預注漿堵水技術在公路隧道施工中的應用探討

覃冠霖

(廣西壯族自治區田林公路管理局，廣西 百色 533000)

0 引言

通過對我國近年來公路隧道建設情況的分析可知，部分地段由于地質條件復雜，極易在施工擾動下引發突水、塌方等事故，威脅施工人員的生命安全。由此，為保證公路隧道施工的順利開展，針對部分圍巖破碎、裂隙發育、滲漏水嚴重地段，必須進行科學合理的排、堵水處理。本文以預注漿堵水技術為重點研究對象展開具體分析。

1 公路隧道涌突水災害分析

涌突水是隧道建設的突出災害之一，對安全施工、運營極為不利，下頁表1列舉了我國近年來修建的五指山隧道、毛壩1號隧道、獅子寨隧道、齊岳山隧道、華鎣山隧道的涌突水災害情況。

表1 我國近年來公路隧道涌突水災害發生情況表

通過上述隧道建設情況分析，充分顯示了隧道建設中涌突水的危害性與科學治理的迫切性。本文主要從預注漿堵水技術應用的角度出發，探討隧道涌突水災害的治理。

2 預注漿堵水技術的適用性

2.1 涌突水主要控制方法

公路隧道涌突水主要控制方法分為兩種：(1)“排”，即排出掌子面地下水，降低周邊地下水位；(2)“堵”，即阻斷地下水流路，抑制涌水。在公路隧道施工中，多數采用成本低、施工方便的排水方法，但是若地下水量大，或是地下水位下降困難，則需采用相應的堵水方法。

事實上，根據相關工程實踐顯示，隧道中采用組合控制方法，即“排”與“堵”相結合的控制效果更佳，如表2所示簡單列舉了公路隧道涌突水主要控制方法。

表2 公路隧道涌突水主要控制方法表

2.2 預注漿堵水方法的適用范圍

在公路隧道涌突水“排”與“堵”方法的選擇上，只要明確何時“堵水”即可。“堵水”最常用的就是注漿施工，通過在地層內注入漿液，形成固結土，有效降低地層透水性，增強圍巖穩定性。

通過注漿堵水實現完全止水是不可能的，其主要是通過形成一個弱透水帶來提高圍巖止水性能。當遇到以下三種情況時需采用預注漿堵水方法：

(1)地下水量大、圍巖滲透系數>10-6～10-5cm/s；

(2)地下水位降低會對周邊環境產生較大的不利影響；

(3)需要減小作用在二次襯砌上的水荷載。

3 預注漿堵水技術在公路隧道施工中的應用

3.1 預注漿堵水方案選擇

公路隧道施工中超前預注漿方案眾多，如全斷面(帷幕)超前預注漿、隧道周邊帷幕注漿、局部超前預注漿等。如圖1所示隧道即為超前探水、堵水動態施工程序圖，各種注漿方案及其適用條件如表3所示，具體需根據工程實際合理選擇。

3.2 預注漿堵水技術應用要點

預注漿堵水作業需考慮諸多事項，如注漿材料、注漿孔、注漿設備、注漿工藝流程等。

3.2.1 預注漿工法

根據漿液的凝固時間、特性等合理選擇注漿工法，其主要包括兩大類：(1)靜壓注漿(或稱為灌漿法)；(2)高壓噴射注漿。前者包括固結注漿、帷幕注漿、接觸注漿等，后者包括單管法、二重管法、三重管法和多重管法等，具體需根據工程要求和土質條件選用。

圖1 隧道超前探水、堵水動態施工程序圖

表3 各種注漿方案及其適用條件表

3.2.2 預注漿設備

隧道注漿設備包括：鉆孔機械、注漿泵、漿液攪拌機、止漿塞、混合器以及計量計、壓力表、閥門、注漿管路等配套裝置，根據實際需要合理配置。

3.2.3 預注漿材料

根據工程地質條件、施工目的合理選擇預注漿材料，具體可參考表4。

表4 預注漿材料選擇表

3.2.4 預注漿鉆孔布置

隧道預注漿鉆孔，需充分考慮鉆孔長度、注漿長度之間的關系，采用絕對坐標法、相對坐標法等方法進行注漿孔布置。常采用的布孔方式有：均勻型、梅花型、環形布孔、三排孔布孔等。

