裂隙巖體注漿技術(shù)在長(zhǎng)春地鐵中的應(yīng)用

摘 要：地鐵隧道建設(shè)中地下巖體裂隙形成的涌水通道致使地下水滲入隧道洞室，危害地鐵運(yùn)營(yíng)安全。結(jié)合長(zhǎng)春地鐵 2 號(hào)線解放大路站—平陽街站區(qū)間隧道滲水情況，采用先深后淺，最后重點(diǎn)部位強(qiáng)化注漿方式綜合治理圍巖裂隙涌水獲得了良好的治理效果，有效地根治了地鐵隧道初期支護(hù)背后圍巖裂隙涌水的問題，以期該技術(shù)為地鐵隧道初支背后注漿提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;巖體裂隙;涌水;注漿技術(shù)

中圖分類號(hào)：U231.3

0 引言

地鐵隧道施工中，由于地下巖土中大量節(jié)理和裂隙的存在易形成裂隙通道，導(dǎo)致在隧道初期支護(hù)形成后，地下水通過裂隙通道匯集滲透進(jìn)入隧道，造成隧道滲漏水，尤其在隧道穿越地下水層豐富的地質(zhì)區(qū)域，部分裂隙與地下水域連通，加大了隧道圍巖裂隙滲水的情況。注漿技術(shù)則是治理隧道水患災(zāi)害和防滲漏最有效的方法和關(guān)鍵技術(shù)。

本文結(jié)合長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線解放大路站—平陽街站區(qū)間隧道（以下簡(jiǎn)稱“解平隧道”）初期支護(hù)完成后隧道的滲水情況，采用先在隧道滲水區(qū)域段上游端進(jìn)行環(huán)形注漿，后對(duì)該區(qū)域自上游端向下有序進(jìn)行徑向較深層圍巖裂隙群注漿，最后對(duì)頑固滲漏點(diǎn)進(jìn)行淺層圍巖裂隙充填注漿的系統(tǒng)注漿的方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿實(shí)踐，獲得了良好的治理效果，有效根治了地鐵隧道初期支護(hù)背后圍巖裂隙涌水問題。

1 工程概況

長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線解平隧道總長(zhǎng)534.362m，隧道下穿的圍巖結(jié)構(gòu)層主要為第四系中更新統(tǒng)沖洪積黏性土層、粉質(zhì)黏土層、中粗砂層以及白堊紀(jì)全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化泥巖層，圍巖等級(jí)為Ⅲ～Ⅳ級(jí)。隧道覆土8.5～10.6 m，隧道整體上覆圍巖依次為人工填土層、粉質(zhì)黏土層、中/粗砂層，隧道下伏圍巖依次為全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化泥巖層。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，隧道主體所經(jīng)圍巖層局部節(jié)理發(fā)育密集，主要呈現(xiàn)砂土狀及碎裂塊狀，多個(gè)巖層結(jié)構(gòu)面構(gòu)造均有蝕變現(xiàn)象。

解平隧道主體結(jié)構(gòu)下穿圍巖地層中，所含地下水類型主要為第四系孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水。

受巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育程度及匯水條件影響，隧道不同地段地下水的含水量及透水性差異明顯，在局部節(jié)理發(fā)育密集帶及巖體構(gòu)造碎裂地段水量較大。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察鉆探發(fā)現(xiàn)，隧道主體下穿巖層中自上而下含有3層地下水，分別為孔隙潛水、淺層承壓水及泥巖裂隙水。圍巖中的各層地下水通過圍巖裂隙形成的涌水通道透過隧洞初期支護(hù)表面，匯集滲透入隧道洞室內(nèi)，造成隧道洞室結(jié)構(gòu)表面滲漏水，影響工程質(zhì)量及施工進(jìn)度。隧道初期支護(hù)后洞內(nèi)滲漏水情況如圖1所示。

