隧道工程施工中注漿堵水技術解析

王 華

（中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司， 四川 成都 610500）

0 引言

注漿技術是隧道施工過程中常用的一種輔助工藝，其于處理地下水、加固底層方面均發揮著至關重要的作用，是保障施工安全，提高施工質量的重要施工工藝技術。高速鐵路隧道施工可能會受到當地地質、氣候、水文、巖層情況等影響，在施工過程中很容易出現涌水事故，給隧道施工的質量、施工進程、工程安全等造成負面影響。因此，施工單位應根據隧道施工的具體情況，選擇合適的注漿堵水技術，有效規避該問題的發生，為施工安全提供堅實保障。

1 隧道工程實例現狀

池州至黃山鐵路站前三標黃坑隧道的穩定水位在1.5m～5.2m之間，高程306.20m～323.44m，點位置隧道底板高程約為143m～149m，明顯低于地下水的水位。其次，區域內地下水對隧道工程影響較大,巖石節理裂隙發育，裂隙水大，容易發生漏水、涌水等問題，嚴重影響施工的安全性和質量。池黃鐵路設計時速為350km/h，從而對隧道工程質量提出了更高的要求，而隧道的滲漏水對隧道整體質量的好壞又有著深遠的影響。

2 注漿方案設計

2.1 材料選取及配比

選取注漿材料時應當注意：（1）注漿材料流動性好、可注入細小裂隙或粉細砂層中；（2）注漿材料的穩定性要好；（3）注漿反應時間可調控；（4）漿液應當是無毒、無臭，不污染環境，對人體無害；（5）安全性高、阻燃；（6）注漿材料應有較好的抗壓強度、抗拉強度，以及較強的抗滲性；（7）注漿材料應耐老化性能好，耐腐蝕。因此，本次施工使用的注漿材料為普硅水泥和水玻璃，對施工現場的涌水量、裂隙進行篩查，結合施工場地的溫度、地勢情況等，并對漿液的配置比例進行多次實驗后，將漿液的配置比例規定為：水灰比例=0.8:1，水泥與水玻璃的體積比例=1:0.4，加入水泥質量3%的磷酸氫二鈉作為緩凝劑。

2.2 注漿系統的選擇

本次施工采用的注漿設備為C4型全液壓鉆機、耿興80型與120型注漿泵、1.0m3攪拌機及高壓膠管。為提升注漿過程的方便性，本次施工主要選擇雙管注漿法進行注漿。將水泥漿和水玻璃于裝備機器的孔口處進行混合攪拌，再以高壓將其注入管中，讓漿液能夠進入裂縫中，待漿液凝結后，便達到填補縫隙防止用水、漏水的目的[1]。

3 注漿施工技術要點

3.1 有效控制參數

（1）結合堵水施工過程中的進水量和注漿泵的壓力，控制漿液凝固的時間，若進水量較高，注漿泵的壓力小幅度上升時，則將凝膠的時間控制在1～2min之間，若進水量較少，注漿泵的壓力于短時間內上升時，則將凝膠的時間控制在5～6min左右。

（2）本次施工采用的注漿機器為雙管注漿機器，其注漿量若超過300L/min，且注漿泵的壓力處于小幅度上升的狀態，則可選用大進漿量進行注漿，若注漿量在100L/min之間，且注漿泵的壓力處于穩定上升的狀態，則可采用正常的進漿量進行注漿；若注漿量低于100L/min，且注漿泵的壓力在短時間出現大幅度上升的情況，則應在注漿過程中采用小進漿量進行注漿。

（3）在漿液能夠順利進入裂縫中時，施工人員則可測取推動作用時的注漿壓力，因而就可對注漿壓力進行合理控制。注意在控制壓力時，應考慮施工場地巖層裂縫的規模、漿液的性能（即：漿液的濃度、擴散半徑、凝結時間等）和施工場地的具體情況進行。由于本次施工場地中的巖石節理裂隙發育，裂縫較大，本次施工的注漿壓力在2.0～3MPa之間。

（4）當填充率達到10%時，則可測定注漿的注漿量，即：以 =π (1+)計算注漿量。該公式中 代表注漿量,m3；代表注漿段的總長,m；則代表注漿液的擴散半徑，m；為注漿系數（結合本次施工的具體情況 取值為3），為漿液的損失率（取值為20%）。根據公式計算出，本次施工的注漿量=2.71m3。

