重慶軌道交通中梁山隧道涌水段注漿堵水施工技術

摘要：隨著我國公路、鐵路建設的飛速發展，長大隧道修建數量不斷增加，隧道突涌水地質災害頻繁發生，特別是在巖溶地區修建的隧道更為突出，突涌水地質災害已成為影響隧道施工及安全的主要因素。因此在長大隧道的修建過程中如何有效的預防涌水、突泥、坍方、變形等地質災害一直是施工的難點和風險，成為制約工程順利推進和工程風險控制的關鍵因素。

關鍵詞：隧道;突涌水;注漿;質量

1 工程概況

重慶軌道交通六號線2期中梁山隧道位于重慶市北碚區三溪口村瓦房子社，為單洞雙線輕軌專用隧道，其里程樁號為YDK47+853～YDK52+175全長4322m，隧道平面線形為直線，設計縱坡呈“人”字坡，進口坡度3‰，出洞口端坡度為20‰。隧道跨度大，最大開挖寬度12m，隧道最大開挖高度10.9m，除洞口段均為深埋隧道。中梁山隧道地質條件復雜，施工中遇到高壓地下水、腐蝕性地下水、瓦斯、煤層、溶洞、暗河、石膏巖、煤層采空區、斷層、觀音峽背斜等，最大埋深約410m。

2012年10月24日中梁山2號隧道進口YDK48+917.3處打設鎖腳錨桿并清理淤泥時開始出現涌水，此次掌子面涌水最大出水量約31000m3/天，其中單孔最大出水量約12000m3/天。

2 工程地質及水文地質特征

根據地勘資料并結合物探和地質鉆機探孔，本段溶洞具有以下特征：

（1）高壓富水且含沙。施工工程中鉆孔注漿最大單孔涌水12000m3/天。水壓達到4.5MPa.

（2）規模宏大。根據物探結合鉆探，探出隧道下方存在暗河寬12米。發育在圍巖交換處。

（3）巖溶水主要受大氣降雨補給，雨季隧道涌水量會突然增大水壓高破壞力強。

3注漿施工重難點分析

3.1 注漿施工重點

（1）涌水、突泥、坍方、變形等地質災害一直是施工的難點和風險，成為制約工程順利推進和工程風險控制的關鍵因素。也是我項目控制重點。

（2）摸清隧道涌水段地質情況，為隧道帷幕注漿制定方案提供可靠依據。

（3）根據設計要求，對巖體完整、其結構性能可保證開挖安全，但掌子面大面積淌水且掌子面總水量lt;10m3/h，實施開挖后全斷面徑向注漿，注漿加固圈固結范圍為開挖輪廓線外5m。保證掌子面安全施工。

3.2 注漿施工難點

（1）結合本工程設計理念已堵為主，注漿堵水要求高，隧道區域范圍內有居民住房，度假村，大型水庫，隧道內涌水對地表影響較大，易引起地表塌陷、房屋開裂、水庫干涸等。

（2）隧道地質復雜，巖性變化大，隧道埋深大，出水量大，水壓高，鉆孔成孔條件差，注漿難度大。

（3）隧道掌子面注漿堵水，后方滲漏水嚴重。

（4）選用多種注漿材料根據注漿過程中出現問題混合使用，從而達到注漿效果。

圖1" 鉆孔涌水情況

圖2" 鉆孔探出填充物情況

4注漿施工總體方案

考慮到掌子面后方有較大含水體，并存在一軟弱夾層，掌子面前方進行全斷面注漿對涌水封堵后，可能存在水壓增大而導致水體與后方含水體貫通，對后方初支造成危害，故對掌子面后方25m范圍初支進行徑向注漿加固。

4.1鉆孔注漿工藝

（1）全斷面超前帷幕注漿采用多功能地質鉆機HTYM808鉆機鉆孔，開孔直徑Φ130mm，終孔Φ90mm左右;

（2）采用Φ130mm開孔鉆至2.8-3.0m后，安設并固結、錨固孔口管。孔口管采用Φ120mm，δ=5mm，L=3m熱扎無縫鋼管，前端焊接法蘭盤。為防止鉆進過程中突發涌水，鉆進前應在孔口管上安設好后安設高壓防水球閥;

（3）超前預注漿采用前進式分段注漿工藝，分段長度為1～5m，實際分段步長可根據地質情況進行適當調整;

（4）注漿順序采取間隔跳孔的方式，按兩序施做，實施約束型注漿模式，達到注漿堵水、加固的目的。

4.2注漿結束標準

在注漿過程中，當注到一定時間、一定量時，若壓力達到設計終壓時結束注漿。或注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當注漿壓力達到設計壓力并穩定10min后，即可結束該孔注漿。當注漿量達到設計注漿量的2倍以上時，壓力仍然不上升，可采取雙液注漿等措施結束該孔注漿。

所有注漿孔均達到注漿結束標準，無漏水現象，則可結束注漿。

4.2" 注漿施工情況

本循環全斷面注漿開孔154個，φ110鉆孔462米，φ90鉆孔 6868米（含重復鉆孔），注普通水泥漿712m3，注水泥+水玻璃雙液漿475m3，注硫鋁酸鹽水泥漿1721m3。檢查孔14個。

