高原單線鐵路隧道富水段超前注漿堵水施工技術

摘要：超前注漿是高原鐵路隧道富水段施工中的關鍵技術之一，主要介紹了新建川藏鐵路拉薩至林芝段扎繞隧道在施工富水段時，超前注漿采用的主要施工方法和技術措施，包括實驗取得的注漿參數，為高原地區(qū)隧道富水段施工積累經驗。

關鍵詞：高原；鐵路隧道；富水；超前注漿；堵水

在現代工程施工中，特別是在建設類、礦山類隧道等方面，滲水、涌水等問題會嚴重影響工程施工安全和進度。隨著工程建設的發(fā)展，我國逐漸開始把預注漿技術應用于隧道、煤礦等開挖工程中，對工程施工有很大的促進作用。本文通過結合工程實踐，介紹了超前注漿在高原單線鐵路隧道富水段內的施工方法、應用情況，以期對后續(xù)類似工程的注漿施工提供一定的經驗和參考。

1項目概況

1.1工程概況

拉林鐵路扎繞隧道位于西藏高原的藏南谷地高山區(qū)，隧址區(qū)氣候極端惡劣，區(qū)內山勢雄偉，谷嶺相間，地勢起伏跌宕。隧址區(qū)內最高點標高為3 630 m，位于隧道軸線左側山脈;最低點標高為3 058 m，位于隧道出口寬谷地帶。隧道全長4 800 m，最大埋深約650 m。

1.2主要工程的工程地質

隧址區(qū)范圍內覆蓋層主要為碎石土、卵石土、塊石土、粉土、粉、細砂，下覆基巖主要為片麻巖（Pt2+3b），測區(qū)基巖大部分裸露，未見區(qū)域性斷裂構造。

1.3主要工程的水文地質

1.3.1地表水

隧址區(qū)臨近雅魯藏布江，主要地表水為溝水，其水量受降雨量及冰雪融化影響較大。

1.3.2地下水

隧址區(qū)地下水主要為基巖裂隙水和第四系孔隙潛水。Q最大=15 000 m3/d，在施工中，若揭示隱蔽構造，并形成導水通道的時候，涌水量將會成倍增加。總體而言，受雅魯藏布江河谷深切作用影響，區(qū)內地下水發(fā)育，呈中等弱富水，且地下水埋深大。

2富水段施工概況

扎繞隧道D2K374+846～D2K374+871段，開挖揭示地層巖性為片麻巖，強風化，地質構造作用強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，銹染、次生泥現象普遍，巖體呈鑲嵌碎裂結構，局部呈碎裂結構，地下水呈“股狀”發(fā)育特征，伴有泥沙角礫的涌出現象。該隧道在施工過程中多次發(fā)生突水、涌泥情況。受多種情況影響，部分地下水發(fā)育段落巖體呈現破碎狀，局部極破碎狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，差異風化現象嚴重，巖質軟硬不均。該隧道富水段整體施工難度較大，隧道實際涌水量已超出設計水溝排放能力范圍。

3富水段超前注漿施工方案

（1） 方案原則：通過超前注漿，降低出水量，防止地下水對圍巖產生破壞，同時加固圍巖，降低后期隧道施工過程中坍塌、大變形的風險，保障隧道施工的安全質量。

（2） 方案選擇：隧道內超前注漿一般以管棚或小導管注漿為主，根據施工開挖揭示地質情況及施工環(huán)境，此方案選用管棚超前注漿堵水。施工時，強化超前注漿各工序的質量管控，詳細記錄各項參數、洞內涌水量及圍巖加固情況，為后續(xù)富水段落注漿施工提供依據（見圖1、圖2）。

