摘要：阐述了拉林铁路藏噶隧道冰水沉积层超前帷幕灌浆工艺。
关键词：藏噶隧道；冰水沉积层；超前帷幕灌浆
前言
帷幕灌浆是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成连续的阻水和挡土帷幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程，提高岩土强度。
1工程概况及地层概
1.1工程概况
新建川藏铁路拉萨至林芝段位于西藏自治区东南部，其中藏噶隧道位于新建铁路川藏线拉萨至林芝段站前工程LLZQ-3标标尾，地处念青唐古拉山与喜马拉雅山之间的藏南谷地高山区，山高谷深，气候极端恶劣。山脉呈南北纵贯延展，谷岭相间，地势起伏跌宕，隧道进口里程DK164+850，出口里程DK173+605，全长8755m，为单线隧道。
1.2冰水沉积层概况
1.2.1设计情况
隧道DK166+950～DK167+910段洞身穿越冰水沉积层，全长960m，设计衬砌类型为Ⅴ级Ⅴd型复合，设计施工方法为台阶法。此段隧道埋深最大为114.2m，最小为48.9m。
1.2.2地层岩性
洞身全部穿越碎石土（Q3gl及Q3fgl），为密实，潮湿～饱和，其组成矿物成份以石英砂岩、花岗岩、闪长岩为主，粒径60～150mm，呈次棱角状～棱角状，空隙间以细砂、细角砾充填，厚度5～25m，主要分布于沟槽中及缓坡地段。
1.2.3地下水情况
地下水水位埋深约27～51m，且主要为碎石土、块石土，地下水极为丰富，在施工形成导水通道的时候涌水量将会成倍增加，预测正常涌水量为7615m3/d，在施工中如造成DK166+900～DK168+000段地表水下渗，并形成导水通道时，最大涌水量可达22845m3/d。
2施工方法
2.1施工总体部署
DK166+950～DK167+910段冰水沉积层采用台阶法，衬砌类型采用Ⅴ级Ⅴd型复合，I20b型钢全环封闭，超前采用Φ89洞身管棚；设计采用30m长全断面超前帷幕注浆堵水。
2.2超前地质预报
掌子面上台阶开挖DK166+915位置时，组织超前钻探及超前地质取芯设备人员进场。超前钻探结果如下：
自掌子面DK166+915钻进约7.0m，至DK166+922时开始出现地下水，越钻进水量越大，钻至DK166+934时水量水压倍增，且未有减小趋势。前7个探孔中，目前有5个孔出水，另2个因塌孔无水明显流出，合计测得涌水量为281 m3/天，8#孔测得涌水量1920m3/天。
结论建议：帷幕注浆成孔宜采用跟管钻进；DK166+915开始按照超前帷幕注浆试验段施工。
2.3超前帷幕注浆方案
预设计采用超前帷幕注浆，注浆范围为开挖轮廓线外5m，注浆段落长度30m，开挖支护25m，保留5m长止浆岩盘。以通过对该地段周边围岩超前注浆，使之在隧道开挖轮廓外形成一道止水帷幕，以减小渗流量、防止渗漏水对围岩产生渗流破坏，减少后期渗漏水处理难度和处理费用，同时加固围岩，减小后期开挖、支护过程中的坍塌风险。
每次注浆长度为30m，注浆分七环实施，第一环长13.659m，37个孔；第二环长20.292m，31个孔；第三环长30.979m，25个孔；第四环长30.560m，18个孔；第五环长30.256m，12个孔；第六环长30.068m，6个孔；第七环长30m，1个孔；全断面布孔共计130个，合计钻孔长度3032.5m。
3工艺流程
全封闭注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩石裂隙及其它通道中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，据此以隧道中轴为中心呈伞形布置。
3.1钻孔注浆方案
对于成孔困难的钻孔，采用分段成孔：第一段成孔孔深5.0m，下入Φ146mm套管长4.5m，套管外用双液浆封固，进行第一次注浆；初凝后进行复钻，按照平均5m注浆段距进行延深，复钻后钻进至孔深10.0m左右，下入Φ127套管长9.5m，进行第二次注浆；候凝后进行复钻，第三段成孔钻至15.0m，下入Φ108套管长14.5m，进行第三次注浆；候凝后进行复钻，按照5m每段依次钻孔注浆至设计孔深，最后下入Φ42钢管并进行终孔注浆。
