中国水利水电第五工程局有限公司、中电建成都建设投资有限公司
摘要：通过成都地铁18号线合江车辆段试车线隧道掌子面渗水处置，重点介绍采用超前注浆堵水施工技术和注浆过程中采取的相应措施，结合掌子面注浆孔布孔设计、钻孔施工、浆液拌制及注浆顺序等施工工艺过程，总结实践经验，可为其他隧道施工过程中掌子面渗水处理提供参考。
1前 言
目前我国隧道施工过程中围岩渗水多采用“以排为主，排堵结合”的原则进行处理，但随着城市轨道交通的不断发展，远期隧道施工过程中会面临越来越复杂的富水地带，隧道渗水采用排放的方式进行处置，不仅会对地下水环境进行破坏，而且降低了隧道施工工效和洞内安全文明施工形象，为此，隧道工程围岩渗水注浆堵水的研究意义重大，同时并对各项施工技术进行优化控制，以使隧道围岩渗水处置更环保、更经济、更安全。
2工程概况和特点
成都地铁18号线合江车辆段试车线隧道起止里程：SK1+215～SK3+275，长2060m，全隧纵坡采用一字坡，纵坡为2‰，最大埋深229m，隧道标准净空断面6.564m×8.65m，隧址位于龙泉山断层区域内，节理裂隙发育，岩层多为风化岩，且为龙泉山油气田分布区域。根据《成都地铁18号线油气研究专题报告》，试车线隧道地质探孔测气结果揭示，天然气浓度达到26200ppm（2.62%）。
试车线隧道掌子面掘进至SK1+603进行地质超前钻孔时，全段钻杆钻速较快，钻进平稳，无明显卡钻、顶钻等异常情况。其中1号钻孔（拱顶）钻进11m，无出水； 2号钻孔（左下侧）在24m开始出水，终孔后出水量32m³/h，3号钻孔（右下）在41m开始出水，终孔后出水量30m³/h。
地勘资料及超前地质预报探测渗水处掌子面前方岩层为侏罗系上统遂宁组（J3s）；其中上部主要为红褐色砂岩夹少量泥岩，岩体节理裂隙发育，下部为中风化泥岩。岩质软硬相间，岩体较破碎，节理裂隙发育，岩层砂、泥岩层间结合较差，围岩自稳能力较差。
3注浆方案及目的
施工过程中通过以上资料综合研究，分析掌子面渗水为上层砂岩裂隙水，综合考虑施工工期紧迫及成都地铁施工安全文明施工要求高等因素，确定采取对上台阶（砂岩部分）进行超前探孔注浆进行堵水处理。
（1）根据地勘资料确定在SK1+603～SK1+703段采用超前钻孔注浆法进行注浆，范围定位在上台阶开挖轮廓线周围，高度为上台阶高度6m范围，注浆达到有关标准后，即可进行一下道工序的施工，注浆结束后，浆液对围岩裂隙进行填充，从而达到堵水目的。
4瓦斯隧道掌子面渗水超前注浆堵水施工关键技术
4.1总体施工工艺流程
（1）工艺流程：钻孔、镶注孔口管→洗孔→压水试验→注浆→闭浆封孔→检查、复注
（2）注浆孔单孔施工工艺流程图如下：
4.2施工准备
4.2.1钻孔布设
注浆孔沿隧道掌子面轮廓线布置单排，孔位距开挖轮廓线0.35m，基本孔距1.5m（局部根据实际轮廓线调整），周边孔共18个，孔号1～18#，孔深20.5m（考虑孔斜超钻0.5m）。检查孔4个，孔号19～22#，深度17.5m。
每轮次注浆洞轴线长度20m，帷幕搭接长度3m。搭接示意图如下（为避开检查孔和部分注浆孔在隧洞纵断面方向投影显示交叉，8#～12#在7#～13#中内插，14#～18#在13#～19#中内插，暂未标示），孔位横断面布置图如下：
4.2.2钻孔
钻孔采用潜孔钻机，孔径80mm，钻孔顺序由下至上跳孔进行，钻孔完成后采用在孔口安装直径70mm孔口管，孔口管长度0.5m,缠绕土工布夹少量堵漏王楔入孔内，安装球阀开关或水压式栓塞封闭。
4.2.3洗孔
（1）采用全孔压力水冲洗，冲洗至回水清澈、肉眼观察无明显颗粒时延续10min结束。
（2）冲洗压力为注浆压力的80%，当此压力大于1MPa，采用1MPa。
4.2.4压水实验
（1）压力流量的稳定标准：在稳定的压力下，每3～5min测读一次压入流量。连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L／min时，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算值。
（2）采用全孔压水试验，压水压力为注浆压力的80%并不大于1MPa，3min读1次数，连续4个读数结束。根据压入的流量拟定开注水灰比。
4.2.5注浆
（1）注浆材料
注浆用水采用施工现场经检验合格的地下水，注浆水泥采用高抗硫水泥，标号为PO42.5，注浆所用水泥必须符合质量标准，不得使用受潮结块的水泥。现场安装制浆机，制备水泥浆送入储浆搅拌机；注浆机械布置图如下：
图4.3 注浆机械布置图
（2）制浆
储浆搅拌机为400L上下槽搅拌机，注浆泵采用中高压泥浆泵，射浆管底部距离孔底不大于50cm。
