张连生
（中铁五局二公司，湖南，衡阳，412000）
【摘 要】本文介绍了均昌隧道出口端突泥突水抢险治理技术，采用全断面帷幕注浆方案，并在地质条件与水文地质状况、治理方案、施工工艺、注浆效果评定等几个方面作了具体介绍。
【关键词】竖向支撑；帷幕注浆；宏禹一号；双浆液；P-Q-t曲线法
1．工程概况
岑溪至水汶高速公路项目均昌隧道位为分离式小净距，两洞车道中心线间距为30m，净距为17m，净空（孔—宽×高）为1-10.75×5m。左洞起止桩号为DK6+460～DK10+725，长4270m，右洞起止桩号为CK6+477～CK10+765，长4288m，隧道单幅长近4.3km，属于特长隧道。
本隧道于2011年4月正式开工，当施工至下图所示区域时，遭遇了多次涌水突泥灾害，导致施工进度缓慢。该区域隧道埋深约90-100m，四周环山，中间相对平坦，形成微型盆地，为突水突泥提供了强有力的汇水地势。围岩为全风化花岗岩，节理、裂隙发育，岩体破碎，为突水突泥提供了导水通道。同时，隧址区属中亚热带山区季风湿润气候区，雨量充沛，降雨集中，强度高，为突水突泥提供水源补给条件。上述三因素的联合作用，导致隧道突水突泥强度高，危害大，治理难度大。
2．工程特点与难点
（1）水文地质条件极端复杂 突水突泥区段围岩主要为全风化花岗岩，破碎程度高，节理、裂隙发育，连通性好，空间分布复杂，导致导水通道探查难度大。该区段发生过多次重大突水突泥灾害，隧道围岩内可能存在充水空腔，进一步增大了灾害发生的可能性。同时，该区域雨量充沛，降雨集中，强度高，汇水面积大，强降雨过后，大量降水通过导水通道短时间内涌入隧道，极易诱发大规模突发性灾害。
（2）导水通道分布广，截流封堵难度大 通过前期地表探测和涌水区域水文地质分析，治理段具有区域水力联系范围广、洞内外水力联系通畅、补给路径多样化和离散化的显著特征，增大了截流封堵的难度，限制和降低了地表帷幕截流的效果。因此，只能通过洞内帷幕注浆形成有效封闭的隔水加固圈，从近端进行注浆封堵，达到涌水截流封堵的治理效果。
（3）围岩极度软弱破碎，加固治理难度大 受地质构造和强风化作用影响，区段内围岩极度软弱破碎，自稳能力和承载能力差。针对治理区域内涌水特点和围岩加固要求，提出有针对性的治理方案，优化注浆工艺与材料，必然面临注浆过程控制精细化、注浆工艺复杂化、注浆材料多样化等难点。
3．整体治理方案设计
针对目前隧道已施工的状况，采用如下治理方案：
（1）“竖向支撑+拱顶周边帷幕补注浆”加固方案：对已开挖初支的围岩进行加固，减少后期掌子面处注浆对初支的影响，保证隧道开挖顺利和施工安全。
（2）“超前小导管支护+全断面帷幕注浆”加固方案：以隧道全断面预注浆技术为核心，结合小导管支护技术，通过浆液的渗透、劈裂、固化来达到封堵围岩渗水涌水，加固松散围岩，从而保证隧道正常掘进。
总体施工顺序：先实施“竖向支撑+拱顶周边帷幕注浆加固”方案，后实施 “超前小导管支护+全断面帷幕注浆加固”方案。
3.1“竖向支撑+拱顶周边帷幕补注浆”加固方案
（1）竖向支撑加固方案
根据现场测量监测，原施工的初支已出现收敛沉降变形。故考虑在钢拱架下部增设竖向支撑以增大其竖向刚度，减少拱顶围岩竖向沉降及变形，为后期围岩加固提供操作空间及施工安全。