成孔情况较好地段，采用一次成孔方案，跟管钻进，钻头直径127mm，套管采用Φ108无缝钢管，钢管上钻设注浆孔，孔径10～16mm，孔间距10～20cm，均匀梅花型布置。
3.2注浆技术要求
3.2.1注浆工艺
采用分段成孔的，采用前进式分段注浆工艺，注浆段距暂定为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8.0～10.0m；当遇到富水，松散破碎等情况时，要减少注浆段距至3.0m；当钻孔过程中孔内有水涌出，应停止钻进，并立即注浆。
采用一次成孔的，采用后退式一次注浆加固，当孔内涌水量大时，也可采取前进式分段注浆工艺。
3.2.2注浆参数
单孔有效扩散半径2m，终孔间距不大于3m；注浆范围为隧道开挖轮廓线外5m；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，原设计注浆压力1.5～2.0MPa。
3.2.3注浆控制标准
单孔水量10L/min或超前钻孔中水量超过0.4L/min.m时应进行注浆。
3.2.4注浆结束标准
单孔结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；注浆结束时的进浆量小于初始进浆量的1/4；检查孔涌水量小于0.2L/m.min；
全段结束标准：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；注浆后涌水量小于1m3/（d•m）；浆液有效注入范围大于设计值；检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。
3.2.5注浆材料
以水泥浆为主，水泥水玻璃双液浆主要在封孔或涌突水时用。
纯水泥浆水灰比0.8：1～1：1；水泥浆：水玻璃浆液=1：0.8，水玻璃波美度为Be’=40。
纯水泥浆配制：采用P.042.5级普通硅酸盐水泥，先在搅拌机内放入定量清水，再将水泥倒入，开动搅拌机10～20分钟，浆液在搅拌机中不断搅拌，直到注浆前。
涌突水时注浆，按先进行双液注浆快速形成加固圈，再采用纯水泥浆注浆，最后采用双液注浆加固封堵；成孔容易且地下水不发育的地层以注单液浆为主；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，要改为双液浆；在二级套管后或更深围岩内注浆可选用单双液复合式交替注浆方式，以提高浆液扩散和留存量。
3.2.6注浆顺序
根据现场实际情况，分两台阶进行钻孔注浆。
注浆顺序按照钻孔分布由外到内，从下往上进行施工，其中根据地下水流向，外侧注浆顺序为先掌子面左外侧再右外侧。
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，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。
每一循环注浆长度为30m，开挖25m，保留5m长止浆岩盘。
开始注浆前，应首先根据预计的注浆量，检查注浆材料数量能否满足连续注浆要求。其次，要对注浆系统进行压水检查，压水压力一般为设计注浆压力的1.2倍，以检查各注浆机具的密封性和完好性，同时检查搅拌机运行状况。
3.2.7注浆压力的控制
开泵前旋转压力调节旋钮将油压调在要求的油压刻度上，随注浆阻力的增大，泵压随之升高，当达到调定值时，会自动停机，不至于产生超压注浆的危险。注浆泵流量的控制：注浆泵流量大小由注浆泵的排量调节控制按钮和排量记录仪方便地加以控制。预注浆终压：设计注浆压力（终压值）=水压力P水+2Mpa。
3.2.8注浆施工过程异常情况处理
钻孔过程中遇见突泥情况，应立即停钻，进行注浆处理；
在掌子面有小裂隙漏浆，先用水泥浸泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配比，缩短凝胶时间，若仍跑浆，在漏浆处钻浅孔注浆固结。
在注浆过程中，如发生浆液串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，无条件时应将串浆孔及时堵塞。
