富水巖溶隧道注漿堵水技術探討

摘要：本文主要針對富水巖溶隧道注漿堵水的技術展開了探討，通過結合具體的工程實例，對注漿材料的選擇作了詳細的說明，并為注漿施工作了系統的闡述和給出了一些相關的措施，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：隧道工程；富水巖溶；注漿堵水

引言

在富水巖溶地區進行隧道施工，具有著極大的難度和挑戰性，但是隨著建設技術的發展，特別是注漿堵水技術的應用，使得我國在富水巖溶地區修建隧道越來越普遍。然而在實際施工中，注漿堵水的施工技術還未完全應用成熟，還需要相關的工作者不斷探索，以尋求更佳的富水巖溶隧道建設的施工技術。

1 工程概況

1.1 地質特征

隧道左右線采用分離式雙洞單向3車道，中線間距為20m，為大斷面小凈距隧道。

1.2 涌水情況

隧道右洞開挖掘進至K5+381時，開始出現涌水，涌水縱斷面如圖1所示，在掌子面前方鉆孔進行超前地質預報，隨著鉆孔加深涌水量越來越大，至15m時由于水量太大，無法繼續施作鉆孔，隧道掌子面全斷面水流量約為920m3/h，單孔動水壓力0.03～0.061MPa，水溫37℃，涌水壓力較小，水溫較高。經過6d洞內、外水量監測，洞內水流量沒有明顯減小趨勢，洞外泉眼、水庫、居民飲水點、水塘等主要水文監控點水位沒有明顯下降，水溫保持在37℃。利用地質雷達對掌子面進行探測，探測結果表明前方圍巖為巖溶角礫巖，較破碎，裂隙發育，整體性較差，圍巖含水豐富。通過水文地質分析和現場涌水揭露，認為涌水主要來源于巖溶角礫巖及與其存在聯通關系的灰巖巖溶管道，且屬深部巖溶管道涌水。

圖1 涌水段縱斷面

2 注漿材料選擇

注漿材料的選取應根據堵水要求、加固要求，是否作為永久性支護結構，以及注漿材料漿液的可注性、可控性、環保性、經濟性等方面綜合考慮進行選擇。

2.1 注漿材料及配合比的確定

根據隧道的水文地質條件，選擇普通硅酸鹽水泥及38～42°Be、模數3.1～3.4的水玻璃作為主要注漿材料。水泥漿和水玻璃漿的濃度應根據巖石裂隙發育程度、鉆孔單位吸水量的大小確定。

準確掌握漿液的初凝時間是注漿中的一個重要環節，影響漿液初凝時間的因素有：水泥漿和水玻璃體積比、水泥漿和水玻璃漿的濃度、外加劑、溫度、地下水等。為了準確地掌握漿液的初凝時間，隧道項目部試驗處在施工前進行了科學的配合比試驗，試驗結果如表1所示。根據隧道的實際情況，采用第4組中第3次試驗的數據確定了施工配合比。

施工配合比：水∶水泥=0.8∶1；水泥漿∶水玻璃=1∶0.4（體積比）；磷酸氫二鈉（緩凝劑）=3%水泥質量。雙漿液試件7d抗壓強度平均值為20MPa。漿液配制的過程中先加水，然后加磷酸氫二鈉，最后加水泥。注漿時用雙液注漿泵按確定的比例將水泥漿、水玻璃漿同時注入，雙液注漿泵上安裝有2種漿液的調速閥，按照漿液配合比試驗確定的漿液體積比調節流速。

2.2 注漿設備和系統

2.2.1注漿主要設備

（1）注漿泵

選用耿興80和120兩種型號注漿泵。

（2）鉆機

選用全液壓意大利多功能鉆機C4，最大鉆進深度為80m。

（3）管路

高壓膠管數條，可承受5～8MPa的壓力。

（4）攪拌機

配備兩臺容積為1.0m3的泥漿攪拌機，以確保連續供漿。

具體注漿設備如表2所示。

表1 雙液配合比試驗

表2 注漿設備

2.2.2 注漿系統

采用雙液注漿系統，其優點是操作方便，便于施工，水泥-水玻璃在此混合后注入巖層可隨時調整，2種漿液在孔口混合后立即注入巖層裂隙，不易出現堵塞管路的現象。

3 注漿施工

3.1 注漿參數選擇

（1）漿液凝膠時間

漿液凝膠時間應根據進水量和泵的壓力變化確定。當進水量很大，泵的壓力上升緩慢，凝膠時間可取1～2min；當進水量適中，泵的壓力上升平穩，凝膠時間可取3～4min；當進水量很小，泵的壓力上升較快，凝膠時間可取5～6min。

（2）進漿量

當雙液進漿量>300L/min，泵的壓力上升緩慢，則為大進漿量；當進漿量為100～300L/min，泵的壓力上升平穩，則為正常進漿量；當進漿量<100L/min時，且泵的壓力升高較快，則為小進漿量。

