超前帷幕預注漿技術在巖溶隧道施工中的應用分析

余 剛 重慶科信渝建筑工程咨詢有限公司工程師

超前帷幕預注漿技術在巖溶隧道工程施工中的應用需要準確研究注漿機理、合理選擇注漿材料，做好止漿墻澆筑、開孔工作、鉆孔工作以及注漿施工工作，保證每個環節的操作都能符合標準，發揮超前帷幕預注漿技術的作用價值。

1 超前帷幕預注漿技術在巖溶隧道施工中應用的必要性

新圓梁山隧道位于既有圓梁山隧道右側30 m，由既有貫通平導擴挖修建。既有隧道于2005 年建成通車，與既有平導之間設置有28個橫通道和兩個封堵墻。其中1#溶洞、2#溶洞以及3#溶洞穿越毛壩向斜核部，溶洞填充介質為粉質粘土和淤泥質粘土，夾雜塊石、碎石，自穩能力較差。為確保巖溶隧道施工的質量，需要采用超前帷幕預注漿技術，增強帷幕的建設穩定性和強度，保證工程項目的高質量建設[1]。1#、2#、3#溶洞地質縱斷面如圖1 所示。

圖1 1#、2#、3#溶洞地質縱斷面（單位：m）

2 超前帷幕預注漿技術在巖溶隧道施工中應用的相關內容

2.1 注漿機理分析

超前帷幕注漿主要沿著工程項目所開挖的輪廓線根據軸向輻射的狀態設置孔位置，結合間距標準鉆孔操作，利用注漿泵設備將已經配置完成的漿液材料沿著注漿孔輸送到地層的裂隙內部，通過漿液材料起到水裂隙的填充作用，預防裂隙中的細小顆粒流失出現溶洞隧道工程結構滲水的問題，改善地層原本的透水性能，增強周圍區域破碎巖塊、軟弱夾泥層的固結效果，形成強度符合要求的結構。在隧道周圍區域和開挖面前方創建預加固區和堵水帷幕系統，減小透水系數，增強隧道穩定性、施工安全性[2]。超前帷幕注漿縱向布設如圖2。

圖2 超前帷幕注漿縱向布設（單位：cm）

2.2 注漿材料及設備的選用

本工程項目中溶洞填充介質為粉質粘土和淤泥質粘土，夾雜塊石、碎石，且溶洞地段富水，地層中有流動水，具有一定水壓力。應選擇雙液漿，膠凝材料選擇P.O42.5 級普通硅酸鹽水泥和超細水泥，早期強度較高，配合水玻璃迅速凝結、隔離裂隙水。隧道洞內預開挖洞室，設置制漿站，采用臥式散裝水泥罐集成一體式自動制漿機組，注漿機采用高壓雙液注漿機，保證壓力達到設計要求形成漿液劈裂泥砂層和擠密空隙層的效果。

2.3 超前帷幕預注漿工藝

2.3.1 止漿墻

帷幕注漿止漿墻厚2 m，采用C30混凝土澆筑。為保證止漿效果及鉆孔施工條件，止漿墻需要一次澆筑成型，全斷面設置。為確保止漿墻穩定，在掌子面施作Φ22 砂漿錨桿，同時保證錨桿間距1.5 m×1.5 m，錨桿外露1 m 澆筑于止漿墻內，植入巖層不小于3 m。

2.3.2 布孔和開孔

本工程執行開孔工作之前，根據設計圖布置相應的孔位、孔數及開孔直徑。本案溶洞帷幕注漿設置5 環注漿孔、8 個檢查孔。開孔處5 環注漿孔設置于止漿墻輪廓內，環與環之間的間距為40 cm。終孔斷面處，開挖輪廓線外5 m 范圍設置3環注漿孔，另兩環設置于斷面輪廓內，并靠近輪廓線。溶洞帷幕注漿利用既有平導采用兩端相向施作，兩邊鉆孔注漿搭接長度為5 m。鉆孔直徑為90 mm，開孔采用110 mm 鉆頭鉆入止漿墻2 m，開孔時嚴格控制每個孔的角度，并入孔安裝φ108 鋼管。安裝前鋼管一端焊接法蘭盤起連接作用，并于鋼管外壁纏繞麻索，增加與孔壁的摩擦，防止漏漿。

2.3.3 鉆孔

鉆孔的工作環節中應根據設計圖紙結合工程項目的實際情況處理，鉆孔的環節中應按照設置注漿孔的長度、角度及孔徑等要求鉆進，開孔處孔環向間距控制為1.5 m，終孔處孔環向間距控制為3 m，相向施作，每一端的注漿長度控制為25 m，搭接的長度控制為5 m，每一端鉆入注漿孔88 個。鉆孔后及時注漿，應先施作周邊孔，后內環孔，先有水孔，后無水孔，且應跳孔施作，防止串漿。

鉆進需時刻觀察鉆機的抖動頻率和幅度、鉆進速度、孔口出土巖性以及地下水的滲流等異常情況。鉆機抖動嚴重可能在軟硬圍巖過渡，需要減少轉速，減小給進力；鉆進速度異常緩慢甚至出現卡鉆現象，可能進入破碎帶或泥夾碎石的情況，需要終止本輪鉆進，待注漿過后再進行掃孔；根據孔口出土的樣本分析調整當前鉆進參數，若為巖屑則巖層穩定，若為泥土或粘土則可能進入溶洞溶槽充填區域，需要密切關注，減緩鉆進速度；若孔內出現地下水，視水流大小選擇繼續鉆進、減速鉆進或停止鉆進。另外尤其注意鉆進異常過快，可能進入溶腔，應立即停止鉆進，及時注漿，避免出現鉆頭鉆桿掉落入空腔的現象。