（5）待注漿的壓力與設計的終壓相同，且吸漿率在18～35L/min時，則可結束注漿[2]。

3.2 注漿堵水施工的流程及方法

（1）配置注漿液。采用“由稀至濃”的調配原則進行配漿工作，根據實驗時的進漿量為參考，合理控制漿液的濃度、體積、凝膠時間等漿液參數。

（2）注漿。使用雙管注漿機器進行注漿工作，在開啟機器時應先開啟水泥注漿泵再開啟水玻璃注漿泵。其次，在注漿的過程中還應時刻注意注漿泵中的壓力，若注漿泵的壓力的上升速度較為緩慢，應及時減少進漿量，防止在施工過程中因壓力不平衡而出現意外事故。

（3）合理設定注漿段的長度。根據施工場地的水文條件、地勢條件、注漿機器的性能等，將單次注漿段的長度設定為30m。通過測試后，本次施工挖掘注漿段的長度在24m～26m之間，并預留4m～6m作為注漿堵水工作的止漿帶，不進行挖掘。

（4）止漿墻的施工。本次施工選用現澆法進行止漿墻的建設，墻體包括上、中、下臺階三個部分，墻高分別為2.4m、2m和2m，厚度分別為1m、1.5m和2m，嵌入底板的深度控制為0.55m，邊墻與拱部的深度為0.35m。在止漿墻周圍所布置的砂漿錨桿的長度為3.38m，環向間距為1.14m，進入圍巖的長度為1.97m，止漿墻的長度1.53m。在墻體與圍巖接觸區域所布置的導管長度為4.23m，該導管與隧道出現的夾角為45°，其次，在以C25的混凝土噴射在導管周圍形成厚度為0.26m的保護層。

（5）設立孔口管。孔口管是注漿施工中的關鍵部分，因此，在設置期間應保證其精準性，為施工質量提供堅實保障。本次施工所鉆開的孔口深度為3.3m，置入的Φ108孔口管為3.1m，外露的孔口管長度為0.2m。其次，使用麻絲填充關閉與孔口的間隙，再向孔口管中注入注漿液。

（6）布置注漿孔。注漿孔對于堵水效果至關重要，在布置注漿孔時應結合施工場地內具體情況（即：巖層裂縫、含水量等）進行。本次施工的場地存在巖層縫隙多、縫隙種類豐富、含水量較大等特點，難以正常布控，因此，在設置注漿孔的過程中，應是注漿孔穿過巖層縫隙，并根據縫隙情況設立長短不一、呈傘狀輻射的注漿孔。其次，在邊墻和拱部的區域內呈梅花狀布置4～5圈的注漿孔，保證注漿液的擴散半徑可至3m及以上。另外，注漿孔之間的孔距應＜4.5m。

（7）鉆孔。確定注漿孔位置，并以紅色油漆作標記，使用鉆機，標準標記點進行鉆孔。在鉆孔初期，施工人員應緩慢加壓、緩慢進行，并讓另一位施工人員記錄起止時間、孔號、涌水位置、涌水量等。若單孔的涌水量≤30L/min，則可繼續進行鉆孔工作，若＞30L/min，則需及時停止鉆孔作業。

（8）注漿的速度控制。注漿時的速度應根據鉆孔的涌水量控制，即：若涌水量≥50L/min時，則將注漿的速度控制在80～150L/min之間；若涌水量＜50L/min時，則應將注漿的速度控制在35～80L/min之間。

（9）注漿的順序。在進行注漿作業時，應遵循“從外至內，從上至下”的注漿原則，即：先進行外圈注漿孔的注漿，在進行內圈注漿孔的注漿，同圈注漿時應自下而上地進行注漿工作。其次，注漿工作具有較高的系統性，因此在注漿過程中應根據圖1所示的流程進行注漿[3]。

圖1 注漿施工流程圖

3.3 注漿施工的質量檢測標準

（1）注漿孔深度的誤差必須≤5cm，鉆孔的角度誤差必須≤0.5°，每段注漿的長度必須≤32m，成型注漿帷幕的厚度必須≥6m。

（2）注漿分段的長度標準。在進行分段注漿前，應將鉆孔注漿的長度控制在5m左右；如果施工場地存在斷層、持軟弱破碎帶時，應及時采取注漿安全處理措施，有效避免突泥、用水等安全事故的發生。

