滇西復雜地質構造帶隧道注漿工藝創新與應用

唐文喜

摘要：云南省廣通至大理鐵路擴能改造工程祥和隧道全長10220m，位于滇西地區的大理市，隧址區屬于川滇南北走向構造帶和青藏滇緬歹字型構造帶之間的構造斜交與復合地帶，地質構造極為復雜，共穿越斷層破碎帶9條，侵入巖段落及極破碎軟弱富水巖體段落占全隧長度35%，設計采用注漿加固段落占全隧總長的60%，因此選擇有效的注漿工藝不僅決定著隧道開挖的安全，更決定隧道掘進施工的進度。我們針對傳統的長棚管注漿法、短距離小管注漿法、設止漿墻的止水注漿法存在的不足，施工中創新應用了土工膜袋注漿工藝、前承后繼注漿工藝，極大提高一次性注漿效果及工效，為“一帶一路”的中緬國際通道廣通至大理鐵路按時通車奠定了基礎，對類似工程施工具有重要借鑒作用。

Abstract： The Xianghe Tunnel of Guangtong-Dali Railway in Yunnan Province has a total length of 10220m， which is located in Dali City， west of Yunnan Province. The tunnel area belongs to the tectonic oblique and composite zone between the north-south tectonic belt of the Sichuan-Yunnan region and the Qinghai-Tibet-Burma-shaped tectonic belt. The geological structure is extremely complicated， and there are 9 fault fracture zones. The intrusive rock section and the extremely fractured weak water-rich rock mass segment account for 35% of the total tunnel length. The design uses grouting reinforcement to account for 60% of the total tunnel length， so choosing an effective grouting process not only determines the safety of tunnel excavation， but also determines the progress of tunnel excavation construction. In view of the shortcomings of the traditional long-stem pipe grouting method， short-distance small-tube grouting method， and the water-stop grouting method for setting the slurry wall， the geomembrane bag grouting process and the pre-receiving grouting process are applied in the construction to greatly improve the effect of one-time grouting and work efficiency， and lay a foundation for the “the Belt， the Road” China-Myanmar international channel Guangtong-Dali Railway to be opened on time， which has important reference for similar engineering construction.

關鍵詞： 地質構造帶;隧道;注漿;工藝創新

Key words： geological structure belt;tunnel;grouting;technological innovation

中圖分類號：U45 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）30-0147-04

1 ?工程概況

云南省廣通至大理鐵路擴能改造工程祥和隧道起訖里程D1K149+274～D1K159+494，為全長10220m的雙線隧道，位于云南大理市。隧道最大埋深位于D1K153+270附近，約705m。沿線路右側30m設貫通平行導坑，全長10076m。斜井與正洞呈45°交匯于D1K157+500右側，全長922m。本隧道位于川滇南北走向構造帶和青藏滇緬歹字型構造帶之間的構造斜交與復合地帶，地質構造極為復雜，共穿越斷層破碎帶9條，長度達1880m，侵入巖段落及極破碎軟弱富水巖體段落占全隧長度35%，且通過多個侵入巖蝕變帶等蓄水構造，地下涌水多呈大股狀，部分呈噴射狀涌水，伴有泥沙，雨季流量明顯增大，正常涌水量約為92800m3/d，雨季最大涌水量約為111360m3/d。滇西地區隧道施工圍巖巖性變化頻繁[1]，施工中遭遇突泥涌水、塌方、大變形等風險，屬于Ⅰ級高風險隧道。

2 ?注漿工藝創新的現場需求

為了控制圍巖穩定性通常采用注漿加固的方式來提高圍巖強度[2]，進而控制圍巖變形。祥和隧道軟弱夾層、斷層破碎帶、侵入巖蝕變帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶、破碎極軟弱富水帶和軟巖大變形段均設計采取注漿加固處理，需注漿加固段落占全隧總長的60%。注漿作為一道工序占用了大量的施工時間。傳統的注漿工藝主要是長棚管注漿法、短距離小管注漿法、設止漿墻的帷幕注漿法，對其不足之處進行分析如下：

①傳統的長管棚注漿存在以下缺點：1）每施做一次大管棚就需施做一次工作室。工作室的擴挖不僅增加了開挖工作量，軟弱地層中擴挖斷面還會降低圍巖穩定性、增大施工風險;2）施做止漿墻時間長，拆除困難;3）注漿盲區多，開孔多本身就不合理，且全管開孔壓力分散，注漿擴散范圍小，前幾米壓漿足，后端無壓力;4）引孔頂入難度大，前進式注漿工期長;5）加固輪廓不均勻，受管棚角度影響，前端加固范圍不足，尾端太大;6）水灰比、膠凝時間不易控制，漿液損耗量大。

②傳統的短距離小管注漿存在以下缺點：1）注漿長度短，需要頻繁調入調出注漿設備，工效不高;2）因短距離注漿壓力大、返漿嚴重，易將后方初支壓裂;3）注漿后初支施工易將固結圈擾動，產生裂縫，造成水滲漏，穩定性減弱。因采用此方法將水壓回原水力場中，若擾動則可能造成水通道。

③傳統設止漿墻的帷幕注漿法：帷幕注漿時需施做止漿墻，雙線鐵路隧道全斷面施做大約需要10d，并且需要大型機械配合，施做完成全斷面帷幕注漿后需拆除混凝土墻，工序繁瑣、用時長;套管外壁與鉆孔內壁呈不規則形狀，凹凸不平，套管與巖壁存在縫隙，注漿時易漏漿，使得注漿壓力小，漿液對周邊圍巖加固效果差，無法達到安全快速施工要求。

