黃土隧道富水圍巖帷幕注漿施工技術

趙玉印

(中國中鐵二局四工程有限公司 四川成都 610300)

黃土隧道富水圍巖帷幕注漿施工技術

趙玉印

(中國中鐵二局四工程有限公司 四川成都 610300)

上莊隧道斜井地質條件差、滲水量大，防止該斜井洞內涌水和坍塌是該段施工的關鍵。采用帷幕注漿施工取得了較好的效果，在介紹帷幕注漿的施工方法及效果檢查的基礎上總結了施工參數，并結合工程概況，施工方案，施工準備，材料及配合比，鉆孔方法，注漿方式，效果檢查深孔注漿的操作事項作了重點闡述，以為同類工程施工提供參考。

黃土隧道;軟弱圍巖;帷幕注漿;施工技術

1 工程概況

1.1 設計情況

上莊隧道起訖里程為 DK979+361～DK981+425，全長 4064m。全隧道主要地質為Q4及Q3砂質黃土，以及Q2黏質黃土。在DK980+700處設斜井輔助坑道，全長371.71m，綜合坡度9.12%，按臨時工程設計。

1.2 施工情況

1.2.1 水文地質

根據現場調查，該斜井口上游約20～30m距離有一水井，水井中地下水位埋深約3m，高程約1931m。隧道進洞32m后，仰供開挖時開始出現滲水，土樣含水量達到29.5%，承載力僅44Kpa。滲水點高程1936.410m。XK2+50整個掌子面滲水，上臺階地面高程約1931.041m，上臺階距離洞底距離約3m，因此掌子面處地下水位在1934.041m以上，同時掌子面滲水水量約60m3/d。

根據以上分析，該區域地下水位位于 1931m～1936m之間。水位附近土體呈軟塑-流塑狀態，含水率29.5%。

1.2.2 施工方法及參數

采用上下臺階法施工。具體參數是：拱墻設I16工字鋼，間距1米/榀。（滲水地段全環設I20工字鋼，間距0.6米/榀）拱部設φ42超前小導管，小導管長3.5m，環向間距 40cm，縱向間距 2.4m，外插角 10～15°。邊墻設φ22砂漿錨桿，間距1m×1m。拱墻設φ8鋼筋網，間距20cm×20cm。

1.2.3 出水情況

2013年6月7日，掌子面施工至X2+36（該位置的高程為:1931.041），6月8日，監控量測斷面X2+40沉降18cm，6月9日，下沉量達到40cm，6月10日出現拱頂整體開裂下沉,隨即出現掌子面大體大變形段下沉，XK2+36總計下沉120cm。

2 施工方案

經四方現場勘察得出，決定采用帷幕注漿方式進行施工。

按照四方會議紀要指出“帷幕注漿加固、管棚支護”的原則。首先施做全斷面帷幕注漿，之后管棚支護。

2.1 帷幕注漿加固設計

首先進行全斷面帷幕注漿，加固該軟弱圍巖段落，在隧道開挖輪廓線外形成一定厚度具有一定抗壓能力的穩定固結體并通過超前大管棚剛性支護，提高膠結體的承載能力，保證隧道開挖及結構安全。

由于該大變形段段為擾動地層，且有三層超前管棚侵入開挖輪廓線，因此有邊界條件下漿液擴散控制及穿越管棚鉆孔是該方案的重要控制點及難點。

注漿加固范圍為XK2+42～XK2+07，縱向長度35m，主要是采用SM-14多功能地質鉆機對大變形段處進行加強注漿，終孔位置在開挖輪廓線外5m，漿液擴散距離取1.5m，共計布設注漿孔69個。每段注漿長度35m，開挖30m，預留5m不開挖做為下循環止漿巖盤。

2.2 施工方案

2.2.1 止漿墻施做

掌子面施作止漿墻。采用C30模筑混凝土施作，上部厚2.5m，下部厚3m。止漿墻施作過程一定要保證質量，尤其是周邊與開挖輪廓線的接觸部用直徑22的螺紋鋼筋連接，混凝土澆筑必須振搗密實，防止漏漿。

2.2.2 場地硬化處理

為了滿足鉆機施工作業要求，必須在止漿墻后方預留12m長的作業平臺。將止漿墻后方12m范圍內整平壓實，之后墊16mm厚鋼板做為鉆機施做平臺。

2.3 鉆孔

采用SM-14鉆機進行鉆孔。鉆孔間距為2.0×2.0米梅花布置，分序鉆孔，鉆孔時開始采用低速鉆進，待鉆機正常鉆進時(進尺 0.5m左右)，將鉆機速度調至正常運行速度。鉆至設計孔底標高或分段高度后，為使注漿通道順暢，要進行清孔工作。鉆孔過程中，每孔作好鉆孔記錄，為注漿提供了地質依據。

鉆孔操作工藝流程：鉆機就位→開孔→接桿 鉆孔→清孔→卸桿。

2.4 注漿

2.4.1 注漿材料。注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥采用甘草P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數為2.6～2.8，波美度30～35Be′,施工用水采用上莊斜井工點凈化水，水質符合《混凝土拌和用水標準》（JGJ63-89）規定。

