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摘要：本文主要针对富水岩溶隧道注浆堵水的技术展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对注浆材料的选择作了详细的说明，并为注浆施工作了系统的阐述和给出了一些相关的措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：隧道工程；富水岩溶；注浆堵水
引言
在富水岩溶地区进行隧道施工，具有着极大的难度和挑战性，但是随着建设技术的发展，特别是注浆堵水技术的应用，使得我国在富水岩溶地区修建隧道越来越普遍。然而在实际施工中，注浆堵水的施工技术还未完全应用成熟，还需要相关的工作者不断探索，以寻求更佳的富水岩溶隧道建设的施工技术。
1 工程概况
1.1 地质特征
隧道左右线采用分离式双洞单向3车道，中线间距为20m，为大断面小净距隧道。
1.2 涌水情况
隧道右洞开挖掘进至K5+381时，开始出现涌水，涌水纵断面如图1所示，在掌子面前方钻孔进行超前地质预报，随着钻孔加深涌水量越来越大，至15m时由于水量太大，无法继续施作钻孔，隧道掌子面全断面水流量约为920m3/h，单孔动水压力0.03～0.061MPa，水温37℃，涌水压力较小，水温较高。经过6d洞内、外水量监测，洞内水流量没有明显减小趋势，洞外泉眼、水库、居民饮水点、水塘等主要水文监控点水位没有明显下降，水温保持在37℃。利用地质雷达对掌子面进行探测，探测结果表明前方围岩为岩溶角砾岩，较破碎，裂隙发育，整体性较差，围岩含水丰富。通过水文地质分析和现场涌水揭露，认为涌水主要来源于岩溶角砾岩及与其存在联通关系的灰岩岩溶管道，且属深部岩溶管道涌水。
图1 涌水段纵断面
2 注浆材料选择
注浆材料的选取应根据堵水要求、加固要求，是否作为永久性支护结构，以及注浆材料浆液的可注性、可控性、环保性、经济性等方面综合考虑进行选择。
2.1 注浆材料及配合比的确定
根据隧道的水文地质条件，选择普通硅酸盐水泥及38～42°Be、模数3.1～3.4的水玻璃作为主要注浆材料。水泥浆和水玻璃浆的浓度应根据岩石裂隙发育程度、钻孔单位吸水量的大小确定。
准确掌握浆液的初凝时间是注浆中的一个重要环节，影响浆液初凝时间的因素有：水泥浆和水玻璃体积比、水泥浆和水玻璃浆的浓度、外加剂、温度、地下水等。为了准确地掌握浆液的初凝时间，隧道项目部试验处在施工前进行了科学的配合比试验，试验结果如表1所示。根据隧道的实际情况，采用第4组中第3次试验的数据确定了施工配合比。
施工配合比：水∶水泥=0.8∶1；水泥浆∶水玻璃=1∶0.4（体积比）；磷酸氢二钠（缓凝剂）=3%水泥质量。双浆液试件7d抗压强度平均值为20MPa。浆液配制的过程中先加水，然后加磷酸氢二钠，最后加水泥。注浆时用双液注浆泵按确定的比例将水泥浆、水玻璃浆同时注入，双液注浆泵上安装有2种浆液的调速阀，按照浆液配合比试验确定的浆液体积比调节流速。
2.2 注浆设备和系统
2.2.1注浆主要设备
（1）注浆泵
选用耿兴80和120两种型号注浆泵。
（2）钻机
选用全液压意大利多功能钻机C4，最大钻进深度为80m。
（3）管路
高压胶管数条，可承受5～8MPa的压力。
（4）搅拌机
配备两台容积为1.0m3的泥浆搅拌机，以确保连续供浆。
具体注浆设备如表2所示。
表1 双液配合比试验
表2 注浆设备
2.2.2 注浆系统
采用双液注浆系统，其优点是操作方便，便于施工，水泥－水玻璃在此混合后注入岩层可随时调整，2种浆液在孔口混合后立即注入岩层裂隙，不易出现堵塞管路的现象。
3 注浆施工
3.1 注浆参数选择
（1）浆液凝胶时间
浆液凝胶时间应根据进水量和泵的压力变化确定。当进水量很大，泵的压力上升缓慢，凝胶时间可取1～2min；当进水量适中，泵的压力上升平稳，凝胶时间可取3～4min；当进水量很小，泵的压力上升较快，凝胶时间可取5～6min。
（2）进浆量
当双液进浆量＞300L/min，泵的压力上升缓慢，则为大进浆量；当进浆量为100～300L/min，泵的压力上升平稳，则为正常进浆量；当进浆量＜100L/min时，且泵的压力升高较快，则为小进浆量。
（3）注浆压力
一般情况下，注浆压力主要与渗透地下水压力、岩层裂隙大小和粗糙程度、浆液的性质和浓度、要求的扩散半径等有关，根据经验，终压取2～3MPa。
（4）注浆量的确定
