高速鐵路隧道建設(shè)中的注漿堵水技術(shù)

盧 偉

（中交路橋華北工程有限公司，北京 100000）

受地質(zhì)、水文的影響，高鐵隧道施工中易出現(xiàn)涌水的情況，不利于隧道建設(shè)工作的正常開展，易誘發(fā)質(zhì)量或安全層面的問(wèn)題。為有效規(guī)避該問(wèn)題，施工單位需以實(shí)際情況為立足點(diǎn)，梳理注漿堵水技術(shù)的應(yīng)用流程，精準(zhǔn)把控技術(shù)要點(diǎn)。

1 工程概況

三姑尖1號(hào)高鐵隧道起訖里程DK113+765.000～DK115+000.000，全長(zhǎng)1 235 m。隧道洞口掘進(jìn)施工期間出現(xiàn)較明顯的涌水問(wèn)題，隨著鉆孔深度的加大，涌水量逐步增加，待深度推進(jìn)至15 m時(shí)，無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，施工進(jìn)程被迫中斷。為了恢復(fù)正常施工狀態(tài)，擬采用注漿堵水技術(shù)，減小涌水對(duì)隧道施工的不良影響。

2 注漿設(shè)計(jì)

2.1 材料的選取與配合比

注漿材料選用普硅水泥和水玻璃，以實(shí)際涌水量、裂隙情況為準(zhǔn)，合理控制漿液的濃度。提前組織試驗(yàn)，綜合考慮濃度、溫度等關(guān)鍵影響因素，確定合適的凝結(jié)時(shí)間。漿液配制階段，水灰比取0.8∶1，水泥與水玻璃的體積比取1∶0.4，按水泥質(zhì)量的3%摻入磷酸氫二鈉，作為緩凝劑而使用。

按前述提供的標(biāo)準(zhǔn)制備漿液，取試件并分析，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，要求7 d齡期強(qiáng)度達(dá)到20 MPa。注漿施工采用注漿泵，利用裝置將適量的水泥、水玻璃同步注入，期間靈活調(diào)整設(shè)置在泵上的調(diào)速閥，以保證流速的合理性。

2.2 注漿系統(tǒng)

注漿施工使用的設(shè)備包括耿興80型與120型注漿泵、C4型全液壓鉆機(jī)、1.0 m3攪拌機(jī)及高壓膠管。考慮施工的便捷性要求，配套使用雙液注漿系統(tǒng)，在孔口處將質(zhì)量達(dá)標(biāo)的水泥和水玻璃混合，再利用高壓注入，使其可有效進(jìn)入縫隙中，隨著漿液的擴(kuò)充與固結(jié)，封堵縫隙，阻止涌水。

3 注漿施工的關(guān)鍵要點(diǎn)

3.1 參數(shù)的控制

（1）凝膠時(shí)間。

綜合考慮進(jìn)水量與泵壓力，由此確定合適的膠凝時(shí)間。進(jìn)水量偏大、泵壓小幅度上升時(shí)，膠凝時(shí)間取1～2 min；進(jìn)水量較少、泵壓在短時(shí)間內(nèi)大幅度提升時(shí)，延長(zhǎng)至5～6 min。

（2）進(jìn)漿量。

以雙液進(jìn)漿量為判斷依據(jù)，該值超300 L/min且泵壓小幅度上升時(shí)，可采用大進(jìn)漿量；該值介于100～300 L/min且泵壓可平穩(wěn)上升時(shí)，可采用正常進(jìn)漿量；該值在100 L/min以內(nèi)且泵壓在短時(shí)間內(nèi)大幅度上升時(shí)，可采用小進(jìn)漿量。

（3）注漿壓力。

漿液順利進(jìn)入縫隙內(nèi)部，可獲得注漿壓力的推動(dòng)作用，在注漿壓力的控制工作中，需充分考慮巖層裂隙規(guī)模、漿液的性能（濃度、擴(kuò)散半徑），根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，將其設(shè)定為2～3 MPa。

（4）注漿量。

在填充率為10%時(shí)，確定注漿量：

式中：Q——注漿量（m3）；H——注漿段總長(zhǎng)（m），取30 m；r——擴(kuò)散半徑（m），取3 m；n——地層孔隙率，取值區(qū)間5%～20%；a——注漿系數(shù)，取值區(qū)間0.7～0.9，結(jié)合實(shí)際施工條件，取0.8；β——漿液損失率，取0.2。