3.1加固范圍

D2K374+846～D2K374+871段，縱向長度25 m，加固范圍為拱部180°。施工中可根據出水點及開挖段地質情況確定環(huán)向加固范圍。

3.2管棚超前注漿方法及注意要點

3.2.1超前鉆孔

（1） 孔位布置

超前注漿管棚長度10 m，環(huán)向間距0.3 m，縱向間距6.4 m。

為保證超前注漿施工效果，在富水段落前后兩個方向各增加2 m，以保證注漿效果。

（2） 鉆孔施工

采用潛孔鉆機鉆孔，鉆孔由高位向低位進行。

a. 圍巖情況較好地段，一次鉆進成孔。

b. 圍巖情況較差地段，不易成孔，采用前進式分段注漿根管鉆進成孔。

c. 鉆進時套管及導向鋼管均采用無縫鋼管，以防止塌孔變形堵塞。

3.2.2注漿

（1） 采用一次成孔的，采用后退式一次注漿加固，當孔內涌水量大時，也可采用前進式分段注漿工藝。

（2） 采用分段成孔的，采用前進式分段注漿工藝。

3.2.3施工注意要點

（1） 鉆孔施工時，保證方向角誤差為1°，孔口間距±50 mm，孔深±50 mm。注漿順序按照鉆孔分布，從下往上進行施工，漿液注滿后持壓15 min后停止注漿。

（2） 鉆孔中實施探注結合，掌握治理區(qū)域圍巖的性質及水文地質情況，為后續(xù)孔施工提供依據，根據探查的地質水文情況，確定超前注漿重點加固區(qū)域。后續(xù)注漿鉆孔還兼作前序孔注漿效果的檢查孔使用，以及時了解前期注漿漿液的擴散情況（擴散方向、范圍、充填程度和結石體的固結強度等），盡可能保證注漿后不留盲區(qū)，不留薄弱點。

（3） 注漿前，要對注漿系統(tǒng)進行壓水檢查，壓水壓力一般為設計注漿壓力的1.2倍，以檢查各注漿機具的密封性和完好性，同時檢查攪拌機運行狀況，發(fā)現問題立即解決，以避免在注漿過程中因機械故障而造成注漿中斷。

（4） 注漿壓力的控制：開泵前旋轉壓力調節(jié)旋鈕將油壓調在要求的油壓刻度上，隨注漿阻力的增大，泵壓隨之升高，當達到調定值時，會自動停機，不至于產生超壓注漿的危險。注漿泵流量的控制：注漿泵流量大小由注漿泵的排量調節(jié)控制按鈕和排量記錄儀能方便地加以控制。預注漿終壓：設計注漿壓力（終壓值）=水壓力P水+2 Mpa。

（5） 注漿薄弱地段，開挖采用超前小導管進行補注漿加強。

（6） 在突涌水時，松散、軟弱、含水或坍塌嚴重的地層內以注雙液漿為主;注單液漿時，若持續(xù)注漿較長時間內不升壓，要改為雙液漿;注漿套管封堵以雙液漿為主。漿液在自動計量拌和站集中攪拌，采用砼灌車運輸到掌子面的漿液攪拌桶內，注漿前不停攪拌，直至注漿完成。

3.3注漿材料

注漿一般采用普通水泥單液漿，在遇突涌水、地質軟弱松散等特殊地段時，采用水泥水玻璃雙液漿。施工中可根據開挖揭示地質情況及漿液留存情況進行材料選用及漿液配比選擇（見表1）。本次注漿堵水地段受地層情況及突涌水影響，選擇使用水泥水玻璃雙液漿作為主要注漿材料。

單液漿采用P.0 42.5級普通硅酸鹽水泥，制漿時依次將清水、水泥放入攪拌機內，攪拌時間不低于10 min，直到注漿前。水玻璃波美度為Be=40，使用前稀釋到35。

施工中確保使用材料合格、新鮮、保質。

3.4注漿參數

縱向加固段為富水段縱向長度25 m，單孔有效擴散半徑2 m;注漿采用滲透、擠密、劈裂等方式來綜合治理洞內突涌水的情況，并進行圍巖加固，注漿壓力2～4.0 Mpa。