为获得良好的注浆效果，必须注入足够的浆量，确保一定的有效扩散范围。浆液压入量Q可根据扩散半径及岩层裂隙率进行粗略估算。填充率取10%，则按下列公式计算注浆孔每米的最大理论注浆量为2.713m3。
Q=πr2Hnα（1+β）
式中：Q为注浆量（m3）；r为浆液扩散半径（m），此处取3m；H为注浆段长度（m），此处取30m；n为地层孔隙率，根据地层决定，按5%～20%计算；α为有效注浆系数（取0.7～0.9），此处取0.8；β为浆液损失率（取0.1～0.4），此处取0.2。
（5）注浆结束标准
注浆结束标准有2个：最终吸浆率和是预定设计压力（终压）持续时间。从理论上说，最终吸浆率是越小越好，最好是压至完全不吸浆，但实际施工难以做到。本次注浆执行的结束标准为：①注浆压力达到设计终压；②双液注浆吸浆率为18～35L/min，稳定约20min后即可结束注浆。注浆结束后压入一定量的清水，使浆液冲出管路，最后提拔、拆卸注浆器，冲洗保养注浆机具。
3.2 注浆操作技术
（1）配浆
注浆中，一般由稀到浓使用浆液，按照大、中、小进浆量及时调整浆液凝胶时间、浓度和混合浆的体积比。
（2）注浆
双液注浆时应先开水泥浆泵，后开水玻璃浆泵。注浆中要严格控制进浆比例。随着注浆压力缓慢升高，进浆量应相应减小。
（3）注浆段长度的确定
根据隧道水文地质条件和现有注浆设备，为取得理想的注浆效果，取每1次注浆段的长度为30m，注浆后开挖长度为23～25m，余下的5～7m不开挖，作为下次注浆的止浆岩盘。
（4）止浆墙
结合注浆的实际情况和止浆墙的施工工期，采用现浇混凝土C30的方式修筑止浆墙。止浆墙分上、中、下3个台阶进行施工，上台阶厚1m，中台阶厚1.5m，下台阶厚2m，其中上台阶高度2.4m，中、下台阶高度均为2m。注浆墙下部嵌入下台阶0.5m，拱部和边墙嵌入围岩0.3m。止浆墙周边施作22砂浆锚杆，长3.5m，环向间距1m，锚入围岩内长2m，嵌入止浆墙内1.5m，如图2a所示。在墙体与围岩接触的地方，施作与隧道轴线呈45°、长度4m的小导管，并在接触处喷射25cm厚C25混凝土，防止注浆过程中出现漏浆，如图2b所示。
图2 止浆墙布置图（单位：cm）
（5）注浆孔的布置
合理布置注浆孔是提高堵水效果与保证施工安全的主要因素。钻孔的布置需根据探水注浆段的长度、岩层裂隙发育情况、含水层分布情况、隧道断面大小以及钻孔作业是否方便而定。由于岩层裂隙发育不均匀，钻孔布置应以含水层为主，同时要考虑开挖断面均匀布孔。为使钻孔穿越较多裂隙，钻孔宜长短结合并呈伞形辐射状布置，钻孔布置拱部和边墙为4圈，仰拱为5圈，内外圈按梅花形排列，并采用长短孔结合，以达到注浆充分，不留死角的目的。浆液扩散半径3m，孔底间距≤4.5m，拱部及边墙注浆加固厚度为5m，仰拱注浆加固厚度为3m。
根据隧道实际情况，在隧道全断面注浆设计理念上，对隧道超前帷幕注浆技术进行改进，把原设计全断面布孔改进为：拱部及边墙的4圈孔和仰拱上面3圈孔进行上半断面布孔，仰拱最下面一排孔和增加的一排孔在上、下台阶交界面上布孔，具体布孔位置如图3所示。
图3 注浆孔布置（单位：cm）
3.3 注浆流程
注浆具体流程如图4所示。
图4 注浆施工工艺流程
3.4 注浆堵水效果检查
注浆堵水工程结束1周后，取一注浆循环段布置6个检查孔来检测注浆效果，孔深控制在6m左右，同时对右洞K5+374—K5+389段涌水量进行检测，仰拱涌水量2.592m3/d，初支拱顶水流量为137.67m3/d。检查孔的出水量如表3所示。
表3 注浆后出水孔的涌水量
从检测结果来看，检查孔单孔涌水量＜0.2L/min，注浆后K5+374—K5+389段仰拱涌水量＜1m3/（d·m）堵水达到了工程预期效果，可以进行下部工序施工。新型注浆工艺实施以后，洞壁形成了一层稳固的注浆圈，围岩和工作面趋于稳定，衬砌外水压力显著降低，达到了隧道限量排水控制标准，有效降低衬砌外水压力。
4 结语
综上所述，注浆堵水技术的合理应用，对富水岩溶地区的隧道建设会有着极大的帮助。因此，我们需要根据施工的现场环境，科学确定施工配合比和准确选取注浆的参数，以促进注浆施工顺利完成，从而确保整个隧道工程的施工质量。
参考文献：
[1]李睿、吕言新、李丰果、张彦奇.高压富水岩溶区特长隧道注浆堵水综合技术研究[J].中国矿山工程.2011（05）.
[2]韩小敏.宜万铁路野三关隧道高压富水岩溶治理技术[J].山西建筑.2014（02）.
论文作者:皮亮
论文发表刊物:《基层建设》2015年12期
论文发表时间:2016/11/17
标签：注浆论文; 浆液论文; 隧道论文; 岩溶论文; 钻孔论文; 压力论文; 裂隙论文; 《基层建设》2015年12期论文;