2.3.4 制漿

根據溶洞充填性質及涌水情況，本工程采用普通水泥雙液漿及超細水泥雙液漿相結合的漿液搭配方案。漿液制作前，需要對漿液配置程序、拌和時間、漿液密度、流變參數、初凝時間、終凝時間以及漿液結石的物理力學性質進行試驗確定，保證漿液從拌和、運輸、施工到凝結后等環節都滿足工程需要。

本案雙液漿的拌制采用臥式散裝儲存罐集成一體式自動制漿系統，儲存、傳送、拌和及運輸一體化，保證漿液從拌制到入孔等每一個環節的質量穩定。完成拌制的漿液通過管道運輸自一個管口進入高壓雙液注漿機，從另一個管口輸入水玻璃，兩種漿液在注漿機內部匯合形成雙液漿，然后把混合的雙液漿通過壓力輸出。

2.3.5 注漿

帷幕注漿分為后退式注漿和分段前進式注漿。本工程特點為巖溶充填及地下涌水，應采用分段前進式注漿，鉆孔長度視成孔效果而定，遇破碎帶卡鉆、充填區塌孔或較大涌水時應停止鉆進，立即進行注漿，待漿液凝固后進行原位掃孔，繼續鉆進，再次注漿，然后掃孔，直到鉆進至設計深度后完成最終注漿[3]。

（1）注漿過程中應密切關注壓力表變化，參照設計壓力值。當壓力值長時間或注入大量漿液仍未達到設計值，則應及時停止注漿，查看是否有跑漿、串漿現象；若壓力值突然升高，則應只注清水，若仍無下降，則應查看是否管路堵塞。

（2）注漿完成后，查看注漿范圍是否有涌水、涌泥，放置一段時間后查看有無塌孔現象。對取得的芯樣進行評定，判斷取芯率和芯樣強度是否滿足要求。

3 超前帷幕預注漿在巖溶段預加固效果及缺點分析

本工程項目中采用超前帷幕預注漿技術進行巖溶的加固處理，操作方式非常便利，設備的選擇較常規，隧道內適用性強，各個環節可以按照地層狀況、注漿效果等優化調整。巖土結構已經被漿液膠結成為整體結構，漿液滲透并且凝固后，巖體的孔隙率有所減小，內聚力力學參數和摩擦角力學參數得到改善，力學性能快速提升。完成相關的注漿工作后，在結構區域形成厚度符合標準的止水圈結構，有著一定的防滲、隔水作用，還能起到一定的堵水作用。

工程項目施工后，滿足新奧法施工的受力性能有所改善，可針對開挖輪廓線外的大孔隙及軟弱地層通過漿液擴散進行充填加固，應用效果良好。

另外，施工技術在高效化、高質量應用的過程中還能形成良好的巖溶加固作用，提升了1#溶洞、2#溶洞以及3#溶洞的結構穩定性和強度，具有推廣的意義。但是在技術應用期間經常會出現以下問題。

（1）局部位置漿液無法順利填充。

（2）帶水操作需要謹慎入微，尤其是2#溶洞中有著承壓水，日均涌水量很高，一直處于流水的狀態，施工操作的過程中很容易出現質量缺陷問題[4]。

4 超前帷幕預注漿的延展措施及研究

4.1 超細水泥材料的使用對粉細砂地層加固的補充作用

施工過程中，普通水泥對低透水層的擴散半徑難以達到理想效果，因此在采用劈裂擴散注漿技術時使用超細水泥材料，在粉細砂地層加固過程中起到很好的滲透作用。主要原因就是超細水泥模度細數更小，對粉細砂地層更有滲透和劈裂作用，借助高壓力可實現粉細砂地層良好的固結性和整體性。因此，企業在施工中建議引進質量符合標準、性能符合要求、規格合格的超細水泥材料，通過特殊材料的引進確保相應疑難地層的加固處理得以高質量的完成。

4.2 雙液漿帶水注漿的時效性研究

建議在施工過程中結合帶水注漿作業按照現場情況、施工狀況等合理配置雙液漿的材料與比例，保證每種材料質量合格、比例符合標準要求，同時結合帶水注漿的作業特點選擇使用性能符合標準的材料。

雙液漿在靜水狀態中可以形成團絮，凝固具有一定時效性，通過試驗數據，優良的漿液配合比可以將凝固狀態維持在3 個月左右，確保帷幕注漿后的加固地層在一定時間內存在足夠的強度和質量。爭取在有效時段內盡快完成注漿段落的開挖和支護，使得時效性與標準相符，超前帷幕預注漿技術滿足地層加固和止水帷幕的基本要求[5]。

5 結語

超前帷幕預注漿技術在巖溶隧道的工程項目領域中具有一定的應用價值，能夠打破傳統注漿技術的局限性。因此在巖溶隧道的項目中應重視超前帷幕預注漿技術的使用，遵循因地制宜的應用原則與要點，結合不同巖溶隧道結構的特征和情況等，適應性使用技術，發揮超前帷幕預注漿技術措施及技術方式的作用價值，滿足當前的項目加固與穩定性需求。