3.2.5 預注漿工藝流程

預注漿基本施工工藝流程如圖2所示。

(1)超前探水：通過超前探水，明確隧道地段實際情況，合理確定預注漿方案，確定第一環節注漿止水盤位置。

(2)止水止漿墻施工：在注漿地段起始處掌子面施工止水止漿墻，防止未注漿地下水涌、跑漿現象的出現，各注漿段終止位置留止水盤。

(3)平整場地，定位鉆孔位置，鉆機就位。

圖2 預注漿基本施工工藝流程圖

(4)鉆孔：鉆孔施工，鉆機大臂緊頂掌子面，以免出現過大顫動；低速開孔，孔深達30 cm時調整為正常鉆速；鉆孔時控制好進水量，避免坍孔。

2.穩定是構建和諧企業的基礎。中國企業的一個特點就是要做好穩定工作。因此，穩定工作也是中國式管理的一個重要內容，是由最高層經營者直接負責的，可見穩定工作的重要性。試想，如果一個企業職工經常到公司機關上訪，甚至到省、中央上訪，這個企業連基本的員工穩定工作都做不好，還能是和諧企業嗎？

(5)安裝注漿管：注漿管應事先鉆好出漿孔，注漿管與鉆孔間以錨固劑封堵。

(6)壓水試驗：壓水試驗進行3次，每次5 min。

(7)注漿：壓水試驗結束后，在不停泵的情況下開始注漿，先注入稀漿，再逐步增大濃度。

(8)實時觀測、記錄注漿情況，確保達到預期壓注漿效果。

4 實例探析

4.1 工程概況

本文以某公路隧道為例，分析了預注漿堵水技術的應用情況。該隧道左、右線分別長7 285 m、7 310 m，隧道斷面凈寬10.5 m、凈高5.0 m。隧道圍巖體節理裂隙發育，存在多條斷層，含水豐富。隧道一斷面與F3逆斷層大角度相交，影響長度達100 m，巖體破碎～較破碎，開挖中出現坍塌、突水、突泥現象，必須進行堵水加固處理。

4.2 預注漿方案

4.3 預注漿參數

(1)注漿孔布置：注漿孔以隧道軸線為中心，呈傘狀布置，環間距1.5 m，外偏角13°～15°，內、中、外環注漿孔長度分別為30 m、20 m、15 m，共計設有114個注漿加固孔。圖3即為孔位布設示意圖。

(2)注漿材料：水泥漿液選用425#普通硅酸鹽水泥，水玻璃液濃度為33～40 Be′、模數為2.0～3.0。水泥漿液與水玻璃液體積比為1∶(0.8～1.1)，水玻璃液稀釋至25～35 Be′方可使用。

(3)注漿施工參數：注漿加固孔開孔φ130 mm、鉆深2.5～3.0 m后安設、固結孔口管，管內施工φ91 mm注漿加固孔，單孔注漿漿液擴散半徑≥2 m。根據計算確定本工程注漿壓力如表5所示；帷幕加固注漿漿液凝固時間110～200 s，水泥漿液、水玻璃液流速以12～16 L/min、9～13 L/min為宜；施工達設計注漿壓力、漿液流量后，持續注漿8～15 min后終止注漿施工。

圖3 孔位布設示意圖

表5 注漿壓力參數表(MPa)

4.4 預注漿施工工藝

4.4.1 施工準備

施工前，做好設備檢查，完成注漿系統的安裝、試運行工作，確保設備、人員均到位后方可開始預注漿施工。

4.4.2 注漿施工流程

本工程為全斷面預注漿，先外圈、后內圈施工，同一圈層先下部孔、后上部孔，采用后退式注漿與前進式注漿相結合的施工方法：(1)前進式注漿：每鉆進5.0 m，注漿5.0 m；(2)后退式注漿：一次性完成全孔鉆進，以每5.0 m為一段由孔底至孔口進行分段注漿，具體注漿施工流程如圖4所示。

4.4.3 注漿施工要點

鉆孔注漿施工順序為：(1)鉆孔開孔；(2)安裝孔口管；(3)鉆至設計深度；(4)清孔；(5)壓水試驗；(6)制備漿液；(7)注漿；(8)注漿結束，清洗管路。

本工程注漿前，在掌子面掛網噴射20 cm厚的混凝土形成封閉層，防止地下水涌出；注漿漿液現場配制，漿液放置時間≤30 min；現場技術人員需詳細記錄施工情況，包括孔位、孔深、孔徑、漿液、壓力、漿量、漿液損失量等，據此實時調整漿液配比、施工參數，確保施工作業順利完成。

圖4 注漿施工流程圖

4.5 預注漿施工效果

采用全斷面超前預注漿方法處理F3斷層帶后，通過現場監測顯示，后期施工中未出現坍塌、突水、突泥等事故，表明本次施工堵水、加固效果好。

5 結語

綜上所述，預注漿堵水技術是公路隧道穿越大斷層、破碎帶及突水量大的不良地段的重要方法，其可從根本上改善圍巖的物理力學性能，獲得良好的堵水和加固圍巖效果。在公路隧道施工中，應根據超前探水情況合理選擇預注漿方案，選取合理的注漿材料，科學組織鉆孔注漿施工，詳細記錄相關施工參數，確保達到預期施工效果，為后期施工的安全開展奠定堅實基礎。