確定前述各項(xiàng)參數(shù)后，結(jié)合式（1）展開計(jì)算，求得注漿量為2.713 m3。

（5）注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。

在注漿壓力與設(shè)計(jì)終壓一致，且吸漿率為18～35 L/min時(shí)，穩(wěn)壓20 min，結(jié)束注漿作業(yè)。

3.2 注漿操作

（1）配漿。

漿液的使用遵循“從稀到濃”的原則，期間靈活調(diào)整；以進(jìn)漿量為準(zhǔn)，合理控制漿液的關(guān)鍵參數(shù)，包含體積比、濃度、凝膠時(shí)間。

（2）注漿。

雙液注漿施工中，依次開啟水泥注漿泵、水玻璃注漿泵，注漿施工過(guò)程中均應(yīng)密切關(guān)注注漿壓力，若該值提升速度較為緩慢，應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)漿量參數(shù)，以保證各項(xiàng)參數(shù)的均衡性。

（3）注漿段長(zhǎng)的設(shè)定。

綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、水文條件、設(shè)備的工作性能（注漿能力），將單次注漿長(zhǎng)度設(shè)為30 m。經(jīng)過(guò)注漿作業(yè)后，開挖23～25 m，預(yù)留5～7 m（不予以開挖），該部分作為后續(xù)注漿堵水施工的止?jié){帶而使用。

（4）止?jié){墻。

止?jié){墻施工采用現(xiàn)澆法，墻體含上、中、下臺(tái)階三部分，高度分別為2.4、2、2 m，厚度分別為1、1.5、2 m。為了保證墻體的穩(wěn)定性，其嵌入底板的深度按0.5 m控制，邊墻與拱部嵌巖深度均為0.3 m。在墻體周邊布設(shè)長(zhǎng)度為3.5 m的砂漿錨桿，環(huán)向間距1 m，進(jìn)入圍巖、止?jié){墻的長(zhǎng)度分別為2、1.5 m。對(duì)于墻體與圍巖形成的接觸區(qū)域，該部分設(shè)置4 m長(zhǎng)的導(dǎo)管，使其與隧道軸線呈45°夾角關(guān)系，并噴射C25混凝土，形成厚度為25 cm的防護(hù)層，充分發(fā)揮防護(hù)的作用，以免在注漿時(shí)漏漿。

（5）埋設(shè)孔口管。

施工人員操作沖擊式鉆機(jī)，鉆深度為3.2 m的孔，向其中置入3 m長(zhǎng)的Ф108孔口管，外露部分20 cm，管壁與孔口的間隙使用麻絲填塞，確保其具有緊密性，再向孔口管內(nèi)注入雙液漿。孔口管為注漿施工中的關(guān)鍵裝置，具有導(dǎo)向作用，在安裝期間應(yīng)精準(zhǔn)控制外插角。

（6）注漿孔的布置。

注漿孔的布置情況將影響注漿堵水效果，具體需以巖層的裂隙及含水層的實(shí)際情況為準(zhǔn)，合理布孔。巖層存在較豐富的裂隙，缺乏明顯的規(guī)律，難以正常布孔，應(yīng)在含水層上均勻布孔[1]。

為了切實(shí)提高注漿堵水施工效果，應(yīng)使注漿孔從裂隙中穿過(guò)，遵循長(zhǎng)短結(jié)合的布置原則，呈傘狀向內(nèi)部輻射，邊墻和拱部?jī)蓚€(gè)區(qū)域均布置四圈，拱部增加至五圈，且均呈梅花形布置。為確保漿液的擴(kuò)散半徑可達(dá)到3 m以上，要求孔底間距＜4.5 m。

（7）鉆孔。

確定注漿孔的孔位后，在指定工作面使用紅油漆標(biāo)記，作為作業(yè)基準(zhǔn)點(diǎn)，再移動(dòng)鉆機(jī)，調(diào)整鉆頭的姿態(tài)，使其對(duì)準(zhǔn)孔位。鉆孔初期遵循“輕加壓、慢速度”的原則。鉆孔過(guò)程中，有關(guān)人員應(yīng)完整記錄信息，包含空號(hào)、起止時(shí)間、涌水的位置、涌水量等。若單孔涌水量在30 L/min以內(nèi)，可繼續(xù)鉆進(jìn)；反之，需隨即暫停注漿作業(yè)。