（3）注漿壓力

一般情況下，注漿壓力主要與滲透地下水壓力、巖層裂隙大小和粗糙程度、漿液的性質和濃度、要求的擴散半徑等有關，根據經驗，終壓取2～3MPa。

（4）注漿量的確定

為獲得良好的注漿效果，必須注入足夠的漿量，確保一定的有效擴散范圍。漿液壓入量Q可根據擴散半徑及巖層裂隙率進行粗略估算。填充率取10%，則按下列公式計算注漿孔每米的最大理論注漿量為2.713m3。

Q=πr2Hnα（1+β）

式中：Q為注漿量（m3）；r為漿液擴散半徑（m），此處取3m；H為注漿段長度（m），此處取30m；n為地層孔隙率，根據地層決定，按5%～20%計算；α為有效注漿系數（取0.7～0.9），此處取0.8；β為漿液損失率（取0.1～0.4），此處取0.2。

（5）注漿結束標準

注漿結束標準有2個：最終吸漿率和是預定設計壓力（終壓）持續時間。從理論上說，最終吸漿率是越小越好，最好是壓至完全不吸漿，但實際施工難以做到。本次注漿執行的結束標準為：①注漿壓力達到設計終壓；②雙液注漿吸漿率為18～35L/min，穩定約20min后即可結束注漿。注漿結束后壓入一定量的清水，使漿液沖出管路，最后提拔、拆卸注漿器，沖洗保養注漿機具。

3.2 注漿操作技術

（1）配漿

注漿中，一般由稀到濃使用漿液，按照大、中、小進漿量及時調整漿液凝膠時間、濃度和混合漿的體積比。

（2）注漿

雙液注漿時應先開水泥漿泵，后開水玻璃漿泵。注漿中要嚴格控制進漿比例。隨著注漿壓力緩慢升高，進漿量應相應減小。

（3）注漿段長度的確定

根據隧道水文地質條件和現有注漿設備，為取得理想的注漿效果，取每1次注漿段的長度為30m，注漿后開挖長度為23～25m，余下的5～7m不開挖，作為下次注漿的止漿巖盤。

（4）止漿墻

結合注漿的實際情況和止漿墻的施工工期，采用現澆混凝土C30的方式修筑止漿墻。止漿墻分上、中、下3個臺階進行施工，上臺階厚1m，中臺階厚1.5m，下臺階厚2m，其中上臺階高度2.4m，中、下臺階高度均為2m。注漿墻下部嵌入下臺階0.5m，拱部和邊墻嵌入圍巖0.3m。止漿墻周邊施作22砂漿錨桿，長3.5m，環向間距1m，錨入圍巖內長2m，嵌入止漿墻內1.5m，如圖2a所示。在墻體與圍巖接觸的地方，施作與隧道軸線呈45°、長度4m的小導管，并在接觸處噴射25cm厚C25混凝土，防止注漿過程中出現漏漿，如圖2b所示。

圖2 止漿墻布置圖（單位：cm）

（5）注漿孔的布置

合理布置注漿孔是提高堵水效果與保證施工安全的主要因素。鉆孔的布置需根據探水注漿段的長度、巖層裂隙發育情況、含水層分布情況、隧道斷面大小以及鉆孔作業是否方便而定。由于巖層裂隙發育不均勻，鉆孔布置應以含水層為主，同時要考慮開挖斷面均勻布孔。為使鉆孔穿越較多裂隙，鉆孔宜長短結合并呈傘形輻射狀布置，鉆孔布置拱部和邊墻為4圈，仰拱為5圈，內外圈按梅花形排列，并采用長短孔結合，以達到注漿充分，不留死角的目的。漿液擴散半徑3m，孔底間距≤4.5m，拱部及邊墻注漿加固厚度為5m，仰拱注漿加固厚度為3m。

根據隧道實際情況，在隧道全斷面注漿設計理念上，對隧道超前帷幕注漿技術進行改進，把原設計全斷面布孔改進為：拱部及邊墻的4圈孔和仰拱上面3圈孔進行上半斷面布孔，仰拱最下面一排孔和增加的一排孔在上、下臺階交界面上布孔，具體布孔位置如圖3所示。

圖3 注漿孔布置（單位：cm）

3.3 注漿流程

注漿具體流程如圖4所示。

圖4 注漿施工工藝流程

3.4 注漿堵水效果檢查

注漿堵水工程結束1周后，取一注漿循環段布置6個檢查孔來檢測注漿效果，孔深控制在6m左右，同時對右洞K5+374—K5+389段涌水量進行檢測，仰拱涌水量2.592m3/d，初支拱頂水流量為137.67m3/d。檢查孔的出水量如表3所示。

表3 注漿后出水孔的涌水量

從檢測結果來看，檢查孔單孔涌水量<0.2L/min，注漿后K5+374—K5+389段仰拱涌水量<1m3/（d·m）堵水達到了工程預期效果，可以進行下部工序施工。新型注漿工藝實施以后，洞壁形成了一層穩固的注漿圈，圍巖和工作面趨于穩定，襯砌外水壓力顯著降低，達到了隧道限量排水控制標準，有效降低襯砌外水壓力。

4 結語

綜上所述，注漿堵水技術的合理應用，對富水巖溶地區的隧道建設會有著極大的幫助。因此，我們需要根據施工的現場環境，科學確定施工配合比和準確選取注漿的參數，以促進注漿施工順利完成，從而確保整個隧道工程的施工質量。

參考文獻：

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