重慶軌道交通中梁山隧道涌水段注漿堵水施工技術(shù)

摘要：隨著我國公路、鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，長大隧道修建數(shù)量不斷增加，隧道突涌水地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，特別是在巖溶地區(qū)修建的隧道更為突出，突涌水地質(zhì)災(zāi)害已成為影響隧道施工及安全的主要因素。因此在長大隧道的修建過程中如何有效的預(yù)防涌水、突泥、坍方、變形等地質(zhì)災(zāi)害一直是施工的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)，成為制約工程順利推進(jìn)和工程風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞：隧道;突涌水;注漿;質(zhì)量

1 工程概況

重慶軌道交通六號線2期中梁山隧道位于重慶市北碚區(qū)三溪口村瓦房子社，為單洞雙線輕軌專用隧道，其里程樁號為YDK47+853～YDK52+175全長4322m，隧道平面線形為直線，設(shè)計(jì)縱坡呈“人”字坡，進(jìn)口坡度3‰，出洞口端坡度為20‰。隧道跨度大，最大開挖寬度12m，隧道最大開挖高度10.9m，除洞口段均為深埋隧道。中梁山隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，施工中遇到高壓地下水、腐蝕性地下水、瓦斯、煤層、溶洞、暗河、石膏巖、煤層采空區(qū)、斷層、觀音峽背斜等，最大埋深約410m。

2012年10月24日中梁山2號隧道進(jìn)口YDK48+917.3處打設(shè)鎖腳錨桿并清理淤泥時(shí)開始出現(xiàn)涌水，此次掌子面涌水最大出水量約31000m3/天，其中單孔最大出水量約12000m3/天。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

根據(jù)地勘資料并結(jié)合物探和地質(zhì)鉆機(jī)探孔，本段溶洞具有以下特征：

（1）高壓富水且含沙。施工工程中鉆孔注漿最大單孔涌水12000m3/天。水壓達(dá)到4.5MPa.

（2）規(guī)模宏大。根據(jù)物探結(jié)合鉆探，探出隧道下方存在暗河寬12米。發(fā)育在圍巖交換處。

（3）巖溶水主要受大氣降雨補(bǔ)給，雨季隧道涌水量會突然增大水壓高破壞力強(qiáng)。

3注漿施工重難點(diǎn)分析

3.1 注漿施工重點(diǎn)

（1）涌水、突泥、坍方、變形等地質(zhì)災(zāi)害一直是施工的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)，成為制約工程順利推進(jìn)和工程風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵因素。也是我項(xiàng)目控制重點(diǎn)。

（2）摸清隧道涌水段地質(zhì)情況，為隧道帷幕注漿制定方案提供可靠依據(jù)。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對巖體完整、其結(jié)構(gòu)性能可保證開挖安全，但掌子面大面積淌水且掌子面總水量lt;10m3/h，實(shí)施開挖后全斷面徑向注漿，注漿加固圈固結(jié)范圍為開挖輪廓線外5m。保證掌子面安全施工。

3.2 注漿施工難點(diǎn)

（1）結(jié)合本工程設(shè)計(jì)理念已堵為主，注漿堵水要求高，隧道區(qū)域范圍內(nèi)有居民住房，度假村，大型水庫，隧道內(nèi)涌水對地表影響較大，易引起地表塌陷、房屋開裂、水庫干涸等。

（2）隧道地質(zhì)復(fù)雜，巖性變化大，隧道埋深大，出水量大，水壓高，鉆孔成孔條件差，注漿難度大。

（3）隧道掌子面注漿堵水，后方滲漏水嚴(yán)重。

（4）選用多種注漿材料根據(jù)注漿過程中出現(xiàn)問題混合使用，從而達(dá)到注漿效果。

圖1" 鉆孔涌水情況

圖2" 鉆孔探出填充物情況

4注漿施工總體方案

考慮到掌子面后方有較大含水體，并存在一軟弱夾層，掌子面前方進(jìn)行全斷面注漿對涌水封堵后，可能存在水壓增大而導(dǎo)致水體與后方含水體貫通，對后方初支造成危害，故對掌子面后方25m范圍初支進(jìn)行徑向注漿加固。

4.1鉆孔注漿工藝

（1）全斷面超前帷幕注漿采用多功能地質(zhì)鉆機(jī)HTYM808鉆機(jī)鉆孔，開孔直徑Φ130mm，終孔Φ90mm左右;

