中铁隧道股份有限公司 河南郑州 450000
摘要：在隧道的开挖过程中，由于围岩破碎、节理发育、围岩稳定性差、周围环境复杂、高压富水等构造特征，施工中极易诱发塌方、涌水突泥等灾害，其中涌水突泥是最严重的地质灾害之一。如果处治措施不当，不但隧道的施工安全不能得到保证，甚至会对隧道建成后的运营环境造成影响。文章就超前帷幕注浆技术在隧道施工中的应用展开分析和探讨，希望可以提高隧道施工质量。
关键词：超前帷幕注浆技术；隧道施工；应用
引言
现如今，隧道工程已被逐渐应用于地下施工。随着隧道工程数量及施工规模逐渐扩大，面临问题越来越复杂，施工难度越来越大。为此，必须采用先进的隧道施工技术，保证施工质量。
超前帷幕注浆技术（以下简称帷幕注浆技术）是一种注浆施工技术，在实际应用中，通过液压或气压，依据工程设计标准，将浆液按照一定浓度通过注浆孔并压送至规定的岩土层中，对岩土体中的裂隙或孔隙起到了填补作用，以改善岩土体力学性能，保证工程建设质量。根据注浆功能的不同，可分为防渗注浆和加固注浆，其中前者的主要作用是增强工程的基础抗渗能力，是通过在具有合理孔距的钻孔中注入浆液，使得多个孔隙中的浆液互相搭接，从而形成一种类似帷幕结构的混凝土防渗墙，起到更好的防渗作用。
1工程概况
A隧道位于SD市境内，左线桩号为：ＤＫ６＋４５５～ＤＫ１０＋７２５，长４２７０ｍ；右线桩号为：ＣＫ６＋４７７～ＣＫ１０＋７６５，长４２８８ｍ，是广西境内目前最长的公路隧道。A隧道设计为小净距分离式隧道，左右两洞车道中心间距３０ｍ，净距１７ｍ，净空为１－１０．７５×５ｍ。该隧道于２０１１年开工，采用三台阶法开挖。２０１３年９月，当右洞开挖至ＣＫ７＋８３８时，掌子面上台阶右下角发生突泥灾害，灾害初期以突泥为主，随后转为以涌水为主，累计突泥量达到２９００ｍ３，最大涌水量达４００ｍ３／ｈ，导致左右线初支破坏严重，同时诱发隧道上方A村区域发生大范围地表沉陷。２０１４年９月，左洞开挖至ＤＫ７＋９６３时，掌子面偏右位置发生相似突泥涌水灾害，累计突泥量约２５００ｍ３，最大涌水量约１５０ｍ３／ｈ，水流浑浊，泥沙含量高，导致掌子面上方地表再次塌陷。２０１５年左、右洞又先后多次发生小规模突泥涌水灾害，严重威胁施工安全，极大延缓了施工进度，对隧道经过区域生态环境也带来恶劣影响。为保证隧道顺利贯通和运营安全，自２０１５年９月起，项目公司在A隧道进口尚未开挖的富水薄弱区开展全断面帷幕注浆治理，目前已经取得明显效果。
2帷幕注浆施工技术
2.1帷幕注浆工艺原理
帷幕注浆是通过在工作面钻注浆孔，再向孔内压注水泥（或水泥-水玻璃等）浆液，浆液将一定范围内围岩裂隙中的水挤出，保证围岩裂隙被具有一定强度的混合浆体充填密实，并与岩体固结成一体，形成止水帷幕。
2.2施工工艺及主要技术参数
①每一循环注浆长度为27m，开挖24m，保留3m止浆岩盘。
②采用YXU-75型钻机， 孔口管采用φ108mm、壁厚5mm的热轧无缝钢管。
③注浆帷幕固结体主要承受外部静水压力，其厚度按厚壁筒公式，并按第四强度理论计算E=R•{［√σ/（σ-3P）］-1}（式中，E：帷幕计算厚度ｍ；R：隧道掘进半径m；P：最大静水压力值MPa；σ：泥灰岩固结体允许抗压强度MPa）。
根据本隧道该区段地质情况，经计算及工程类比确定浆液扩散半径为隧道开挖轮廓线外3m。详见图1和图2注浆纵断面和平面布置。
图1 注浆纵断面布置图
图2 注浆平面布置图
④注浆材料：采用超细水泥-水玻璃浆双浆液。
⑤注浆材料配合比：浆液配合比的选择要考虑岩石裂隙情况及浆液的扩散半径，由试验室通过试验进行，一般情况水泥浆的水灰比采用0.8∶1～1.5∶1，水玻璃浆浓度为25～40°Be’，水泥浆与水玻璃的体积比为1∶1～1∶1.03，施工中根据岩层情况和胶凝时间要求，结合注浆效果及时调整。
⑥注浆泵：采用锦西注浆泵厂生产的2TGZ－60/210型双液调速注浆泵。