隧道拱部围岩采用液压单体支柱进行支撑，其特点是：具有较大抗偏载能力和较大稳定性；重量轻且工作行程大；支撑快捷灵活；维护费用低。支柱采用外压式液压单体支柱，支柱标准高度为2.0m/2.8m，顶部支撑在“π字梁”上，“π字梁”长度为1.8m，沿隧道纵向布置，支柱底部垫设钢板。
（2）拱顶周边帷幕补注浆加固方案
采用深浅孔注浆方案对隧道初支至止浆墙段围岩进行加固。根据隧道三台阶开挖法，分台阶进行帷幕补注浆加固。具体加固方案如下图3-3、3-4所示。
（3）施工工艺
深孔浅孔布置角度为45°，深浅孔交错布置，环向布置间距2.5m，径向间距为1.5m，深孔加固圈厚度为9.0m，浅孔加固圈厚度为4.5m。注浆顺序为自拱部向边墙，先浅孔，后深孔，分三序跳跃式注浆。注浆均采用水泥-水玻璃双液浆，深孔注浆终压为3.5～4.0MPa，浅孔注浆终压为2.0MPa。
深孔成孔注浆分两段进行，第一段成孔孔深3.5m，下入Φ146mm套管长3.0m，进行第一次注浆，候凝后进行复钻，复钻至13.0m，下入Φ108套管长12.5m，进行第二次注浆。浅孔采用一次成孔注浆成型，成孔孔径Φ153mm，孔深6.5m，下入Φ146mm套管长6.0m。
3.2 “超前小导管支护+全断面帷幕注浆”加固方案
全断面帷幕注浆孔共布设A、B、C、D、E共五环孔，共布设96孔。帷幕注浆重点加固区域为起拱线以上180°范围，其它区域采用“探注结合”原则，确保帷幕注浆效果的前提下，可适量少布置孔。具体加固方案如下图3-5、3-6所示。
全断面帷幕注浆加固长度为15m，帷幕加固圈厚度5m，加固后掘进9m。小导管采用Φ42钢管，长度为4.5m，搭接长度为1.5m，间距0.15m。注浆加固将使用单液浆、水泥-水玻璃双液浆、水泥-宏禹一号双液浆三种浆液，采用压密注浆、劈裂注浆和成形注浆等方式结合密排超前小导管支护来综合治理隧道涌水突泥和进行围岩加固。
总体施工顺序：止浆墙→A环孔→B环孔→C环孔→D环孔→E环孔→超前小导管。
4．全断面帷幕注浆施工工艺
（1）注浆工艺
前期帷幕注浆主要采用前进式分段注浆工艺，注浆段距定为5.0m。注浆时根据探查孔揭露的地质水文情况，在岩石较完整且不含水的区域可适当增加至8.0m；当钻孔遇到富水、松散破碎围岩情况时，减少注浆段距至3.0m；当钻孔过程中孔内有较大的水涌出时，应停止继续钻进，并立即注浆。后期补充注浆以完整加固，重点治理为原则，在前进式分段注浆的基础上，辅以较多量的定点注浆以有效地加固前期注浆的薄弱区，从而达到无水开挖的目的。
（2）注浆材料及注浆压力
注浆材料主要为单液浆、水泥-水玻璃双液浆、水泥-宏禹一号双液浆，其中以水泥-水玻璃双液浆为主，其它两种浆液配合使用。采用渗透、挤密、劈裂、成形注浆等方式来综合治理隧道涌水突泥和进行围岩加固。
注浆压力根据钻孔孔深确定，孔深0～7.5m范围注浆压力控制在3MPa以内（以表显数据为准），孔深7.5～15m范围注浆压力控制在5MPa以内，特殊情况，注浆压力可以根据注浆过程中止浆墙的变化、单孔出水量的大小等情况进行适当调整，但注浆过程必须要避免初支、止浆墙、工作平台变形开裂。
（3）注浆结束标准
在满足注浆效果和开挖安全及节省成本的前提下，注浆结束标准采用定量定压相结合，以定压注浆为主的方式进行控制。注浆前期在注浆压力较小的前提下，主要以增大浆液扩散范围为主，可适量增加注浆量；当浆液加固范围接近满足注浆结束要求时，以注浆压力为控制指标。为减少注浆成本，当经过分析浆液扩散距离远远超出设计范围时，或注浆压力长时间不上升时，则调整浆液配比，缩短凝胶时间，并采取间歇注浆措施，以控制浆液扩散范围。或注浆压力达到设计终压，且注浆量达到设计注浆量的80%以上，即可结束注浆。