（2）采用Φ130mm開孔鉆至2.8-3.0m后，安設(shè)并固結(jié)、錨固孔口管?？卓诠懿捎忙?20mm，δ=5mm，L=3m熱扎無縫鋼管，前端焊接法蘭盤。為防止鉆進(jìn)過程中突發(fā)涌水，鉆進(jìn)前應(yīng)在孔口管上安設(shè)好后安設(shè)高壓防水球閥;

（3）超前預(yù)注漿采用前進(jìn)式分段注漿工藝，分段長度為1～5m，實(shí)際分段步長可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整;

（4）注漿順序采取間隔跳孔的方式，按兩序施做，實(shí)施約束型注漿模式，達(dá)到注漿堵水、加固的目的。

4.2注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在注漿過程中，當(dāng)注到一定時(shí)間、一定量時(shí)，若壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)結(jié)束注漿。或注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并穩(wěn)定10min后，即可結(jié)束該孔注漿。當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的2倍以上時(shí)，壓力仍然不上升，可采取雙液注漿等措施結(jié)束該孔注漿。

所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無漏水現(xiàn)象，則可結(jié)束注漿。

4.2" 注漿施工情況

本循環(huán)全斷面注漿開孔154個，φ110鉆孔462米，φ90鉆孔 6868米（含重復(fù)鉆孔），注普通水泥漿712m3，注水泥+水玻璃雙液漿475m3，注硫鋁酸鹽水泥漿1721m3。檢查孔14個。

本循環(huán)注漿分為上下兩部分，下半部開孔注漿100個孔，檢查孔9個;下半部合格達(dá)到注漿預(yù)期效果后，施做上半部，54個注漿孔，檢查孔5個。

圖3" 出水量及注漿量較大孔位圖（紅色標(biāo)注）

從鉆孔情況來看，在25米范圍內(nèi)地層軟硬不均，沖洗液的顏色多為黃、淡黃色，其間多次出現(xiàn)軟弱夾層，其中前20米存在明顯的巖溶發(fā)育，水量大，水較多，實(shí)測壓力達(dá)1.35Mpa，注漿過程中采用前進(jìn)尺注漿方式，分段鉆進(jìn);前期施工中水壓、水量大，巖體較為破碎，常出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。

由于其地質(zhì)的不均及巖溶發(fā)育的不規(guī)律，出水點(diǎn)不同，對整個掌子面，出水主要集中在左部偏下的位置，同時(shí)在注漿過程中，水量大的孔相對吸漿量也大，注漿量相對較大的孔分布

在注漿的過程中，由于前期出水大，掌子面止?jié){墻有開裂現(xiàn)象，使用普通水泥雙液漿對止?jié){墻進(jìn)行封堵。在注漿的過程中，根據(jù)地層的情況，出水情況等實(shí)時(shí)調(diào)整漿液的種類，漿材以硫鋁酸鹽水泥為主，水泥漿、水泥–水玻璃漿為輔的方式進(jìn)行。

5 注漿效果檢查

注漿結(jié)束后，采用施做檢查孔及理論計(jì)算的方式對注漿效果進(jìn)行檢查，具體情況如下描述。

5.1 檢查孔法

注漿效果檢驗(yàn)主要以檢查孔數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，根據(jù)注漿狀況，選擇注漿范圍可能存在薄弱環(huán)節(jié)的注漿部位布設(shè)檢查孔，對注漿效果進(jìn)行鉆孔檢查，測定涌水量。本次注漿檢查孔數(shù)量為14個，檢查孔數(shù)量約為注漿孔數(shù)量的9%，滿足設(shè)計(jì)要求5%-10%的要求，檢查范圍25米。從檢查孔的情況來看，設(shè)計(jì)要求每個孔注漿后的流水量不大于0.2L/min，實(shí)際檢測結(jié)果出水孔最大出水量為0.15/min。（檢查孔布置圖見圖）

A 檢查孔開孔布置圖

B 檢查孔終孔位置圖

圖4"" 全斷面超前預(yù)注漿檢查孔圖

6 注漿效果分析

6.1 鉆孔成孔率分析

對施工過程中的A、B、C三序注漿孔終孔段位時(shí)分別下PVC管，判斷鉆孔成孔率和注漿加固效果，累積下PVC管154個孔，從下管的情況看最先施作的部分孔存在塌孔現(xiàn)象，而后其周圍地層得到有效加固改良以后，其他孔則不再有塌孔現(xiàn)象，改良后的地層平均成孔率為95%以上，達(dá)到了預(yù)期的注漿效果。