（3）注漿完成的標準。①單孔注漿完成的標準：實際測量的注漿壓力已達到設計圖紙的要求，且在壓力穩定的時長需要超過10min，且在注漿過程的進漿量須在20～30L/min之內。②注漿施工完成的標準：每一個注漿孔皆達到以上標準，未出現漏漿的情況，且施工后隧道內的涌水量在1m/(m.d)之內。

（4）注漿效果的評定。注漿工作結束后，需在輪廓線的范圍之內設立檢查孔，檢驗注漿施工的情況。每個循環的檢查孔數量為5個，即：拱部2個、兩側邊墻各一個、底部1個，每個檢查孔的孔徑為110mm。若每個孔內的出水量≤0.2L/min，且固體的抗壓強度＞3MPa，則代表逐漸施工的質量較高，可繼續開挖，反之，則應及時進行加強處理，直至達標為止[4]。

4 防水施工技術要點

4.1 隧道表面的防水施工

在對隧道開展防水措施施工的過程中，首先要對隧道內部周邊的基礎進行有效的處理，通常會采取對隧道內表面噴射混凝土的方法來對隧道內壁進行防水處理，為了提升隧道內的防水工作通常會在隧道內設置相應的防水板，因此防水板的質量就決定了后期的防水效果，在選擇防水板時應保證其符合施工設計要求，并將防水板的裸露鋼筋以及錨頭進行切除清理后用砂漿抹平，然后進行封閉施工。在完成封閉處理后，要保證初期支護平整度應符合 /≤1/20的要求（為初期支護基面相鄰兩凸面凹進去的深度；為基層相鄰兩凸面間的距離，且 ≤1m），在完成這些施工后要再次對防水板進行質量檢查，以提升隧道內部的排水效果，參與施工的施工人員應當嚴格按照施工標準和技術進行施工，避免在施工中埋下安全隱患（見圖2）。

圖2 防水板施工前巖面平整度檢測

在對隧道內部進行基礎處理施工后，可以進行土工布施工，搭接長度＞5cm，施工流程是通過操作車運送土工布通過射釘槍與襯墊配合將土工布固定在隧道內部的設計部位。在固定土工布的過程中，要保證土工布和混凝土之間有良好的貼合，熱熔墊片按梅花型布置，拱頂中心左右2m范圍布設間距0.4m，起拱線至左右2m布設間距0.5m，邊墻布設間距0.7m，距防水板環向施工縫0.2m，左或右設置兩道(左右間隔設置)。再通過射釘進行控制土工布與混凝土的切合程度時，要注意調整射釘槍的力度避免因為力度過大使得射釘出現斷裂的情況（見圖3）。

圖3 土工布“五條線”法施工

4.2 管道防水

拱墻環向盲管(直徑中50mm，外包土工布的雙壁打孔波紋管)沿初支環向設置，打孔側與初支面密貼,每隔1.2m使用條狀防水板與初支面通過釘子固定。拱墻環向盲管一般地段縱向間距12m，富水地段縱向間距6m，與仰拱縱向透水盲管連接，保證連接牢固。縱環向盲管、泄水管、排水管應按設計連通，管體間應采用變徑三通連接，組成完整的排水系統。拱墻環向塑料排水板安裝在每板襯砌縱向盲管流水下坡端，距盲管彎頭按50cm控制，每板襯砌按設計要求設置2環塑料排水板。環向施工縫按全防水考慮，不在施工縫處設置塑料排水板（見圖4）。

圖4 管道防水

5 結束語

施工場地的地質情況、水文情況、巖層情況等都會對高速鐵路隧道施工造成不利影響，施工場地內存在巖層間縫隙較大、土質含水量高等問題，則有可能出現涌水事故，威脅施工和后續使用安全。注漿技術在解決這一問題上的效果較為顯著，因此，在施工過程中，應根據施工現場的具體情況，制定行之有效的注漿堵水施工方案，保證物資配置的合理性，并由專業人員進行注漿堵水作業，以確保注漿堵水工作的有效性，進而保證整個高鐵隧道施工的質量，為施工人員和后續使用者的安全提供堅實的保障。