2 裂隙圍巖注漿加固

2.1 總體技術(shù)路線

綜合考慮裂隙圍巖注漿特點(diǎn)，針對(duì)解平隧道內(nèi)滲漏水現(xiàn)狀，制定出總體注漿技術(shù)路線如下。

（1）用地質(zhì)探測(cè)雷達(dá)對(duì)隧道進(jìn)行全方位探測(cè)，明確隧道地質(zhì)層富水區(qū)域，以及地下水層的補(bǔ)給范圍和補(bǔ)給方式，以便進(jìn)行針對(duì)性注漿。

（2）通過打設(shè)導(dǎo)管、布設(shè)管路將隧道上游端集中滲水點(diǎn)處的地下水引導(dǎo)至隧道的下游端，摸清隧道上游端地下水分布及水量大小，并在隧道上游端滲漏點(diǎn)處進(jìn)行環(huán)形注漿。一般滲漏點(diǎn)處漿液采用普通水泥漿，局部滲漏點(diǎn)處涌水量較大，可采用注普通水泥-水玻璃雙液漿來封閉上游端涌水，從而切斷隧道上游端地下水源補(bǔ)充。

（3）根據(jù)解平隧道圍巖特征及滲漏水情況分析，隧道頂部粉質(zhì)黏土層圍巖裂隙為拱頂及側(cè)墻滲水主要的涌水通道，隧道底部風(fēng)化泥巖層圍巖裂隙為仰拱滲水主要的涌水通道，裂隙寬度均在0.5～3 cm，屬于中等裂隙。針對(duì)該滲漏水區(qū)段的注漿封堵，按照從隧道地勢(shì)較高的位置向較低位置進(jìn)行注漿的順序，循序推進(jìn)注漿作業(yè)。首次注漿時(shí)，先采用徑向群孔注漿法進(jìn)行深層圍巖裂隙注漿，即對(duì)同一環(huán)布設(shè)6個(gè)注漿孔并同時(shí)注入水泥漿，通過注漿水泥壓力作用將地下含水層從隧道上游壓向下游。采用徑向群孔注漿法能夠有效防止串漿，提高注漿效率。

（4）經(jīng)過深層圍巖裂隙注漿后，基本能夠有效治理隧道大部分的滲漏水點(diǎn)，若不能將水完全止住，則需要對(duì)淺層圍巖裂隙進(jìn)一步注入超細(xì)水泥或環(huán)氧樹脂漿進(jìn)行鞏固，對(duì)涌水通道進(jìn)行填充堵塞，增強(qiáng)初期支護(hù)的抗?jié)B能力，達(dá)到止水效果。

（5）對(duì)難以根治的少量出水點(diǎn)，使用水泥-水玻璃雙液漿結(jié)合環(huán)氧樹脂或丙烯酸鹽化學(xué)漿對(duì)出水點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性注漿治理。

2.2 深層圍巖裂隙注漿

2.2.1 鉆孔布置

在探明隧道地質(zhì)及地下水分布情況后，立即對(duì)解平隧道上游端即解放大路站端頭處進(jìn)行環(huán)形注水泥漿作業(yè)，先有效切斷隧道上游端的地下水源供給，再對(duì)隧道滲漏水區(qū)段進(jìn)行自上游向下游的深層裂隙徑向群孔注漿。如圖2所示，6個(gè)深層裂隙注漿孔均勻分布在隧道同一斷面內(nèi)，終孔位置距初期支護(hù)垂直距離為3.5 m，注漿孔角度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖節(jié)理發(fā)育形狀確定，相鄰注漿斷面距離為每3 m 1道。為保證裂隙注漿漿液的可注性，可在水泥漿中適當(dāng)加入緩凝劑進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在孔深0.8m 位置安裝橡膠止?jié){塞，防止孔口跑漿。深層圍巖裂隙注漿鉆孔參數(shù)見表1。

