孙仲云
中铁二十五局集团第一工程有限公司 广东广州 510405
摘要：本文的立论依据是基于一个实际的工程案例，简单的介绍了有关项目的大致情况。对具体的施工方案、工艺流程以及前期的基本准备工作等进行简单分析，在此基础之上，本文将分别从前期调研、全断面预注浆施工、浆液选择等角度出发，着重围绕砂岩地质段隧道全段面预注浆施工技术进行简要分析，希望能够帮助人们加深对这一施工技术认知的基础上，使得该施工技术能够更好地为隧道涌水段施工发挥出应有的效用。
关键词：砂岩地质段隧道 全段面预注浆 前期调研 浆液选择 施工技术
引言：我国的经济正处于飞速发展的阶段，隧道施工越来越多，并隧道涌水段施工比比皆是，但现阶段我国在涌水段施工方面还比较缺乏丰富、先进的施工技术与施工经验，施工中的各种问题也表现的越来越多。为此，本文将通过结合铁峰山隧道工程砂岩段涌水施工，简要谈谈砂岩地质段隧道全段面预注浆施工技术。
图1 涌水掌子面照片
一、工程概况
万凯周家坝-普里高速公路的测量标准向城市公路的标准看齐，所采用的设计速度是每小时八十公里，左右4车道均为双向车道，总长度大致十一公里左右，其中位于其中的铁峰山隧道长度在1000左右m。涌水掌子面
距进口3940m，该涌水段地层为须家河组（T3xjI）z中风化~微新长石砂岩，局部裂隙较发育，夹碳质页岩及煤线。根据现场地质调查及超前探孔和超前探测（红外探水、地质雷达、激发极化法）判定揭示到的涌水为基岩裂隙水。日涌水量为34272m³/d。
二、砂岩地质段隧道全段面预注浆施工概述
（一）、施工方案
掌子面全段面预注浆堵水的施工方法，是在隧道掘进开挖前对隧道前方岩石进行预注浆。
1.优点：
（1）注浆后使岩石裂隙得到有效加固；
（2）隧道涌水得到了有效的封堵，在注浆控制范围内掘进过程中可避免较大涌水的出现，实现开挖不受涌水干扰的目的；
（3）改善了隧道围岩力学性能，增加了围岩强度，确保施工过程中的安全。
（4）同时，全断面预注浆堵水可以封堵隧道前方多处裂缝，钻探工艺就是针对不同类型的土地和岩石，地质钻探人员对这些采取具有针对性的钻探工艺，对这些土地和岩石进行施工。常见的土地和岩石有金刚石、钢粒、合金。我们国家目前相对成熟的地质钻探工艺，主要是金刚石钻进，绳索取心钻进，冲击回转钻进以及定向钻进。以下为全段面预注浆堵水施工流程图。
图2 全段面预注浆堵水施工流程
（二）、准备工作
在正式全段面预注浆堵水施工施工之前，为保障整体施工工程具有较高的质量，首先需要对隧道前方围岩情况、富水情况等进行认真的分析研究，与此同时，施工单位需要结合具体的施工要求对可能在施工过程中出现的问题进行科学分析和预测，并结合以往的施工经验以及相关施工技术提出行之有效的防范和应对措施；另外施工人员还需要在施工之前事先对浆液及注浆设备进行试验，充分了解浆液及设备的特性，从而采取相适应的施工技术与施工方案，以有效降低施工中的安全和危险隐患。
三 砂岩地质段全段面预注浆重难点
（一）、止浆墙的设计
止浆墙的设计：首先当岩心管被装满岩心之后，用绳子把打捞器绑住，然后用打捞器取出取心管。之后，把取出的岩心放到钻孔的底部。绳索取心的钻探技术之所以是目前最好的技术，就是在于这样操作的精细程度。但是钻杆自身存在一定的缺点，它的钻杆质量不稳定，不能保证质量的精准度，这样就会缩短钻杆的使用寿命。钻杆的使用寿命不长，同时质量的稳定程度也不确定，在施工的过程中，不仅会增加施工的总成本，而且会施工的安全性也无法保证，所以，尽管是非常优秀的技术，但是并没有在全球范围内得到大力推广。
根据工程特点，本次堵水按30m一循环施工，可在确保注浆效果的同时兼顾经济效益。
2.扩散半径的选择
扩散半径是指注浆时浆液的理想渗透半径。扩散半径根据注浆终压、浆液渗透系数确定。
以铁峰山隧道为例，考虑抗水压称砌结构系统锚杆长度为4.0m及放炮对周边围岩的扰动影响，防止支护打穿涌水及炮后震动后淋水增加，要求帷幕预注浆形成的幕墙不小于5m，单孔注浆扩散半径的确定主要是考虑选用不同的注浆材料的渗透性及不同岩层的裂隙率所确定的。本方案选择的参数如下：
（1）单孔注浆扩散半径：3 m；
（2）终孔位置超出巷道断面轮廓线5 m；
（3）每段注浆孔数：68个；
（4）检查孔：10-20个。
图4 全段面预注浆堵水横断面示意图
3.注浆压力
使用对钻探方向提前设计好的情况。借助钻孔的自然弯曲规律，对地下结构进行钻孔施工。这种方法适用于一些比较不利于勘探的地形地貌，比如坡度比较陡的斜坡，坡度过于陡峭，测算人员勘探的难度较高；以及隐藏在地下很深的矿床，测算人员没有办法到达深度较深的地下。这个技术的操作简单，成本也比较低。注浆压力由下式计算：