（8）注漿順序和速度。

優(yōu)先對(duì)外圈注漿，再注內(nèi)圈，同一圈的注漿遵循由下而上間隔施作的原則。

根據(jù)鉆孔涌水量匹配注入速度，涌水量≥50 L/min時(shí)，速度以80～150 L/min為宜；涌水量≤50 L/min時(shí)，需要在該基礎(chǔ)上減小注入速度，以35～80 L/min為宜。

注漿施工是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，涉及材料的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)、注入等環(huán)節(jié)，需按照流程有序推進(jìn)，具體如圖1所示。

圖1 注漿程序示意圖

3.3 質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

注漿孔平面的誤差不超過(guò)5 cm；鉆孔的角度誤差不超過(guò)0.5°；每段注漿的長(zhǎng)度不超過(guò)32 m；成型的注漿帷幕厚度不小于6 m。

（1）注漿分段的長(zhǎng)度。

分段前進(jìn)式注漿，嚴(yán)格控制鉆孔注漿的長(zhǎng)度，以5 m為宜；遇斷層和持軟弱破碎帶時(shí)，需采取注漿處理措施，避免發(fā)生突泥、涌水事故[2]。

（2）注漿完成的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量檢查。

強(qiáng)壓富水隧洞注漿期間，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)實(shí)際情況的檢查，判斷是否具備結(jié)束注漿的條件。單孔結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)測(cè)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓的要求，在該狀態(tài)下穩(wěn)壓10 min，期間進(jìn)漿量在20～30 L/min以內(nèi)。

全段結(jié)束注漿的標(biāo)準(zhǔn)為各孔的實(shí)際表現(xiàn)，均滿足結(jié)束單孔注漿的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)漏漿現(xiàn)象，且涌水量未超過(guò)1 m/（m·d）。在組織水壓試驗(yàn)時(shí)，壓力通?？稍O(shè)定為1.0 MPa，此條件下的進(jìn)水量不宜超過(guò)2 L/min。

在完成注漿作業(yè)后，需要對(duì)比前后的涌水量，根據(jù)所得結(jié)果判斷裂隙漿液填充的情況，進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，若不滿足要求，需分析原因，采取針對(duì)性的處理措施，如補(bǔ)孔注漿；若滿足要求，按照既定施工路線繼續(xù)開挖。

（3）注漿效果檢查。

落實(shí)注漿工作落實(shí)后，在輪廓線范圍內(nèi)打設(shè)檢查孔，可明確注漿施工情況。每循環(huán)的檢查孔數(shù)量以5個(gè)為宜，具體分配方式為拱部2個(gè)+兩側(cè)邊墻各1個(gè)+底部1個(gè)，孔徑均保持一致，即110 mm。

需要充分關(guān)注孔的平均出水量，不超過(guò)0.2 L/min，加固體的抗壓強(qiáng)度需達(dá)到3 MPa以上。若實(shí)際結(jié)果均滿足前述要求，表明注漿施工質(zhì)量較佳，取得較好的注漿效果，可繼續(xù)開挖；若某項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)不滿足要求，需要加強(qiáng)處理，直至達(dá)標(biāo)為止。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高鐵隧道施工易受地質(zhì)、水文等多項(xiàng)因素的影響，易誘發(fā)涌水事故，影響工程各項(xiàng)工作的開展，是高鐵隧道施工中較為嚴(yán)重的問(wèn)題。通過(guò)注漿堵水技術(shù)的應(yīng)用，可改善圍巖的物理力學(xué)性能，取得較佳的堵水加固效果。在工程實(shí)際施工中，若存在涌水問(wèn)題，工作人員應(yīng)準(zhǔn)確掌握實(shí)際情況，制定切實(shí)可行的注漿方案，合理配置物資，由專員組織鉆孔注漿作業(yè)，施工全流程中均應(yīng)加強(qiáng)檢查，確保施工無(wú)誤。