（4）注浆顺序
根据现场实际情况，每环钻孔分两序施工，注浆顺序按照钻孔分布由外到内，从下往上，由两侧向中间的原则进行施工。按照注浆加固不同分区逐次进行、循序渐进的原则，严格按照设计方案注浆。钻孔中实施探注结合，第一序孔作为探查孔使用，掌握治理区域围岩的性质及水文地质情况，为后续孔施工提供依据，根据探查的地质水文情况，确定帷幕注浆重点加固区域。后续注浆钻孔还兼作前序孔注浆效果的检查孔使用，以及时了解前期注浆浆液的扩散情况（扩散方向、范围、充填程度和结石体的固结强度等）。对于前期注浆加固好的区域，后期可以适当减少钻孔；相反，对于前期注浆加固薄弱的区域，可以适当增加注浆钻孔。其目的一是保证注浆后不留盲区，不留薄弱点，二是尽量达到每阶段的一次性注浆加固质量。尽量不留盲区，尽量减少局部和补充径向注浆的工程量，缩短注浆工期。
（5）浆液选择
注浆材料主要为单液浆、水泥-水玻璃双液浆和水泥-宏禹一号双液浆三种浆液，原则上以水泥-水玻璃双液浆为主，其它浆液配合使用。采用渗透、挤密、劈裂、成形注浆等方式来综合治理隧道涌水突泥和进行围岩加固。
注浆时空腔内以注单液浆为主；在松散、软弱、含水或坍塌严重的地层内以注双液浆为主；注浆套管封堵以双液浆为主；单液浆注浆结束时注入少量双液浆，封堵钻孔，防止卸掉阀门后浆液在钻孔内回流溢出；注单液浆时，若持续注浆较长时间内不升压，则改为双液浆。定点注浆时采用单双液复合式交替注浆方式，以提高浆液扩散和留存量。在涌水量大，普通浆液难以留存，水压较大的动水环境下使用宏禹一号。
根据经验，注浆时采用的浆液类型可根据钻孔出水量来确定。钻孔出水量为小中流量（或小流速）的，即出水量小于0.18升/每米?分钟时，主体浆液以水泥单浆或水泥水玻璃双液浆为主；钻孔出水量介于0.18~0.9升/每米?分钟时，主体浆液以水泥水玻璃双液浆或宏禹一号化学浆为主；钻孔出水量大于0.9升/每米?分钟时，主体浆液以膏状的不易被水冲散的宏禹一号化学浆为主。
5．结语
本治理方案实施后，第三方检测单位采用了检查孔法、涌水量分析法、钻孔P-Q-t曲线法等对隧道帷幕注浆效果进行了检查评定，分析表明，通过全断面帷幕注浆，隧道围岩稳定性得到明显改善，涌水量显著降低，具备开挖条件。
通过实践证明，本综合治理方案能有效封堵涌水，切断局部水力联系，起到围岩加固的效果，治理后围岩稳定性得到较大提高,是一种行之有效的隧道超前支护和止水的处理方案。
参考文献：
[1]JTG_D70-2004公路隧道设计规范
[2]JTG F60-2009公路隧道施工技术规范
[3]JGJ/T211-2010建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程
[4]TLEJGF—93—27 岩溶隧道管棚支护工法北京：人民交通出版社，1993
论文作者:张连生
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/13
标签：注浆论文; 围岩论文; 浆液论文; 隧道论文; 帷幕论文; 钻孔论文; 方案论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;