6.2 漿液填充率分析

受前期涌水影響，地層損失較為嚴(yán)重，按20%裂隙考慮，總注漿量2908m3，考慮漿液損失系數(shù)1.1，計(jì)算分析潰口段漿液充填率達(dá)到84%，達(dá)到預(yù)期注漿效果。

6.3 P-Q-t曲線分析

本循環(huán)注漿仍以加固軟弱地層堵水為主，根據(jù)施工過程注漿壓力隨時(shí)間有明顯的波動，一般注漿壓力上升達(dá)到4MPa時(shí)，壓力就會下降，注漿流量增加，如此反復(fù)數(shù)次后，經(jīng)過反復(fù)的劈裂-擠密-劈裂…，當(dāng)?shù)貙用軐?shí)度達(dá)到一定程度時(shí)，注漿壓力達(dá)到或超過設(shè)計(jì)壓力，漿液流量減小，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，滿足軟弱地層劈裂注漿機(jī)理，達(dá)到了注漿效果。P-Q-t曲線如圖所示。

6.4 開挖效果分析

本次注漿后，順利開挖20米，從開挖后掌子面漿液擴(kuò)散情況看：

（1）掌子面自穩(wěn)情況比注漿有了明顯改善，涌水量明顯減小。

（2）破碎圍巖已被水泥有效填充加固，軟弱地段通過注漿也達(dá)到了很好的結(jié)實(shí)。

圖5" 通過孔內(nèi)成像揭示注漿后漿體結(jié)實(shí)情況

7" 結(jié)論及認(rèn)識

（1）根據(jù)鉆孔揭示的地質(zhì)情況和注漿效果分析，建議本次開挖長度為20m（含止?jié){墻），當(dāng)開挖完成后及時(shí)施作超前地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)、紅外線探水和30m超前探孔工作后再確定下部施工方案。

（2）此次注漿采用的是全斷面超前帷幕注漿方式，由于其方式的局限性，難以保證前方水通過未加固區(qū)的裂隙流到掌子面，故在開挖中，要邊挖邊探，水量大時(shí)需及時(shí)封堵或抽排，保證施工的安全。

（3）地層注漿后，得到堵水加固，但開挖的爆破作用，注漿過程中為了加固止?jié){墻和封孔注入水泥-水玻璃雙液漿，由于其脆裂性及擴(kuò)散距離達(dá)不到，可能形成原裂隙重新打開或者形成新的裂隙，故開挖時(shí)需采取減震爆破方式，增加鉆孔數(shù)量，減少裝藥量，盡量減少爆破對地層的松動作用，防止通過注漿已達(dá)到閉合的裂隙由于爆破振動形成敞開的裂隙，水系重新被打開，給開挖施工造成危害。

（4）在開挖前，按時(shí)完成超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和紅外線探水工作，發(fā)現(xiàn)前方水源較豐富，開挖施工中，分隊(duì)結(jié)合地質(zhì)預(yù)報(bào)情況按照相關(guān)規(guī)范及要求每循環(huán)開挖時(shí)施作5m超前探孔，及時(shí)發(fā)現(xiàn)前方水源，避免了涌水的發(fā)生，以后施工中應(yīng)該繼續(xù)堅(jiān)持。

（5）開挖過程中應(yīng)及時(shí)初支，并做好應(yīng)急和搶險(xiǎn)準(zhǔn)備，保證排水和通訊系統(tǒng)暢通，防止涌水，確保開挖安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]茅偉才 《鐵路工程建設(shè)——科技動態(tài)報(bào)告文集——鐵路隧道及地下工程分冊（1989）》，鐵道部基本建設(shè)總局。

[2]張旭東" 關(guān)于巖溶隧道帷幕注漿材料選擇的探討，J 地下空間，2005（3），1117-119。

[3]呂康成" 崔凌秋等 《隧道防排水工程指南》 人民交通出版社，2005。

[4]程驍" 張鳳祥，土建注漿施工與效果檢測""" 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1998

[5]劉" 丹" 關(guān)寶樹 《鐵路工程建設(shè)——科技動態(tài)報(bào)告文集——鐵路隧道及地下工程（1995）》，鐵道部建設(shè)司鐵路隧道和地下工程科技信息中心編，西南交通大學(xué)出版社。