本循環注漿分為上下兩部分，下半部開孔注漿100個孔，檢查孔9個;下半部合格達到注漿預期效果后，施做上半部，54個注漿孔，檢查孔5個。

圖3" 出水量及注漿量較大孔位圖（紅色標注）

從鉆孔情況來看，在25米范圍內地層軟硬不均，沖洗液的顏色多為黃、淡黃色，其間多次出現軟弱夾層，其中前20米存在明顯的巖溶發育，水量大，水較多，實測壓力達1.35Mpa，注漿過程中采用前進尺注漿方式，分段鉆進;前期施工中水壓、水量大，巖體較為破碎，常出現卡鉆現象。

由于其地質的不均及巖溶發育的不規律，出水點不同，對整個掌子面，出水主要集中在左部偏下的位置，同時在注漿過程中，水量大的孔相對吸漿量也大，注漿量相對較大的孔分布

在注漿的過程中，由于前期出水大，掌子面止漿墻有開裂現象，使用普通水泥雙液漿對止漿墻進行封堵。在注漿的過程中，根據地層的情況，出水情況等實時調整漿液的種類，漿材以硫鋁酸鹽水泥為主，水泥漿、水泥–水玻璃漿為輔的方式進行。

5 注漿效果檢查

注漿結束后，采用施做檢查孔及理論計算的方式對注漿效果進行檢查，具體情況如下描述。

5.1 檢查孔法

注漿效果檢驗主要以檢查孔數據作為基礎，根據注漿狀況，選擇注漿范圍可能存在薄弱環節的注漿部位布設檢查孔，對注漿效果進行鉆孔檢查，測定涌水量。本次注漿檢查孔數量為14個，檢查孔數量約為注漿孔數量的9%，滿足設計要求5%-10%的要求，檢查范圍25米。從檢查孔的情況來看，設計要求每個孔注漿后的流水量不大于0.2L/min，實際檢測結果出水孔最大出水量為0.15/min。（檢查孔布置圖見圖）

A 檢查孔開孔布置圖

B 檢查孔終孔位置圖

圖4"" 全斷面超前預注漿檢查孔圖

6 注漿效果分析

6.1 鉆孔成孔率分析

對施工過程中的A、B、C三序注漿孔終孔段位時分別下PVC管，判斷鉆孔成孔率和注漿加固效果，累積下PVC管154個孔，從下管的情況看最先施作的部分孔存在塌孔現象，而后其周圍地層得到有效加固改良以后，其他孔則不再有塌孔現象，改良后的地層平均成孔率為95%以上，達到了預期的注漿效果。

6.2 漿液填充率分析

受前期涌水影響，地層損失較為嚴重，按20%裂隙考慮，總注漿量2908m3，考慮漿液損失系數1.1，計算分析潰口段漿液充填率達到84%，達到預期注漿效果。

6.3 P-Q-t曲線分析

本循環注漿仍以加固軟弱地層堵水為主，根據施工過程注漿壓力隨時間有明顯的波動，一般注漿壓力上升達到4MPa時，壓力就會下降，注漿流量增加，如此反復數次后，經過反復的劈裂-擠密-劈裂…，當地層密實度達到一定程度時，注漿壓力達到或超過設計壓力，漿液流量減小，達到結束標準時，滿足軟弱地層劈裂注漿機理，達到了注漿效果。P-Q-t曲線如圖所示。

6.4 開挖效果分析

本次注漿后，順利開挖20米，從開挖后掌子面漿液擴散情況看：

（1）掌子面自穩情況比注漿有了明顯改善，涌水量明顯減小。

（2）破碎圍巖已被水泥有效填充加固，軟弱地段通過注漿也達到了很好的結實。

圖5" 通過孔內成像揭示注漿后漿體結實情況

7" 結論及認識

（1）根據鉆孔揭示的地質情況和注漿效果分析，建議本次開挖長度為20m（含止漿墻），當開挖完成后及時施作超前地質雷達預報、紅外線探水和30m超前探孔工作后再確定下部施工方案。

（2）此次注漿采用的是全斷面超前帷幕注漿方式，由于其方式的局限性，難以保證前方水通過未加固區的裂隙流到掌子面，故在開挖中，要邊挖邊探，水量大時需及時封堵或抽排，保證施工的安全。

（3）地層注漿后，得到堵水加固，但開挖的爆破作用，注漿過程中為了加固止漿墻和封孔注入水泥-水玻璃雙液漿，由于其脆裂性及擴散距離達不到，可能形成原裂隙重新打開或者形成新的裂隙，故開挖時需采取減震爆破方式，增加鉆孔數量，減少裝藥量，盡量減少爆破對地層的松動作用，防止通過注漿已達到閉合的裂隙由于爆破振動形成敞開的裂隙，水系重新被打開，給開挖施工造成危害。

（4）在開挖前，按時完成超前地質預報和紅外線探水工作，發現前方水源較豐富，開挖施工中，分隊結合地質預報情況按照相關規范及要求每循環開挖時施作5m超前探孔，及時發現前方水源，避免了涌水的發生，以后施工中應該繼續堅持。

（5）開挖過程中應及時初支，并做好應急和搶險準備，保證排水和通訊系統暢通，防止涌水，確保開挖安全。

參考文獻：

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