⑦注浆压力：由孔口压力、浆柱压力、管路损失压力构成，一般按下式计算P=（2～4）MPa+P0（式中，P为注浆终压MPa；P0为涌水压力MPa）。它的大小与岩石的强度、渗透性，钻孔的深度、位置，注浆序次及注浆材料的性质有关，可通过现场注浆试验确定。本工程根据现场试验确定的注浆终压采用为该处静水压力加上1.0～2.0MPa，注浆初期压力一般应低于设计注浆终压力，随钻孔深度增加而增加。
⑧凝胶及凝结时间：浆液凝胶的确定一般应采用CS浆液作压注试验，当进浆量很大、泵压长时间不升高时，胶凝时间选1～2min；当进浆量中等、泵压稳定上升时，胶凝时间选3～4min；进浆量较小、泵压升高很快时，胶凝时间选5～6min。双液浆的凝胶时间不同于凝结时间。凝胶时间较短，是指由流动状态变为不流动状态的过程。凝结是水泥浆体开始失去塑性的时间。
⑨注浆数量：工程中常用充填率来估算和控制注浆总量。所谓充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。
2.3施工要点
（1）止浆墙施工
在掌子面后方20m范围内，采用注浆加固施工方法设置混凝土止浆墙，并采用喷射混凝土封闭。
（2）开孔
结合工程设计要求，在掌子面确定钻孔位置，采用油漆明确标识注浆孔位置，然后将钻具对准注浆口，调节钻机钻孔方向，确保两者一致，即可固定钻机进行开孔施工。
（3）孔口管埋设
在孔口管埋设施工时，必须保证固结牢固，避免注浆施工过程中出现漏浆问题。采用钻机进行钻孔施工后，将孔口管插入钻孔内部，并外露20～30cm。需要注意的是，为了保证注浆孔口管与孔壁紧密结合，还需采用胶泥或麻丝对孔口进行缠绕处理。
（4）钻孔
采用YXU-75型钻机钻孔，顺序由外向内、由上向下，间隔跳孔。钻孔前，首先需确定钻孔位置，一般需将误差控制在±5cm内。通常情况下，每钻进一定长度都需检查，及时发现偏差并纠正。另外，孔位偏移量应控制在30cm内。除此以外还需注意的是，如果出现卡钻或涌水问题，则应立即停止钻进施工，对钻孔进行清理后继续施工。
（5）制浆
钻孔施工完成后，即可根据施工要求配置浆液。配置过程中，应避免杂物混入。另外，水泥—水玻璃浆液配置完成后，还需对其过滤护理，然后再存到浆槽内。
（6）压水试验
压水试验所取压力一般为静水压力的1.5～2倍。在试验过程中，必须严格观测流量和压力变化。压水试验结束的标准为：流量和压力保持相对稳定，同时流量连续四次读数最大值和最小值相差小于最终值的10%。
（7）钻孔冲洗
对钻孔内的杂物进行仔细清理。在本工程中采用压力骤升骤降的放水方式，冲洗时间应在30min以上。
（8）注浆顺序和速度
采用从外到内的注浆施工顺序，先注单液水泥浆，然后注水泥—水玻璃双液浆，并且实施约束型注浆，有效提高注浆堵水效果，达到较好的加固作用。需要注意的是，应首先快速注浆，然后再缓慢降低注浆速度。
3施工效果
为保证施工工期，在施工前准备好了施工设备，包括止浆系统、辅助台架等，并做好了设备安装调试，尤其是采用了先进的钻孔施工设备，因此注浆施工速度较快，效果明显。由于采用周边注浆方式，注浆孔数较少，注浆分段长度增大，因此钻孔—注浆工序转换也较快。
结语
本文主要对帷幕注浆技术在某隧道工程施工中的应用进行了详细探究。施工设备配套简单，施工方案符合需要，止浆效果较高，施工成本较低，施工项目圆满通过验收，值得同行参考借鉴。
参考文献：
[1]刘志广.帷幕注浆技术在隧道施工中的应用[J].华东公路，2016，02：35-36.
[2]贾彦珍.浅谈帷幕注浆在隧道施工中的应用[J].山西建筑，2007，11：347-348.
论文作者:张群
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/7
标签：注浆论文; 隧道论文; 钻孔论文; 浆液论文; 帷幕论文; 水玻璃论文; 压力论文; 《基层建设》2017年第13期论文;