新吉坪隧道超前帷幕注漿施工技術

常曉義

摘要：超前帷幕注漿施工技術。

關鍵詞：超前帷幕注漿；注漿設計；地質預報；斷層；TSP紅外探水

中圖分類號：U453.61 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0309-02

1 工程概況

新吉坪隧道位于湖南省湘鄉市內，隧道起訖里程為DK94+045～DKl01+724，全長7679m。雙線隧道，線間距5m。隧道最大埋深218m，隧道最小埋深約28m。

新吉坪隧道地質條件復雜，區域地質作用劇烈，碳酸巖分布廣泛，巖溶、構造破碎帶及影響帶等不良地質特別發育。根據地表調繪及物探揭示存在7條斷層破碎帶，并存在多處淺埋地段。

DK100+930-DK100+970位于F3正斷層，斷層特征表現為巖層產狀紊亂，牽引褶皺發育，該區段的正常隧道涌水量Qo=2200m³/d，隧道最大涌水量Qs=5572m³/d。設計V級圍巖，巖性為灰巖，淺灰～灰色，弱風化，受構造影響，巖體較破碎，呈碎塊狀，有突水可能。區段采用Vb（斷層）支護形式。

為了防止突水、突泥（石）及改良地層，確保施工安全，保護地下水資源，對DK100+930-DK100+970共計40m段落采取帷幕注漿堵水措施。

2 帷幕注漿設計方案及參數

2.1 注漿參數

注漿孔直徑110mm，長度3m；孔洞剩余部分直徑均為91mm。單孔擴散半徑3.0m，注漿孔端達到隧道開挖輪廓線外8.0m。

注漿壓力應根據水文地質條件及工藝試驗調整確定，一般比凈水壓力大0.5～1.5MPa。

2.2 注漿技術標準

2.2.1 單孔

注漿壓力逐漸升高至設計終壓，并穩定10min。注漿量不小于設計注漿量的80%。進漿速度為開始進漿速度的1/4。

2.2.2 全段

所有注漿孔均己滿足單孔技術條件。漿液加固范圍大于設計值。

2.3 帷幕注漿后效果檢查

2.3.1 鉆孔檢查法

按總注漿孔的5～10%設置檢查孔，檢查孔應在均布的原則下，結合注漿資料的分析布設；檢查孔應無涌泥、涌砂，不塌孔，滲水量應小于0.2L（min·m）或小于設計涌水量，否則應予補注。

2.3.2 鉆孔取芯法

通過鉆孔取芯觀察地層的注漿效果。

2.3.3 壓水實驗法

對檢查孔進行壓水試驗，當吸水量大于1L（min·m）時，必須進行補充注漿。

2.4 注漿材料

2.4.1 注漿材料

水泥水玻璃雙漿液。

2.4.2 水泥

425號普通硅酸鹽水泥；水玻璃：波美度Be'=40；水泥漿水灰比=0.8～1：1；水泥漿及水玻璃漿液=1：0.8。

3 帷幕注漿施工方案

3.1 超前地質預報

超前地質預報工作的目的及任務就是彌補地質勘探的不足，在掌子面開挖前，采取必要技術手段，探查圍巖發育及地下水賦存狀態，找出難以查探的、隱藏的重大施工安全隱患，提前制定開挖預案并采取可行措施，保證施工生產的安全。施工中采用多種方式對DK100+930～DK100+970進行探測。

3.1.1 TSP超前地質預報

本次預報采用地球物理勘探中的隧道超前預報系統（TSP）。通過對二維結果圖分析，得出表1結論（以掌子面巖石為主要參照物）。

3.1.2 紅外探水及地質雷達

采用HW-304型紅外探水儀進行了超前地質探測。本次探測在掌子面上布設四行六列24個點，分別對左邊墻腳、左邊墻、拱頂、右邊墻、右邊墻腳、底中進行布點，探6條線。

本次預報掌子面里程為DK100+970，探測范圍為DK100+970～DK100+930段。推斷掌子面左側和中部前方含水。

地質雷達對掌子面前方區域進行預測，結果推測該段圍巖節理裂隙極發育，巖體破碎，穩定性低，溶蝕性構造易發育，極易發生突泥突水，對比施工揭露的圍巖及溶洞情況看，進一步驗證了原設計的地質推斷，需要施做帷幕注漿保證隧道施工安全。

3.2 帷幕注漿施工工藝流程

根據圍巖條件采取全孔一次性注漿。全孔一次性注漿方式主要用于圍巖條件較好，裂隙較均勻的地層，施工工藝流程圖如圖2。

3.3 施工工藝及施工方法

3.3.1 止漿墻的施工

超前帷幕注漿每一循環注漿長度30m，開挖25m，保留5m長止漿巖盤。第一循環采用5m厚C20混凝土止漿墻，里程為DK100+970～DK100+965，采用C20素混凝土澆筑，厚度5m。

