李明忠
中铁十七局集团第五工程有限公司 山西省太原市 030032
摘要：在岩溶地区修建隧道，由于岩溶发育，涌水是极易发生的灾害之一，容易引发围岩塌塌、隧道倒灌等工程事故。而采用帷幕注浆施工技术处理隧道内的涌水问题，对隧道穿越围岩节理发育、高压富水区的处理，避免突发性涌水、突泥的发生具有明显的效果。基于此，本文论述了帷幕注浆技术在隧道岩溶涌水治理中的应用。
关键词：帷幕注浆技术；隧道岩溶；涌水
在隧道施工过程中，由于围岩破碎、周围环境复杂等结构特征，极易诱发涌水、突泥等灾害，同时它也是最严重的地质灾害之一。若处治措施不当，不仅不能保证隧道的施工安全，还会影响隧道建成后的运营环境。因此，有必要研究帷幕灌浆技术在隧道岩溶涌水中的应用。
一、帷幕注浆原理
帷幕注浆是通过在工作面钻地质探孔和超前注浆孔，对于破碎岩层、砂软石层、中（细、粉）砂层等有一定透水性的地层，采用中低压力将浆液压注到上述地层中的裂隙、裂缝、空隙里凝固后将岩土或颗粒胶结为整体，即渗透注浆；对于颗粒更细的不透水、不透浆液的粘土层，采用高压浆液强行挤压深孔周围，使粘土层劈裂并填充浆液且凝结于其中，从而对粘土层起到挤压加固和增加高强夹层加固的作用，即劈裂注浆。
二、岩溶区隧道涌水地质条件研究
岩溶区隧道涌水研究必须要注重水文地质条件的研究，因为每一种方法、公式的提出都是基于地质条件的研究基础之上的。岩溶区地质条件较复杂，从隧道施工期发生的较为严重的涌水事件来看，岩溶区易发生涌水的地质条件可分为以下几类：
1、向斜盆地形成的储水构造。向斜盆地，特别是其轴部往往富含地下水，隧道中的大量涌水与它相关。
2、断层破碎带、不整合面和侵入岩接触面。它们常为含水构造，特别是活动性断层，其未胶结构造带和派生构造带常形成断层含水构造。
3、岩溶管道、地下河。在混流带，因岩溶发育强烈，常会出现含水溶洞和地下河，施工期间如揭穿岩溶管道、地下河，或岩溶水从管道中突破而出，均会造成涌水灾害。
4、其他含水构造、含水体。除上述涌水条件外，背斜轴部也往往由于张性断裂发育而富水。另外，层状隔水层间形成的含水体、岩溶地层中的孤立含水体等均有可能使隧道发生涌水。
三、工程概况
某岩槽隧道全长3721m，地下水丰富，两侧分支断层、节理等次级构造发育，造成岩体破碎，地质情况十分复杂，当施工至一定里程时，根据地质超前预报实施细则，在进行地质超前钻探时，探孔内出现高压涌水，水质由混浊逐渐变清，射距3.0m，封闭后实测水压1.8 MPa，出水量450m3/h，洞内掌子面很快被淹，严重影响了施工的正常进行。
四、帷幕注浆进行封堵的方案及其实施
1、帷幕注浆机理
1）采用超前预注浆技术。把水泥浆液、水泥-水玻璃双液浆通过注浆孔压入地层裂隙之中。用浆液颗粒填充出水裂隙，防止细小颗粒流失导致渗水路径形成，改善地层原有的透水特性。在隧道开挖线外5m范围制造截水帷幕，降低地层透水系数，限制或阻断水流，以达到注浆堵水的目的，从而为隧道掘进施工提供条件。
2）注浆以劈裂注浆为主，渗透注浆为辅。渗透注浆主要通过浆液与地下水形成具有一定强度的聚合反应物，加强岩体颗粒间胶结，阻塞渗水通过，防止颗粒流失造成岩体结构破坏并止水。劈裂注浆则通过高压劈裂挤密软弱岩体，利用强度较好的浆液凝固体在软弱层面形成骨架，约束岩体变形，提高岩体的整体稳定性，同时用浆液置换岩体中的饱水空间，整体上提高岩体抗水化能力。
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3）隧道开挖完成后，针对局部出现渗漏水的部位采取径向帷幕注浆，和超前帷幕注浆形成良好的止水体系，为后期运营提供安全保障。
2、帷幕注浆施工方案设计。根据超前探孔钻探分析，掌子面出水为围岩层间裂隙水，决定采用周边帷幕预注浆封堵裂隙水并加固地层。
1）通过注浆充填衬砌开挖轮廓线外5m范围内的围岩裂隙，防止开挖过程中发生突泥、突水等地质灾害，从而保证施工安全，减少直接作用在衬砌结构上的荷载，确保后期运营结构安全。
2）采用分段前进式注浆：在帷幕注浆段范围根据打孔时出水情况进行分段，分段长度一般为5m左右。