P1= P×（0.5-1.5）Mpa（4.4.3-1）
P2= P×（1.5-2）kg/cm2（4.4.3-2）
P3= P×（2-3）kg/cm2（4.4.3-3）
式中：P1——注浆初压MPa
P ——静水压 MPa
P2 —— 注浆正常压MPa
P3——注浆终压MPa
（二）、注浆材料的选择
材料选择关系到注浆工艺、工期、成本及注浆效果，直接影响注浆经济指标。
1.浆液组成
注浆材料是注浆堵水工程中的一个重要组成部分，它关系到注浆工艺、工期、成本及注浆效果，直接影响注浆经济指标。
（1）水泥：注重配比
（2）水玻璃：针对不同的岩石坚硬度选择不同硬度等级的钻头。钻进方法不同，施工所需要的时间也不相同。我国地质结构的复杂性对勘测前期的准备工作提出了非常高的要求。就钻探工艺而言，就存在着探测前期准备工作细致程度低，探测人员的工作态度不认真，同时在技术发展方面不够全面的问题等等问题。这些问题，很大程度上牵制了钻探工作的进行的脚步。
完善的安全保障制度，是宏观掌控整个施工现场的重要立足点。责任到人的制度，是有效把握施工环节的每一个具体细节，的重要手段。在现场安排施工专门的工作人员，监督每一项工作是否进行安全进行，掌控整个施工现场的进度情况，是专门的督导人员的主要工作责任。其次，是对施工质量的管理。地质钻探工程应该有严格完善的质量检测制度。在具体的施工现场要安排专业能力强，素质高的施工质量检验员。
2.浆液特点
（1）浆料具有良好的可控性，凝胶时间可精确控制在几秒至十分钟之间；
（2）矿浆石强度高，可达10~20 Mpa。
（3）固结体的渗透系数小，10 ~ 3 cm / s。
（4）浆液适用于直径1mm，裂缝0.2mm的砂岩地层。
（5）原料来源丰富，价格低廉，不污染地下水和环境。
3.配合比设计
CS水泥浆的强度随水泥浓度的增加而增大。当使用浓缩水泥浆（水灰比0.5）时，抗压强度随着水玻璃浓度的增加而增加；当使用稀水泥浆（水灰比1.5）时，由于水泥与水玻璃之间的化学反应，相应使用。也可以使用低浓度的硅酸钠溶液。达到较高的抗压强度。使用高浓度的硅酸钠溶液会降低抗压强度。在完全反应条件下，由于两种反应的适当配比，凝胶时间短，抗压强度高。
以本项目为例，其浆液配比如下：
首先，根据上述方法将硅酸钠调整到所需的浓度，然后根据水灰比为0.8：1-1：1调整水泥浆。吸浆灌浆、一管水玻璃、水泥浆液吸收，两种液体体积到C：S = 1 - 0。5 ~ 1比1。
4.浆液的反应机理
水泥的凝结硬化主要是由水泥水化过程中析出的胶状胶体引起的，在硅酸盐三钙的水化过程中产生了氢氧化钙。当加入水玻璃时，水玻璃与新形成的氢氧化钙反应形成具有一定强度的凝胶&硅酸钙水合物。反应公式如下：
Ca（OH）2+Na2O．nSiO2+mH2O→CaO．nSiO2 mH2O↓+2NaOH（4.5.4-1）
后一反应速度较快，胶体越来越多，强度也有所提高。因此，CS浆料的强度主要是由于水玻璃与氢氧化钙的反应初期，水泥本身的水化作用在后期。
对待不同的岩石层，应该有针对性的使用不同的钻探工艺。这是保证施工的精准性，降低失误率的重要举措。为了保证整个施工环节的顺利进行，要提高钻探工作的工作效率，同时也要保证施工的质量。
根据灌浆工程的需要和的特点——钠硅酸盐水泥浆、水泥-水玻璃凝胶时间和抗压强度的基本性质是双液注浆技术，通常专注于凝胶时间和抗压强度的这两种性能。影响这两种性能的因素如下：
结果表明：（1）水泥浆与水玻璃的混合时间为水泥浆与水玻璃混合到水泥浆不能流动的时间。水玻璃水泥浆可精确控制在几秒钟至十分钟之间。影响水泥胶凝的因素有水泥品种、水泥浆浓度、硅酸钠浓度、水泥浆与水玻璃的比例以及水泥浆温度。
（2）CS的抗压强度较高，特别是早期强度和快速生长。石头的身体强度影响因素基本上是一样的凝胶时间的影响因素。对于这类水泥浆来说，水泥浆的浓度是决定其粒径的关键因素，而水玻璃则是促进水泥浆早期混凝的重要因素。
结束语：帷幕注浆堵水后，完善的安全管理制度，让整个施工过程都有章可循。生产活动有了制度保障，人们的安全意也会提高，就不会再忽略施工中的安全问题，避免因为缺乏安全意识，而忽略施工中严重的安全隐患。
作者介绍：孙仲云，1984年3月生，本科学历，2012年毕业于长沙理工大学交通土建专业，现工作单位为中铁二十五局第一工程有限公司，
论文作者:孙仲云
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第9期
论文发表时间:2018/11/15
标签：注浆论文; 水泥浆论文; 水玻璃论文; 浆液论文; 隧道论文; 砂岩论文; 地质论文; 《建筑细部》2018年第9期论文;