因此，為減少工序用時，加快隧道不良地質段施工進度及增強施工安全，必須要創新更簡便快速有效的注漿施工工藝。我們通過現場研究試驗，針對侵入巖蝕變帶富水段研發了土工膜袋注漿工藝，針對軟弱破碎段研發了前承后繼注漿工藝。

3 ?土工膜袋注漿工藝應用范圍、原理、優點及操作要點

3.1 應用范圍

侵入巖蝕變帶富水段就是一個囊體，就像雞蛋一樣，里面包含著水、泥巴、碎石塊，施工中只要將囊體捅破一個小洞，里面所有的物資向泥石流一樣涌出。因受侵入擠壓、地質構造、蝕變、風化影響，巖層節理、裂隙發育，巖體破碎，地下水豐富，圍巖力學性質較差，給隧道施工帶來很大困難[3]。針對該種地質條件，施工中創新應用土工膜袋注漿工藝進行加固處理。

3.2 工藝原理

采用土工膜制作膜袋，打孔后將膜袋安入圍巖鉆孔內，通過向膜袋內注入速凝固結材料使膨脹布漲開，并緊密壓合在鉆孔孔壁上，隔離富水破碎段，杜絕注漿過程中注漿壓力對破碎圍巖的擾動破壞，避免了注漿過程中引起的圍巖變形[4]，并通過滲透注漿管對裸孔段進行注漿，通過注漿壓力使注漿漿液滲透到導水裂隙中，用取芯管取出隔壓滲透注漿器后，可在鉆孔內形成環狀封固材料保護圈，保護圈起到護壁、止水作用，保證孔口封固質量。

3.3 優點

①土工膜袋注漿壓力可達6MPa，圍巖加固效果好，有效提高注漿安全性。

②土工膜袋注漿對人員專業性要求不高，有效控制孔口漏漿，操作難度小。

③土工膜袋注漿不需先打套管，不需要拆除傳統帷幕注漿的止漿墻，明顯節約了施工成本。

④土工膜袋注漿簡便快捷，較傳統帷幕注漿工效能提高30%。

3.4 操作要點

3.4.1 土工膜袋制作

土工膜袋由復合土工膜和膠質軟管制作而成。膜袋材料采用“一布一膜”復合土工膜，它由一層土工織物與一層高分子材料經過壓延，熱熔復合而成的土工合成材料。外層的土工布起到防撕裂、頂破和刺穿等保護作用;內層的土工膜起到密封，防止漏漿作用。隧道注漿膜袋使用的復合土工膜一般采用幅寬2m、厚度1.0mm的普通聚乙烯土工膜。

土工膜長2m，寬度D為鉆孔孔徑d的3.5～4倍;Φ20mm膠質軟管2.3m，管身布設梅花型溢漿孔，孔徑2～3mm，縱向間距≤30cm。將土工布包裹在注漿管與膠質軟管上，并用扎絲將土工布兩端綁緊，見圖1所示。

3.4.2 鉆孔

采用鉆機鉆孔，鉆孔直徑需大于注漿管直徑，鉆進深度應達到注漿固結段高度[5]。在鉆孔過程中要做好記錄，以供注漿作業參考。

3.4.3 下注漿管

鉆孔結束后，采用鉆機或人工將膜袋與注漿管送入鉆孔內，注漿管外露30～50cm，膠質軟管外露30cm。

注漿管安裝完成示意圖見圖2。

3.4.4 土工膜袋注漿

①配漿。在富水和動水條件下宜采用普通水泥-水玻璃雙液漿[6]，凝固時間控制在25s內。膜袋內漿液配比如下：

普通水泥-水玻璃雙液漿（簡稱CS漿）：水泥漿W∶C（質量比）=0.8∶1，水玻璃漿W：S（體積比）=0.7：1，水泥漿∶水玻璃漿（體積比）=1∶0.6，水玻璃濃度為35Be′。

其中，W-水、C-水泥、S-水玻璃。水泥漿和水玻璃漿液按照配比拌制好后分別存放至兩個儲漿桶內。

②注漿。漿液拌制好后，將注漿泵的注漿管與膠質軟管連接好，開始注漿，注漿壓力宜控制在1MPa以內。注漿結束標準采用定量定壓注漿控制，注漿量可選擇為設計量Q=2π（D/2）2的90%～120%;當漿液加固范圍接近滿足注漿結束要求時，要以控制注漿壓力為主，進行定量定壓注漿。配備好的漿液宜在2h內使用完畢。

3.4.5 注漿管注漿

待膜袋內漿液終凝后，按照設計要求拌制好漿液，即可開始注漿管注漿。定量注漿時，每段注漿量達到設計注漿量即可結束注漿。當采用以注漿壓力為控制指標時，注漿壓力達到設計壓力后，可結束注漿。當注漿后經檢測達不到設計要求時，應調整設計注漿量，并及時補漿。土工膜袋注漿后示意圖見圖3。

6 ?結束語

祥和隧道自2013年3月開工，多次因不良地質影響了施工進度，自2016年2月創新應用土工膜袋注漿工藝以及前承后繼注漿工藝進行加固處理，安全快速穿越了侵入巖蝕變帶及斷層破碎大變形段。同時，以該兩項注漿工藝為核心的科技成果2018年8月通過中國鐵建股份有限公司組織的評審，達到國際先進水平，獲省級工法1項，國家授權實用新型專利1項，申請發明專利1項。兩項創新的注漿工藝應用于施工效果良好，確保了祥和隧道所屬的昆明—廣通—大理鐵路動車線于2018年7月1日開通運營，為“一帶一路”中緬國際鐵路通道建設做出了重要貢獻，具有良好推廣應用價值。

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