开注水灰比（水：水泥重量比）拟定如下：
当压水流量≥50L/min时，开注水灰比0.5:1；
当压水流量<50L/min且≥30L/min时，开注水灰比0.6:1；
当压水流量<30L/min时，开注水灰比0.8:1；
当开注比级为0.8:1时，逐级变浓水灰比为0.6:1或0.5:1。
变浆条件：
1）当注浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。
2）当某一比级浆液的注入量已达300L以上或注浆时间已达1h，而注浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。
3）注浆过程中掺入水玻璃，水玻璃掺量为水泥重量的10%。另外为提高受注体强度，缩短下一轮爆破待强时间和减小爆破震动影响，浆液中掺入水泥重量的5%的早强剂。
4）注浆方法和注浆方式
注浆由低至高分两序加密注浆。采用循环式全孔一次性注浆，当岩石破碎钻孔卡钻严重难以成孔时，采用自上而下分段循环式注浆。注浆过程中应经常转动和上下活动注浆管，回浆管宜有 15L/min以上的回浆量，以防注浆管在孔内被水泥浆凝住。注完I序孔再钻II序孔，灌注II序孔。
（4）注浆压力
初拟0.5～1.5MPa，施工过程中根据渗水压力进行现场调整，以不扰动破坏现有掌子面的情况下尽可能采用较大注浆压力。注浆压力采用孔口回浆管的表压力为准，读其指针摆动中值。
（5）单孔注浆值计算
单孔注浆理论量根据地铁暗挖隧道注浆施工技术规程（试行）DBJ01-96-2004，按公式Q=πR2Lnαβ计算，式中：
R-浆液扩散半径（m），孔距1.5m，扩散半径考虑搭接，按2m计；
L-注浆管长（m），孔深20.5m，孔口封堵长度0.5m忽略不计；
n-地层孔隙率，V类围岩取14%；
α-地层填充系数，一般取0.8；
β-浆液消耗系数，一般取1.1～1.2，取1.15。
则本项目单孔理论注浆量：3.14×22×20.5×14%×0.8×1.15=33.16m³。
按0.5:1水泥浆计算，每1 m³水泥浆水泥重量为：（1/0.5+1/3.17）*1000=1226.3kg，则单孔理论水泥注入量为：1226.3×33.16=40664kg。外加剂重量根据比例计算：水玻璃：4066.4kg，早强剂：2033.2kg。则单孔平均每米注浆材料理论平均值：水泥1983.6kg/m，水玻璃198.4kg/m，早强剂99.2kg/m。
上述单孔注浆理论量为I、II序理论平均值，实际注浆过程中，I序孔优先注浆，浆液扩散范围可能占用II序孔一部分扩散范围，但孔距远，不能完全搭接，需要II序孔加密注浆后完成防渗搭接，故I序孔注浆量可能大于理论平均值，II序孔随着I序孔加密施注，注浆量将小于理论平均值，符合注浆分序递减规律。如存在较大渗流通道等特殊地质情况下，I、II序平均注浆量将超过理论平均值，出现超注现象。
（6）注浆结束标准
注浆结束标准为：当达到设计注浆压力条件，注浆孔注入率不大于1L/min，延续注注10min即可结束。
4.2.6闭浆封孔
注浆达到结束标准后，采用木楔堵塞或关闭安装开关，闭浆凝固封孔。
4.2.7检查、复注
环向注浆孔结束后，钻掌子面正中心均布四个检查孔，深度小于注浆孔深度3m，检查孔按注浆孔要求进行压水试验，如透水率大于设计值，通过检查孔进行复注，复注后在四个检查孔中间再增加1个检查孔检验，直至透水率满足设计标准。
5 结 论
成都轨道交通18号线合江车辆段试车线隧道开挖掌子面渗水严重，采用了对掌子面进行超前注浆堵水的施工方式，达到了预期的堵水效果，后续施工过程中开挖掌子面只存在局部少量渗水。随着城市轨道交通规模的不断扩大，隧道施工会面临越来越复杂的地质条件，通过对隧道堵水注浆新工艺、新材料的不断研究，对加快建设隧道工程建设、提高隧道施工安全具有极其重要的意义。
参考文献：
（1）《地铁暗挖隧道注浆施工技术规程》（DBJ01-96-2004）；
（2）韩文君.浅谈帷幕注浆.技术研发2001(01)；
（3）徐胜.浅谈帷幕注浆堵水在隧道施工中的应用.重庆建筑施工与技术2006（02)；
作者简介：
吴晓强：(1986-)，男，山西朔州人，工程师，现任职中国水电第五工程局有限公司成都轨道交通18号线土建4标经理部工程部副主任，从事地铁车辆段工程技术管理工作。
论文作者:吴晓强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/20
标签：注浆论文; 隧道论文; 钻孔论文; 压力论文; 浆液论文; 围岩论文; 超前论文; 《防护工程》2018年第34期论文;