2.2.2 注漿斷面劃分

為在提高鉆孔注漿效率的同時(shí)防止?jié){液向未注漿的鉆孔串漿跑漿，在隧道治理區(qū)域內(nèi)設(shè)置斷面1、斷面2、斷面 3、斷面4等4個(gè)注漿斷面并依次順序注漿，其中斷面 1至斷面2距離為135 m，斷面2至斷面3距離為100m，斷面3至終點(diǎn)斷面4距離為300 m，如圖3所示。

2.2.3 注漿工藝

（1）注漿斷面及鉆孔孔位劃分布置完成后，用手持水鉆在初支表面鉆孔，孔深3.5 m左右，成孔后采用高清攝像探頭觀察，探明并測(cè)量孔內(nèi)出水點(diǎn)的位置與深度，有針對(duì)性地定向封堵出水點(diǎn)。

（2）對(duì)注漿孔進(jìn)行壓水，確定注漿孔周圍的裂隙程度，同時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行沖洗，提高圍巖裂隙滲透性，增加水泥漿液的注入量。

（3）進(jìn)行深層圍巖裂隙注漿時(shí)，為防止注漿孔之間的跑漿、串漿，提高注漿效率，采用一次對(duì)整個(gè)斷面6個(gè)注漿孔同步注漿的方式，并在每個(gè)孔口距初支表面80cm處設(shè)置止?jié){塞，防止?jié){液外泄。

（4）深層圍巖裂隙注漿材料以水灰比為1 ： 1 的水泥單液漿為主。為保證漿液具有良好的可注性，使?jié){液能達(dá)到深層圍巖裂隙處，可在每罐約1 000 L水泥漿中少量摻入約2 kg緩凝劑或超細(xì)水泥原材料。觀察周邊跑漿情況，進(jìn)一步動(dòng)態(tài)調(diào)整注漿位置及注漿量。根據(jù)地層情況，滲漏隧道圍巖裂隙一般為中等裂隙，為此根據(jù)表2確定注漿壓力為0.5～1.5 MPa，當(dāng)注漿壓力達(dá)到峰值1.5 MPa或者觀察初支面漿液外泄達(dá)到飽和即可暫時(shí)停止注漿。

（5）對(duì)于注漿過程中輕微跑漿情況，可在水泥漿液內(nèi)摻入一定量的鋸末，控制好注漿壓力繼續(xù)注漿;對(duì)于集中跑漿點(diǎn)，及時(shí)打設(shè)注漿針頭并注入環(huán)氧樹脂化學(xué)漿進(jìn)行封堵。如若該2種方法仍不能制止跑漿，則可將單液水泥漿改為水泥-水玻璃雙液漿，進(jìn)一步控制跑漿串漿情況。

2.3 淺層圍巖裂隙注漿

2.3.1 鉆孔布置

深層裂隙注漿完成后3天，若隧道初支表面大部分滲漏水點(diǎn)處濕漬已干燥，表明該區(qū)域孔隙涌水通道基本已被水泥漿結(jié)實(shí)體完全填堵，后續(xù)初支背后淺層裂隙注漿可在此處適當(dāng)放寬間距或跨過。若初支表面仍有局部滲水陰濕情況，則需要對(duì)該處初支背后淺層裂隙進(jìn)行進(jìn)一步充填注漿治理。

進(jìn)行隧道初支背后淺層裂隙注漿時(shí)（見圖2），淺層裂隙注漿孔均勻穿插在深部圍巖裂隙注漿孔之間，終孔位置與初期支護(hù)垂直距離為1 m，注漿孔角度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖節(jié)理發(fā)育形狀確定。為防止跑漿，注漿管在距孔底0.8 m處安裝橡膠止?jié){塞進(jìn)行封閉處理。淺層圍巖裂隙注漿鉆孔參數(shù)見表3。

淺層圍巖裂隙注漿斷面布置與深層圍巖注漿斷面相同（見圖3），相鄰每環(huán)注漿斷面距離確定為每6 m 1道，對(duì)剩余滲漏點(diǎn)相對(duì)較集中處可適當(dāng)加密為每3 m 1道。