当进浆量很大，压力长时间不升高，则调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液在岩层裂隙中有相对停留时间，以便凝胶；有时也可以进行间歇式注浆，但停留时间不能超过浆液凝胶时间。
待所有注浆孔施工完毕后，根据压浆孔涌水量来决定局部地段是否须补设注浆孔。当每孔每延米涌水量大于0.2L/min要追加钻孔注浆，再次压注直到达到设计要求为止。
3.3机械人员配置
机械配置
3.4掌子面处理
目前掌子面采用台阶法浇筑止浆墙，墙厚2m；后期全断面喷20cm厚C25砼封闭。导向管采用横纵向I16工字钢和Φ22钢筋固定在导向墙内。
止浆墙内埋设的导向钢管采用φ146无缝钢管，导向管的露出端焊有法兰盘，长度根据需要确定，一般不小于2m；止浆墙下方预埋Φ200的钢管作为排水管。
作业平台采用架管扣件搭设，止浆墙分上下台阶立模一次浇筑成型。
止浆墙修筑时，为防止墙体在注浆压力下向外产生位移，须通过周边布置Φ22径向砂浆锚杆，分别插入到止浆墙50cm、插入到围岩内200cm，坐入基地500cm；在底部岩性软弱松散时，底部安装Φ108钢管桩增强止浆墙抗倾覆能力。
3.5导向钢管的固定
导向钢管定位钢筋骨架的方式定位导向钢管。
钢筋骨架根据孔位布置图，纵断面上按钻孔外插角计算出半径变化情况，按50~100cm的间距，根据同心圆不同半径布置钢筋圆骨架，并根据每环布孔数量将钢筋圆骨架等分后，用纵向钢筋固定起来，纵向钢筋即为导向管的位置和方向。
导向钢管采用Φ200的无缝钢管（设计Φ108），以保证采用前进式分段注浆工艺时的成孔直径。
导向钢管上安装法兰盘，用于固定注浆时用的闸阀，确保注浆时的压力达到要求。
导向钢管的固定必须牢固，防止在止浆墙浇筑过程中因振捣砼移位。
3.6注浆效果检查
注浆结束后检查
注浆结束后，在主要出水点附近打设检查孔，检查孔数量为总注浆孔数的5～10%，检查孔长度应覆盖注浆段长。
开挖后检查
由于隧道对防渗漏水要求较高，隧道开挖后，每注浆段循环段在拱部钻设3个径向检查孔，孔深4m，钻孔直径φ50。
3.7优化施工
本次注浆采用纯水泥浆，只周边第一环部分孔采用了双液浆，单孔注浆量达到0.21～0.44m3/m，设计量为单孔0.32m3/m，是设计量的0.66～1.38倍。考虑掌子面前7m为止浆岩盘，算得单孔注浆量达到0.91～0.93m3/m，是设计量的0.91～2.91倍。设计注浆终压为1.5～2.0MPa，实际注浆过程中采用的终压为3.5～4.0MPa。注浆配合比采用0.8：1～1：1水泥浆。
根据试验段施工情况，将原设计情况调整如下：
注浆段落可根据实际开挖后围岩加固情况做出调整，调整范围为20～30m。
注浆终压调整到3.0～4.0MPa；水泥浆配合比按0.8：1.0～1.0：1.0拌制，水玻璃在使用前将波美度从Be’=40稀释到Be’=20，双液浆配合比按0.8：1.0拌制。
4结束语
隧道穿越冰水沉积层，隧道埋深在49～115m之间，地层主要为粘土砂砾层，自稳能力差，且高压富水，施工过程极易发生涌水突泥、坍塌等风险事故，因此造成影响隧道施工安全质量的不确定因素增多，做以下点建议及思考。
除正常的围岩监控量测外，根据其高风险性，是否应建立围岩实时动态变形监控报警系统和24小时视频监控系统，做到实时预警报警。
此段隧道结构处于碎石土层中，其高压富水使地层具有一定的不稳定性，隧道结构交付前后是否会产生不均匀沉降，是否考虑将此段内无砟轨道变更为有砟轨道。
注浆加固范围为开挖轮廓线外5m，确保加固效果，如不能，是否可将加固范围增加到8m。
帷幕注浆后，是否应对仰拱底进行钻芯取样，确认其注浆加固范围，测试基底承载力，并根据实际情况确认基底重新加固的措施及范围。
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论文作者:黄亚林,黄智鹏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：注浆论文; 钻孔论文; 浆液论文; 隧道论文; 围岩论文; 水量论文; 超前论文; 《基层建设》2018年第31期论文;