鉆孔的布置方法

超前周邊帷幕注漿的鉆孔施作，使用四臺(tái)能夠傾斜和偏移角度的XY-2PCG水平工程地質(zhì)鉆機(jī)。依據(jù)設(shè)計(jì)院下發(fā)的相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙及根據(jù)正洞開挖斷面圖，超前周邊帷幕注漿的鉆孔采用沿隧道開挖輪廓線布孔，本循環(huán)帷幕注漿鉆孔共布置兩圈，鉆孔角度呈發(fā)射狀分布。

具體的孔位布置見圖1。

2．3 周邊帷幕注漿鉆孔的施作工序

鉆孔工序圖見圖2。

2．4 注漿材料的選擇

考慮到超前堵水帷幕注漿的要求，施工前根據(jù)預(yù)測(cè)涌水點(diǎn)的水壓力、流量、流速和預(yù)計(jì)儲(chǔ)水量進(jìn)行注漿材料選擇，總的要求是:固結(jié)孔口管和封孔注漿時(shí)選用普通水泥—水玻璃雙液漿;注漿孔涌水量較小，裂隙細(xì)微時(shí)，選用TGRM水泥基特種灌漿材料，該材料以特制的高性能水泥配以適當(dāng)?shù)耐饧觿餐旌隙桑哂性鐝?qiáng)、高性能水硬性膠凝材料，它擴(kuò)散性強(qiáng)，可注入0．2 mm以下裂隙;當(dāng)注漿孔涌水量較大，裂隙寬度大于0．2 mm時(shí)，選用膠凝時(shí)間為4 min～6 min的普通水泥漿單液漿;當(dāng)處理斷層破碎帶，地下水流速很大時(shí)，則宜先注入惰性材料，如中、粗砂或巖粉等，以充填過水通道，增加漿液流動(dòng)阻力，減少跑漿，然后注入水泥漿堵水。

圖1 注漿孔位布置圖（單位：cm）

圖2 帷幕注漿鉆孔工序示意圖

對(duì)于涌水量很大且具有較大儲(chǔ)水空間的巖溶裂隙型管道的大股突水，堵水措施是將動(dòng)水變?yōu)橄鄬?duì)靜水時(shí)再進(jìn)行注漿，即設(shè)置堵截墻，使用快速膠凝的漿液堵水，還可以采用分流減壓、減流速的辦法，再調(diào)整膠凝時(shí)間，對(duì)出水點(diǎn)進(jìn)行封堵。在大孔隙、耗漿量大及注漿易失控的情況下使用水泥、粉煤灰、早強(qiáng)劑拌制的漿液注漿。

2．5 注漿量的計(jì)算

漿液的擴(kuò)散半徑與巖層裂隙很難確定，根據(jù)宜萬線宗旨下發(fā)《巖溶隧道注漿施工管理細(xì)則》中有關(guān)注漿量的確定方法單孔注漿量為:

一序 Q1= πR2hnα·(1+β)。

二序Q2=80%Q1。

其中，Q為注漿量，m3;R為漿液擴(kuò)散半徑，m;h為注漿段長，m;n為地層裂隙度，空隙率，%;α為漿液充填系數(shù)，取0．7～0．9;β為漿液損耗系數(shù)。

設(shè)計(jì)中，nα·(1+β)統(tǒng)稱為充填率，充填率按表1選用。

表1 充填率選用表 %

2．6 注漿參數(shù)選定

2．6．1 注漿材料的配比

漿液材料的水灰比和配合比的相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 漿液配比參數(shù)表

2．6．2 注漿壓力

注漿壓力對(duì)漿液的擴(kuò)散、裂隙填充起著決定性作用，只有足夠的壓力，才能克服靜水壓力和地層阻力將漿液注入巖層中，以達(dá)到注漿固結(jié)圈的厚度，所以，注漿壓力是漿液在裂隙中流動(dòng)、擴(kuò)散、充填、壓實(shí)的動(dòng)力。注漿壓力與巖層裂隙發(fā)育程度、涌水壓力、漿液材料的粘度和膠凝時(shí)間長短等有關(guān)，目前均按經(jīng)驗(yàn)采用。由于該注漿段主要是超前周邊帷幕預(yù)注漿，且實(shí)測(cè)水壓0．7 MPa，每個(gè)注漿孔之間的巖性有所差別，所以注漿終壓選取1．0 MPa～3．5 MPa。

2．6．3 注漿順序

按照對(duì)稱開孔，先外后內(nèi)，先下后上，間隔跳孔的原則進(jìn)行，以提高注漿效果和密實(shí)度。

2．6．4 注漿方式

為了保證注漿施工的質(zhì)量和效果，注漿方式全部采用前進(jìn)式分段注漿和后退式分段注漿相結(jié)合的注漿方式進(jìn)行鉆孔注漿施工。前進(jìn)式注漿時(shí)，分段長度為3 m～5 m。

2．6．5 注漿的工藝流程

注漿的工藝流程圖見圖3。

2．6．6 鉆孔注漿機(jī)械設(shè)備配套

根據(jù)超前周邊帷幕鉆孔注漿施工的要求，具體需要的機(jī)械設(shè)備如表3所示。

圖3 注漿工藝流程圖

表3 機(jī)械設(shè)備一覽表

3 注漿效果檢查與補(bǔ)孔注漿

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔所揭示的地質(zhì)狀況，注漿段的注漿孔全部注完后，還要進(jìn)行注漿效果檢查和評(píng)定。可采取分析法即結(jié)合注漿過程中P—Q—t曲線分析及反算注漿后地層的漿液填充率判斷注漿效果，不合格者應(yīng)補(bǔ)鉆孔注漿。對(duì)注漿過程中的各種記錄資料綜合分析，注漿壓力和注漿量變化是否合理，是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求;注漿效果檢查主要用鉆檢查孔法。根據(jù)檢查孔涌水量、取芯率和強(qiáng)度來決定是否需補(bǔ)充注漿。如果檢查孔每延米涌水量大于0．15 L/min或局部孔涌水量大于3 L/min時(shí)，需進(jìn)行補(bǔ)充孔注漿，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

4 結(jié)語

帷幕注漿是可以達(dá)到堵水并加固地層的效果，從總體思路上講，進(jìn)行帷幕注漿必須建立良好的止?jié){體系，做好止?jié){墻，先低壓加固好后方巖盤，為盡早實(shí)現(xiàn)封閉注漿奠定基礎(chǔ)，這是提高注漿工效的關(guān)鍵，采用分段前進(jìn)式注漿是保證注漿效果的必要因素。其次是根據(jù)地層的裂隙寬度、填充膠結(jié)物的特性、水壓和裂隙的連通性確定注漿漿液的類型及配比，以便獲得良好的注漿效果。完全達(dá)到了帷幕注漿的目的，為今后隧道安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

［1］程建鋁，宋戰(zhàn)平．喀斯特地區(qū)鐵路隧道工程地質(zhì)災(zāi)害研究初探——以宜(昌)萬(州)鐵路金子山巖溶隧道為例［J］．水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2006(3):7-10．

［2］王夢(mèng)恕．對(duì)巖溶地區(qū)隧道施工水文地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的意見［J］．鐵道勘察，2004(1):11-14．