2.3.2 注漿工藝

（1）根據(jù)隧道剩余滲漏點(diǎn)位置及滲漏情況，對(duì)每環(huán)注漿斷面位置及鉆孔孔位重新劃分布置。由于初支背后淺層裂隙注漿孔較短，漿液滲入圍巖深度較淺，注漿量相對(duì)較小，且漿液易通過初支表面滲出，產(chǎn)生的跑漿量相對(duì)較大，因此同一斷面采用單孔注漿方式，確保注漿效果，減少漿液浪費(fèi)。

（2）布置好淺層裂隙注漿孔位后，用手持水鉆在初支表面按照淺層裂隙鉆孔參數(shù)進(jìn)行鉆孔，孔深約1 m，成孔后采用高清攝像頭探入觀察，探測(cè)出孔內(nèi)滲水點(diǎn)的位置與深度，調(diào)整注漿管長(zhǎng)度，針對(duì)出水點(diǎn)進(jìn)行定向封堵。

（3）成孔后向注漿孔內(nèi)壓水，明確注漿漿液走勢(shì)并沖洗孔徑，以進(jìn)一步提高淺層圍巖裂隙的滲透性，增加漿液的注入量。

（4）進(jìn)行淺層圍巖裂隙單孔注漿時(shí)，注漿材料仍以水泥單液漿為主，為保證水泥漿液的可控性，使?jié){液能夠較快速地填充封堵淺層圍巖裂隙，可適當(dāng)增加水灰比至1 ： 1.5左右。觀察初支表面滲出水紋及漿液情況，進(jìn)一步動(dòng)態(tài)調(diào)整注漿位置及注漿量。根據(jù)區(qū)間地層情況，淺層裂隙寬度大都在1～2cm，主要為中等寬度裂隙，參考表2將注漿壓力控制為0.5～1.5 MPa，當(dāng)注漿壓力達(dá)到峰值1.5 MPa或者觀察初支面漿液外泄達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)即可停止注漿。

（5）淺層圍巖裂隙單孔注漿過程中，由于裂隙深度較淺，漿液流動(dòng)距離初支表面較近，加之初期支護(hù)時(shí)對(duì)臨近圍巖結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，容易在注漿過程中出現(xiàn)跑漿漏漿情況。若注漿壓力未達(dá)到1.5 MPa峰值，初支表面裂隙出現(xiàn)輕微漏漿情況，則可在每罐約1 000 L水泥漿中少量加入約0.5 kg速凝劑，并在漏漿點(diǎn)及時(shí)布設(shè)針頭，注入環(huán)氧樹脂化學(xué)漿，快速發(fā)泡填充跑漿處表面裂隙，進(jìn)行止?jié){;若出現(xiàn)較為嚴(yán)重的跑漿情況，則可將單液水泥漿改為水泥-水玻璃雙液漿注入，并動(dòng)態(tài)調(diào)整雙液漿的配比，再配合使用化學(xué)漿封堵跑漿處表面裂隙，從而達(dá)到快速止?jié){的效果，減少漿液浪費(fèi)，提高漿液的注入率和減少對(duì)隧道洞室環(huán)境污染。

2.4 頑固滲漏點(diǎn)封堵處理

隧道初支背后深層圍巖裂隙群孔注漿和淺層圍巖裂隙單孔注漿階段結(jié)束后，隧道整體初支表面干燥，基本已無明顯滲漏點(diǎn)，但在隧道臨近平陽街下端頭處仍存在2處輕微漏點(diǎn)。針對(duì)該2處未能完全止水的滲漏區(qū)域，在滲漏點(diǎn)周圍分多次布設(shè)注漿孔，單孔注入1：1.5濃度水泥漿，并適當(dāng)增加注漿壓力值，在注漿壓力達(dá)到1.8 MPa時(shí)暫停注漿，待水泥漿液初步結(jié)石凝固后，重新更換注漿孔繼續(xù)反復(fù)注漿，并在該處初支表面有明顯止水效果后，更換為雙液漿繼續(xù)注入，徹底封堵住該滲漏點(diǎn)周圍圍巖孔隙，直至該滲漏水區(qū)域完全干燥為止。