3.5注漿結束標準

注漿壓力達到設計終壓，或單孔注漿量達到設計量的80%以上時，可結束注漿。若施工中仍有較大涌水時，則按照以下標準執(zhí)行：

（1） 單孔結束標準：注漿壓力逐步升高至設計終壓，并繼續(xù)注漿15 min以上;注漿結束時的進漿量小于初始進漿量的1/4;檢查孔涌水量小于0.2 L/min。

（2） 全段結束標準：所有注漿孔均已符合單孔結束條件，無漏注現象;注漿后涌水量小于5～10 m3/d;漿液有效注入范圍大于設計值;檢查孔鉆取巖芯，漿液充填飽滿。

注漿結束后，及時將注漿孔和檢查孔封堵密實。

3.6注漿施工過程異常情況處理

（1） 鉆孔施工中，如遇到突泥情況時，立即停止施工，進行注漿處理。

（2） 注漿作業(yè)時，掌子面有細小裂隙跑漿，用浸泡過水泥的麻絲填塞，同時調整漿液配合比，縮短凝結時間。此后若仍有跑漿，于跑漿處鉆潛孔注漿封堵。

（3） 在注漿過程中，如發(fā)生串漿現象，則增加注漿設備同時注漿，條件不允許時，立即封堵串漿孔，防止?jié){液外流，影響注漿效果。

（4） 注漿時漿液注入量大，且壓力不隨時間升高，則重新調整漿液配合比及濃度，使其凝膠時間縮短，并進行低壓、小泵量注漿，以增加漿液在圍巖裂隙中的停留時間，以便漿液凝結;有時也可在漿液凝膠前，進行間歇式注漿。

（5） 注漿孔全部施工完成后，根據壓漿孔涌水量來決定局部地段是否需補設注漿孔。

（6） 因故中斷注漿工作時，按下述原則處理：

a. 漿液凝膠前，盡快恢復作業(yè)，否則先沖洗鉆孔，而后恢復注漿。在無法沖洗或沖洗無效時，則進行掃孔，而后恢復注漿;

b. 注漿恢復后，若入漿量相比中斷前有大量減少，且吸漿時間較短，應采取補救措施;

c. 注漿長時間不結束、吸漿量大的地段，采取限流、限量、低壓、濃漿、雙液漿、間歇注漿或摻加速凝劑等方式處理;

d. 注漿過程中，若注漿壓力等突然發(fā)生較大變化時，結合施工情況，查明突變原因，采取相應的措施處理。

4注漿效果評定意見及結論

4.1綜合效果評定意見

在注漿施工完成后，結合施工中注漿情況，采用分析法、鉆孔檢測法及開挖取樣法對本次注漿情況進行了評定，綜合幾種評定分析得出：

（1） 在注漿過程中，隨著時間的增加，注漿壓力逐步上升，注漿速度明顯降低，最終達到設計終壓，該項數值變化符合地層擠密規(guī)律，達到擠密壓實的目的。

（2） 低位孔（先注孔）、高位孔（后注孔）的單孔注漿量變化符合地層填充擠密規(guī)律，檢測孔注漿PQt曲線顯示，該孔區(qū)域已飽和密實，檢測孔出水量在要求之內。

（3） 開挖取樣發(fā)現，注漿后，掌子面巖土被有效加固，地下水發(fā)育不明顯，掌子面自穩(wěn)性好。

（4） 通過上述超前注漿效果評定分析及檢查，結合現場實際注漿后的富水情況，表明富水段超前注漿符合注漿加固堵水評定要求，本次超前注漿效果達到了預期目的。

4.2結論

本次超前注漿在施工中嚴格按照方案執(zhí)行，通過分析法、鉆孔檢測法及開挖取樣法對注漿效果進行分析評定，結合注漿評定分析結果，可以得出以下結論：

（1） 超前注漿方案可以達到現場堵水加固的要求，降低了施工風險，且可有效減少后期滲漏水處理難度和處理費用。

（2） 該富水段的注漿參數可用于指導后續(xù)段落超前注漿堵水施工。

作者簡介：郭浩然，男，工程師，本科，研究方向：隧道施工。