3）接缝灌浆：在进行本循环帷幕注浆施工时，首先施工止浆墙，以减小掌子面出水对浇注混凝土质量的影响，并预留接缝灌浆管路；并在超前注浆之前进行，保证止浆墙与周边围岩连接成整体，防止注浆时冒浆、跑浆。其次是采用径向注浆加固后盘5m范围内周边破碎围岩，避免因超前注浆堵塞水路而引起后方掌子面水压增大带来的隐患。
4）全断面周边深孔超前帷幕预注浆参数：加固范围，掌子面及开挖轮廓线外5m；扩散半径，2.0m；注浆孔直径，110mm；钻孔深度，31m；分段长度，3～5m；注浆速度，5～110L/min；注浆终压，6～7 MPa；终孔间距，2.2m。
3、帷幕注浆施工
1）施工机具及注浆材料
①钻孔设备：MGJ-50型锚杆钻机和QD100A潜孔钻机。
②注浆设备：BW-150型泥浆泵和2TGZ-60/210双液注浆泵。
③注浆材料及注浆配比：采用水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆。为保证浆液能有效扩散，注水泥单液浆（掺入浓度为30～35°Be的水玻璃作为早强剂，掺量3％～5％），水灰比1：1～0.6：1，由稀到浓逐级变换，当注浆压力和注浆量达到设计要求不能自封孔的，采用双液浆予以封孔；钻孔内出水量很大。先注单液浆，保证浆液有效扩散，注单液浆无法达到注浆效果或注浆压力长时间不上升，采用注双液浆，配比为：水泥浆0.6：1，水玻璃浓度为30～35°Be，体积比1：0.3～1：0.5。
2）帷幕注浆工艺流程。施工止浆墙--钻孔布置--钻孔--压水试验--注浆--注浆效果评定--开挖支护--下一循环施工。
3）帷幕注浆施工关键技术
①止浆墙施工：止浆效果的好与坏直接关系到注浆的成功与失败，必须引起高度重视，确保止浆墙的施工质量并与周边岩体连接成整体，必要时增设接缝灌浆系统。预埋孔口管，与止浆墙共同形成良好的止浆体系，杜绝注浆时跑浆、冒浆，提高注浆工效。
②孔口管布设：按设计要求并根据掌子面揭示的地质状况局部调整或有针对性增加孔口管，保证注浆孔穿过裂隙，注浆时浆液能有效填充出水裂隙，以提高注浆效果。
③钻孔：严格按照设计的钻孔方向和角度打孔并及时纠偏，确保注浆施工能形成良好的止水帷幕。注浆孔要起到“一孔多用”的目的：a.在打孔过程中随时观察孔内出水量变化情况，掌握前方的岩性、裂隙发育状况，为注浆方案及浆液配比提供依据；b.注浆检查，二序孔对一序孔的注浆效果进行检查评定；c.总结经验，优化注浆设计及施工方案。
④压水实验：正式注浆前，用0.8倍的注浆设计终压进行压水试验，其目的是检察管路是否连接正常；检查管路系统是否耐压，有无漏水现象；测定岩层吸水量，以确定浆液初始浓度、凝胶时间和预计注浆量；测定注浆压力损失情况，确定终压；将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外。
⑤制浆：采用高速搅拌机制浆，搅拌时间不小于3min。
⑥注浆方式及顺序：采用前进分段式注浆，分段长度3～5m，先低压注浆加固后方岩盘，后采用纯压式深孔注浆。按照对称开孔、先外后内、先下后上、间隔跳孔的原则进行，以提高注浆效果和密实度。
⑦注浆结束标准：达到设计终压值，进浆量小于10L/min。
4）帷幕注浆效果检查评定
①注浆效果评定标准：a.一般地段检查孔出水量小于0.2L/min；b.压水检查，在1.0 MPa压力下，进水量小于2L/min；c.由检查孔采取岩芯，观察注浆充填情况。如不能达到施工要求，则要根据情况进行补孔注浆，直到满足为止。
②方法：采用打超前探孔取芯分析及观察探孔内出水情况进行检查。通过揭示后的地质状况分析，浆液对裂隙的填充比较密实，减小了地层透水系数，从而起到了有效的堵水作用。
参考文献：
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[2]王之山.隧道涌水带帷幕注浆设计与施工[J].四川建筑，2015（05）：7O-71.
[3]岳丽敏.隧道涌水处理施工技术[J]．国防交通工程与技术，2015（04）：51-53.
论文作者:李明忠
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/18
标签：注浆论文; 帷幕论文; 浆液论文; 岩溶论文; 隧道论文; 裂隙论文; 围岩论文; 《建筑细部》2019年第12期论文;