注漿過程中，當(dāng)漿液通過初支表面裂隙反復(fù)跑漿時(shí)，可適當(dāng)注入丙烯酸鹽或環(huán)氧樹脂化學(xué)漿將初支表面孔隙進(jìn)行填充封堵后繼續(xù)注漿。

3 注漿效果檢測(cè)

經(jīng)過深層圍巖裂隙群孔注漿、淺層圍巖裂隙單孔注漿及頑固滲漏點(diǎn)強(qiáng)化3輪反復(fù)注漿后，隧道初支表面滲漏水已得到明顯治理。在每輪注漿結(jié)束后即對(duì)該輪注漿效果進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)主要采用觀察法及鉆孔檢查法，觀察初支表面無明顯濕漬或檢查孔內(nèi)干燥無水即為合格。

整個(gè)隧道注漿治理工程結(jié)束后，通過數(shù)字鉆孔攝像頭對(duì)隧道圍巖裂隙進(jìn)行細(xì)部效果檢測(cè)，檢測(cè)孔內(nèi)水泥漿液已有效填充圍巖裂隙，并且孔內(nèi)干燥無水漬。從隧道注漿后整體效果看，隧道內(nèi)基本無水，實(shí)現(xiàn)了良好的注漿止水效果。

4 結(jié)論及建議

（1）針對(duì)地鐵隧道滲漏水情況，首先基于水文地質(zhì)資料、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)等手段對(duì)隧道圍巖裂隙進(jìn)行全方位探測(cè)分析，明確富水區(qū)域、地下水的補(bǔ)給范圍和補(bǔ)給方式，對(duì)裂隙巖體做出準(zhǔn)確和可靠的評(píng)價(jià)。

（2）對(duì)一般地鐵隧道滲漏的治理，均可采用3步走的策略。第1步將區(qū)間上游端地下水層供給來源切斷，避免后期再次滲漏;第2步先通過深層圍巖裂隙進(jìn)行注漿，整體加固區(qū)間圍巖巖體，阻斷區(qū)間段內(nèi)深層地下水源的供給，后對(duì)淺層圍巖裂隙進(jìn)行注漿，填充封堵隧道初支背后淺層的裂隙涌水通道，堵住區(qū)間大部分的滲漏點(diǎn);第3步針對(duì)頑固滲漏點(diǎn)采取適當(dāng)增壓換孔反復(fù)注漿，并配合化學(xué)漿液封堵裂隙表面，達(dá)到徹底止水的效果。

（3）深層圍巖裂隙注漿宜采用群孔注漿方式，可有效防止串漿，提高注漿效率;對(duì)淺層圍巖裂隙涌水的封堵，宜采用針對(duì)性徑向單孔注漿方式，可有效減少跑漿，避免污染隧道，達(dá)到進(jìn)一步增強(qiáng)止水的效果.

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收稿日期 2020-02-05

責(zé)任編輯 朱開明

Application of grouting technology in fractured rock mass in Changchun metro

Zhang Qian

Abstract： In subway tunnel construction， water gushing channel formed by the underground rock fracture causes the underground water to infiltrate into the tunnel chamber， endangering the subway operation safety. Based on the water seepage situation of the tunnel between Jiefang Road Station and Pingyang Street Station of Changchun metro line 2， this paper discusses the comprehensive measures of the surrounding rock fissure water gushing by adopting the method of first-step deep and second-step shallow， and final-step strengthening the grouting at the key parts and it has achieved good countermeasure effect， effectively eradicating the problem of the surrounding rock fissure water gushing behind the initial support of the metro tunnel， providing a reference for the grouting behind the initial support of the metro tunnel.

Keywords： subway tunnel， rock fracture， water gushing， grouting technology

作者簡(jiǎn)介：張乾（1992—），男，助理工程師