2.4.2 注漿參數。漿液濃度采用：C:S=1:(0.6～1.0)(體積比），水泥漿水灰比0.8:1～1:1，水玻璃模數2.6～2.8，水玻璃濃度35～40Be′，注漿壓力4～6MPa。

2.4.3 注漿工藝。分序鉆孔，為防止竄漿，實行隔兩個孔注漿，注漿機械為KBY70-16型雙液注漿泵，注漿方式為分段前進式，注漿分段長約5m。水泥漿和水玻璃漿在距注漿孔5m位置用“Y”型結構混合，水玻璃及水泥出漿管上分別安裝流量計和控制閥門控制流量，然后進入注漿孔，與止漿塞導管相連。在注漿管上安裝自動流量計記錄注漿過程中流量、壓力等變化，終端進入電腦自動記錄。注漿時先打開混合器注漿閥，先注水約2～3min，使圍巖孔隙暢通。然后注水泥漿約3min至正常后，迅速將兩個吸漿龍頭分別放進水泥漿桶和水玻璃桶，實施雙液注漿。停止灌注時，先停水玻璃泵，后停水泥漿泵，并用清水清洗管路，以預防堵管。

(3)除建材化利用外，鋼渣利用還應當結合我國現階段經濟社會發展現狀，拓展鋼渣利用途徑，比如加大在鋼渣作為環保領域如大氣污染治理、水處理和土壤治理與修復利用，以及沿海鋼企鋼渣就近作為人工魚礁生態材料利用等方面的研究與應用推廣，這樣既符合國家經濟社會發展大趨勢，也有助于提升鋼渣利用附加值。

2.4.4 注漿結束標準。注漿過程中注漿壓力逐漸升高，最終達到或接近設計的注漿終壓，并維持10min以上，或者注漿流量隨時間逐漸減少，最終小于1L/min·m，并維持 10min以上，即結束本孔注漿；遇到大裂隙時，壓力上不去，進漿量很大的情況下，經過漿液濃度的變換，仍達不到終壓與注漿流量的標準時，采取間歇注漿，待養護24h后復注，以達到設計終壓標準。

2.4.5 現場注漿施工。在現場注漿中，剛開始由于吸漿量大，壓力在前30min，基本都小于0.5MPa，隨著漿液填充孔隙，壓力注漿上升至1MPa，當流量小于1L/min時，壓力基本能達到1.2MPa以上。終孔壓力是控制注漿結束標準的重要指標，因為孔內無壓力，證明注漿孔漿液未滿。為了控制注漿質量，盡量都把注漿壓力控制在4～6MPa以上。

2.5 管棚超前支護

拱部180°范圍內沿開挖輪廓線布置超前大管棚。縱向長20m，沿開挖輪廓線環向布置，開孔環向間距30cm，外插角5～7°，共布設39根管棚，管棚孔可兼作上斷面補充注漿孔。

大管棚采用內徑Φ108mm，壁厚5mm熱軋無縫鋼管加工，每節長9m，沿管壁布設4排Φ6mm對稱溢漿孔，梅花形布設，孔間距50cm，每根管棚末端2m不布設溢漿孔，前端加工成椎形尖端并封閉。采用Φ89mm、壁厚 5mm熱軋無縫鋼管套入Φ108mm管棚，焊接連接頂入孔內。管棚安設完成后進行全孔一次性注漿。

3 效果檢查

3.1 注漿壓力及流量與時間之間的關系

注漿效果評定是決策開挖施工方案的依據。

根據現場鉆孔所揭示的地質狀況，注漿結束后，可采取分析法即結合注漿過程中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。

根據注漿量分析漿液對地層裂隙的填充率，當漿液填充率達到 80%以上，滿足開挖要求。

3.2 注漿效果檢查

3.2.1 取樣觀察

在注漿前，掌子面為淤泥狀，經過注漿后，掌子面周圍地層經過封堵，現在基本已經干涸。

3.2.2 試驗檢查

注漿前土工試驗結果該區土質為黃泥，含水量高達29.5%，無法進行顆粒分析及干密度試驗；注漿后土工試驗結果為土樣為灰黑色，土層含水量9.2%-13.5%。

在注漿區采用雙管單洞法進行了鉆芯取樣，共鉆取了6個孔，3個鉆芯成型較好，2個一般，1個較差。取出一塊較完整的芯樣進行抗壓試驗，漿液固結強度達到0.4mpa以上。

4 結論和體會

注漿工程涉及多門學科知識，是一個復雜的系統工程。上莊隧道帷幕注漿采用了雙液注漿泵壓漿進行前進式注漿技術，在注漿范圍大，滲水量大的情況下，通過壓力、漿液等調整，使漿液在巖層中充填密實，封堵了地下水滲流路徑，加固了圍巖，提高了圍巖強度，杜絕了坍方及滲水事故發生，達到了設計目的。

[1]范彥兵.礦山帷幕注漿特殊地層施工工藝研究.科技資訊，2013

[2]中鐵第一勘察設計院.寶蘭客專上莊隧道設計圖，2013

[3]唐平.深孔帷幕注漿技術研究.北京：中國地質大學，2010

U45

B

1007-6344（2016）10-0038-01

趙玉印（1988-），男，工程師，本科，主要從事建筑工程相關工作。