3.3.2 注漿鉆孔布置

注漿鉆孔的布置，按照設計方案確定，并根據注漿加固范圍、一次注漿加固長度、單個注漿鉆孔設計加固范圍，巖層裂隙發育情況，地下水分部情況等綜合調整，一般超前預注漿注漿孔長短結合并呈傘形放射狀布置。

3.3.3 鉆孔施工

超前帷幕注漿的注漿孔開孔直徑為φ110tuna，并埋設3.0m長φ108nnn孔口管，壁厚5mm的熱軋無縫鋼管，孔口管應埋設牢固。注漿鉆孔孔口位置應準確定位，設計容許偏差為±5cm，偏角應滿足加固范圍要求，每鉆進一段，檢查一段，及時糾偏，孔底位置偏移應小于30cm。

鉆孔選用KY100J型潛孔鉆機。根據設計孔位、鉆孔參數，在工作面上放出鉆孔位置，并用油漆標識。調整鉆桿的仰角和水平角，移動鉆機，將鉆頭對準所標孔位。將棱鏡放在鉆桿的尾端，用全站儀檢查鉆桿的姿態并調整。同時采用羅盤根據計算的方位角與傾角復核鉆桿狀態，確保鉆孔準確。

有水段采用向孔內灌注雙液漿固結孔口管；無水段采用灌入水灰比為0.5：1的早強水泥漿將其固定。待凝48h后，安裝閘閥，開始掃孔。掃孔結束后，采用1.2～1.5倍的設計注漿壓力進行耐壓及抗滲試驗，經試驗確認無泄漏且滿足耐壓要求，才可以繼續鉆進，否則必須進行處理直至達到設計要求為止。

3.3.4 注漿施工工藝

壓水試驗方法采用雙塞正水法，壓力表安裝在孔口管回水管上，試驗壓力取凈水壓力的1.5～2.0倍，試驗時每間隔10min觀測一次流量和壓力，流量和壓力保持相對穩定，流量連續四次讀數，其最大值和最小值之差小于最終值的10%，試驗工作即可結束，以最終流量為計算流量。

注漿前，必須立即進行鉆孔沖洗工作，采用壓力驟升驟減的放水方式，一般出水管的水潔凈后再延續10min，總沖洗時間不低于30min，對個別特殊情況還要增加沖洗時間。

注漿采用JRD500BF高壓注漿機注漿。當注漿孔涌水量小于30L/min，選用純水泥漿或水泥一水玻璃漿液；當注漿孔涌水量在30～200L/min范圍內，選用凝膠時間為4～6min的漿液；當注漿孔涌水量大于200L/min，選用凝膠時間為3～4min的漿液。

注漿順序：先注內圈孔，后注外圈孔，先無水孔后有水孔，同一圈孔間隔施工。

3.4 其他注意事項

對于注漿中斷，應及時采取措施，縮短中斷時間，盡快恢復注漿。如中斷時間較長，應及時沖洗鉆孔，并檢查注漿設備，找出中斷原因，對注漿中斷的孔段掃孔并進行復注彌補，以保證注漿質量。

發生巖層大量漏漿時，縮短注漿段高，降低注漿壓力，限制進漿量或加大漿液濃度等措施，嚴格控制注漿量，既保證注漿質量又不浪費漿液。

4 結束語

通過新吉坪隧道帷幕注漿段落的施工，總結出如下經驗：

（1）超前帷幕注漿對不良地質發育，斷層、巖溶、構造破碎帶等處理效果明顯，結合超前地質預報等技術手段，在隧道掌子面開挖前，實施帷幕注漿，達到整體加固目的，對各種賦存形式的地下水起到封堵作用，防止了突泥突水情況的發生，保證了施工安全。

（2）針對地質構造、破碎及裂隙發育程度不同，水泥漿液配比、注漿次序、注漿壓力、注漿孔的布置將直接影響到注漿效果。在輔以超前水平鉆孔、取芯、壓水試驗、地質雷達掃描等檢測手段后，適當修正施工參數，使得帷幕注漿效果大大提高，減少后續開挖施工難度及投入。

參考文獻

[1]王振卿，何振起，TSP203地質預報系統在巖溶地區的應用[J]，工程地球物理學報，2006（01）

[2]鄒翀，張民慶，李治國，圓梁山隧道高壓富水區充填型溶洞注漿技術[J]，鐵道標準設計，2005（01）