齊岳山隧道帷幕注漿施工的應用

武圓月

(北京市城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101)

1 工程概況及地質特點

齊岳山隧道全長10 528 m，最大埋深670 m，是宜萬線五座風險隧道之一。隧道穿越的地質構造為齊岳山背斜及箭竹溪向斜，為全線重點和控制性工程。根據(jù)超前地質探孔資料反映，圍巖主要以砂巖夾煤層線發(fā)育，在煤層附近圍巖十分破碎，鉆孔中有塌孔現(xiàn)象，且在涌水中夾雜4 cm大小的碎石涌出。地形變化極大，圍巖嚴重風化，巖層破碎，裂隙極為發(fā)育，在該段隧道施工過程中，支護采用復合式襯砌，初期支護為鋼拱架混凝土。根據(jù)超前探孔確定前方有多處含水帶，仍然有發(fā)生較大涌水的可能。

為了解決施工中遇到的困難，經(jīng)上級單位和領導專家討論決定，擬采用帷幕堵水注漿的方法，解決施工中遇到的突水問題，根據(jù)總指現(xiàn)場會商紀要，確定本段DK365+858～DK365+831帷幕注漿段為總長27 m。

2 注漿方案及主要技術參數(shù)

2．1 周邊帷幕注漿的加固范圍

漿液的加固范圍是帷幕注漿最重要的設計參數(shù)，它直接決定著注漿工藝的選擇及其相對應的其他注漿參數(shù)的確定。依據(jù)鐵四院下發(fā)的宜萬線注漿方案總體設計原則和該段的實際工程地質情況，齊岳山隧道正洞帷幕注漿的加固范圍為超過隧道開挖輪廓線外3 m。

2．2 周邊帷幕注漿鉆孔的布置方法

超前周邊帷幕注漿的鉆孔施作，使用四臺能夠傾斜和偏移角度的XY-2PCG水平工程地質鉆機。依據(jù)設計院下發(fā)的相關設計圖紙及根據(jù)正洞開挖斷面圖，超前周邊帷幕注漿的鉆孔采用沿隧道開挖輪廓線布孔，本循環(huán)帷幕注漿鉆孔共布置兩圈，鉆孔角度呈發(fā)射狀分布。

具體的孔位布置見圖1。

2．3 周邊帷幕注漿鉆孔的施作工序

鉆孔工序圖見圖2。

2．4 注漿材料的選擇

考慮到超前堵水帷幕注漿的要求，施工前根據(jù)預測涌水點的水壓力、流量、流速和預計儲水量進行注漿材料選擇，總的要求是:固結孔口管和封孔注漿時選用普通水泥—水玻璃雙液漿;注漿孔涌水量較小，裂隙細微時，選用TGRM水泥基特種灌漿材料，該材料以特制的高性能水泥配以適當?shù)耐饧觿?，共同混合而成，具有早強、高性能水硬性膠凝材料，它擴散性強，可注入0．2 mm以下裂隙;當注漿孔涌水量較大，裂隙寬度大于0．2 mm時，選用膠凝時間為4 min～6 min的普通水泥漿單液漿;當處理斷層破碎帶，地下水流速很大時，則宜先注入惰性材料，如中、粗砂或巖粉等，以充填過水通道，增加漿液流動阻力，減少跑漿，然后注入水泥漿堵水。

圖1 注漿孔位布置圖（單位：cm）

圖2 帷幕注漿鉆孔工序示意圖

對于涌水量很大且具有較大儲水空間的巖溶裂隙型管道的大股突水，堵水措施是將動水變?yōu)橄鄬o水時再進行注漿，即設置堵截墻，使用快速膠凝的漿液堵水，還可以采用分流減壓、減流速的辦法，再調整膠凝時間，對出水點進行封堵。在大孔隙、耗漿量大及注漿易失控的情況下使用水泥、粉煤灰、早強劑拌制的漿液注漿。

2．5 注漿量的計算

漿液的擴散半徑與巖層裂隙很難確定，根據(jù)宜萬線宗旨下發(fā)《巖溶隧道注漿施工管理細則》中有關注漿量的確定方法單孔注漿量為:

一序 Q1= πR2hnα·(1+β)。

二序Q2=80%Q1。

其中，Q為注漿量，m3;R為漿液擴散半徑，m;h為注漿段長，m;n為地層裂隙度，空隙率，%;α為漿液充填系數(shù)，取0．7～0．9;β為漿液損耗系數(shù)。

設計中，nα·(1+β)統(tǒng)稱為充填率，充填率按表1選用。

表1 充填率選用表 %

2．6 注漿參數(shù)選定

2．6．1 注漿材料的配比

漿液材料的水灰比和配合比的相關參數(shù)如表2所示。

表2 漿液配比參數(shù)表

2．6．2 注漿壓力

注漿壓力對漿液的擴散、裂隙填充起著決定性作用，只有足夠的壓力，才能克服靜水壓力和地層阻力將漿液注入巖層中，以達到注漿固結圈的厚度，所以，注漿壓力是漿液在裂隙中流動、擴散、充填、壓實的動力。注漿壓力與巖層裂隙發(fā)育程度、涌水壓力、漿液材料的粘度和膠凝時間長短等有關，目前均按經(jīng)驗采用。由于該注漿段主要是超前周邊帷幕預注漿，且實測水壓0．7 MPa，每個注漿孔之間的巖性有所差別，所以注漿終壓選取1．0 MPa～3．5 MPa。

2．6．3 注漿順序

按照對稱開孔，先外后內，先下后上，間隔跳孔的原則進行，以提高注漿效果和密實度。

2．6．4 注漿方式

為了保證注漿施工的質量和效果，注漿方式全部采用前進式分段注漿和后退式分段注漿相結合的注漿方式進行鉆孔注漿施工。前進式注漿時，分段長度為3 m～5 m。

2．6．5 注漿的工藝流程

注漿的工藝流程圖見圖3。

2．6．6 鉆孔注漿機械設備配套

根據(jù)超前周邊帷幕鉆孔注漿施工的要求，具體需要的機械設備如表3所示。

圖3 注漿工藝流程圖

表3 機械設備一覽表

3 注漿效果檢查與補孔注漿

根據(jù)現(xiàn)場鉆孔所揭示的地質狀況，注漿段的注漿孔全部注完后，還要進行注漿效果檢查和評定?？刹扇》治龇唇Y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，不合格者應補鉆孔注漿。對注漿過程中的各種記錄資料綜合分析，注漿壓力和注漿量變化是否合理，是否達到設計要求;注漿效果檢查主要用鉆檢查孔法。根據(jù)檢查孔涌水量、取芯率和強度來決定是否需補充注漿。如果檢查孔每延米涌水量大于0．15 L/min或局部孔涌水量大于3 L/min時，需進行補充孔注漿，直到達到設計要求為止。

4 結語

帷幕注漿是可以達到堵水并加固地層的效果，從總體思路上講，進行帷幕注漿必須建立良好的止?jié){體系，做好止?jié){墻，先低壓加固好后方巖盤，為盡早實現(xiàn)封閉注漿奠定基礎，這是提高注漿工效的關鍵，采用分段前進式注漿是保證注漿效果的必要因素。其次是根據(jù)地層的裂隙寬度、填充膠結物的特性、水壓和裂隙的連通性確定注漿漿液的類型及配比，以便獲得良好的注漿效果。完全達到了帷幕注漿的目的，為今后隧道安全生產(chǎn)打下堅實基礎。

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［2］王夢?。畬r溶地區(qū)隧道施工水文地質超前預報的意見［J］．鐵道勘察，2004(1):11-14．