中铁隧道集团一处有限公司 重庆 400700
摘要：随着我国公路、铁路建设的飞速发展，长大隧道修建数量不断增加，隧道突涌水地质灾害频繁发生，特别是在岩溶地区修建的隧道更为突出，突涌水地质灾害已成为影响隧道施工及安全的主要因素。因此在长大隧道的修建过程中如何有效的预防涌水、突泥、坍方、变形等地质灾害一直是施工的难点和风险，成为制约工程顺利推进和工程风险控制的关键因素。
关键词：隧道；突涌水；注浆；质量
1 工程概况
重庆轨道交通六号线2期中梁山隧道位于重庆市北碚区三溪口村瓦房子社，为单洞双线轻轨专用隧道，其里程桩号为YDK47+853～YDK52+175全长4322m，隧道平面线形为直线，设计纵坡呈“人”字坡，进口坡度3‰，出洞口端坡度为20‰。隧道跨度大，最大开挖宽度12m，隧道最大开挖高度10.9m，除洞口段均为深埋隧道。中梁山隧道地质条件复杂，施工中遇到高压地下水、腐蚀性地下水、瓦斯、煤层、溶洞、暗河、石膏岩、煤层采空区、断层、观音峡背斜等，最大埋深约410m。
2012年10月24日中梁山2号隧道进口YDK48+917.3处打设锁脚锚杆并清理淤泥时开始出现涌水，此次掌子面涌水最大出水量约31000m?/天，其中单孔最大出水量约12000m?/天。
2 工程地质及水文地质特征
根据地勘资料并结合物探和地质钻机探孔，本段溶洞具有以下特征：
（1）高压富水且含沙。施工工程中钻孔注浆最大单孔涌水12000m?/天。水压达到4.5MPa.
（2）规模宏大。根据物探结合钻探，探出隧道下方存在暗河宽12米。发育在围岩交换处。
（3）岩溶水主要受大气降雨补给，雨季隧道涌水量会突然增大水压高破坏力强。
3注浆施工重难点分析
3.1 注浆施工重点
（1）涌水、突泥、坍方、变形等地质灾害一直是施工的难点和风险，成为制约工程顺利推进和工程风险控制的关键因素。也是我项目控制重点。
（2）摸清隧道涌水段地质情况，为隧道帷幕注浆制定方案提供可靠依据。
（3）根据设计要求，对岩体完整、其结构性能可保证开挖安全，但掌子面大面积淌水且掌子面总水量<10m?/h，实施开挖后全断面径向注浆，注浆加固圈固结范围为开挖轮廓线外5m。保证掌子面安全施工。
3.2 注浆施工难点
（1）结合本工程设计理念已堵为主，注浆堵水要求高，隧道区域范围内有居民住房，度假村，大型水库，隧道内涌水对地表影响较大，易引起地表塌陷、房屋开裂、水库干涸等。
（2）隧道地质复杂，岩性变化大，隧道埋深大，出水量大，水压高，钻孔成孔条件差，注浆难度大。
（3）隧道掌子面注浆堵水，后方渗漏水严重。
（4）选用多种注浆材料根据注浆过程中出现问题混合使用，从而达到注浆效果。
图1 钻孔涌水情况
图2 钻孔探出填充物情况
4注浆施工总体方案
考虑到掌子面后方有较大含水体，并存在一软弱夹层，掌子面前方进行全断面注浆对涌水封堵后，可能存在水压增大而导致水体与后方含水体贯通，对后方初支造成危害，故对掌子面后方25m范围初支进行径向注浆加固。
4.1钻孔注浆工艺
（1）全断面超前帷幕注浆采用多功能地质钻机HTYM808钻机钻孔，开孔直径Φ130mm，终孔Φ90mm左右；
（2）采用Φ130mm开孔钻至2.8-3.0m后，安设并固结、锚固孔口管。孔口管采用Φ120mm，δ=5mm，L=3m热扎无缝钢管，前端焊接法兰盘。为防止钻进过程中突发涌水，钻进前应在孔口管上安设好后安设高压防水球阀；
（3）超前预注浆采用前进式分段注浆工艺，分段长度为1～5m，实际分段步长可根据地质情况进行适当调整；
（4）注浆顺序采取间隔跳孔的方式，按两序施做，实施约束型注浆模式，达到注浆堵水、加固的目的。
4.2注浆结束标准
在注浆过程中，当注到一定时间、一定量时，若压力达到设计终压时结束注浆。或注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计压力并稳定10min后，即可结束该孔注浆。当注浆量达到设计注浆量的2倍以上时，压力仍然不上升，可采取双液注浆等措施结束该孔注浆。
所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏水现象，则可结束注浆。
4.2 注浆施工情况
本循环全断面注浆开孔154个，φ110钻孔462米，φ90钻孔 6868米（含重复钻孔），注普通水泥浆712m?，注水泥+水玻璃双液浆475m?，注硫铝酸盐水泥浆1721m?。检查孔14个。
本循环注浆分为上下两部分，下半部开孔注浆100个孔，检查孔9个；下半部合格达到注浆预期效果后，施做上半部，54个注浆孔，检查孔5个。
图3 出水量及注浆量较大孔位图（红色标注）
从钻孔情况来看，在25米范围内地层软硬不均，冲洗液的颜色多为黄、淡黄色，其间多次出现软弱夹层，其中前20米存在明显的岩溶发育，水量大，水较多，实测压力达1.35Mpa，注浆过程中采用前进尺注浆方式，分段钻进；前期施工中水压、水量大，岩体较为破碎，常出现卡钻现象。
由于其地质的不均及岩溶发育的不规律，出水点不同，对整个掌子面，出水主要集中在左部偏下的位置，同时在注浆过程中，水量大的孔相对吸浆量也大，注浆量相对较大的孔分布
在注浆的过程中，由于前期出水大，掌子面止浆墙有开裂现象，使用普通水泥双液浆对止浆墙进行封堵。在注浆的过程中，根据地层的情况，出水情况等实时调整浆液的种类，浆材以硫铝酸盐水泥为主，水泥浆、水泥–水玻璃浆为辅的方式进行。
5 注浆效果检查
注浆结束后，采用施做检查孔及理论计算的方式对注浆效果进行检查，具体情况如下描述。
5.1 检查孔法
注浆效果检验主要以检查孔数据作为基础，根据注浆状况，选择注浆范围可能存在薄弱环节的注浆部位布设检查孔，对注浆效果进行钻孔检查，测定涌水量。本次注浆检查孔数量为14个，检查孔数量约为注浆孔数量的9％，满足设计要求5%-10%的要求，检查范围25米。从检查孔的情况来看，设计要求每个孔注浆后的流水量不大于0.2L/min，实际检测结果出水孔最大出水量为0.15/min。（检查孔布置图见图）
6 注浆效果分析
6.1 钻孔成孔率分析
对施工过程中的A、B、C三序注浆孔终孔段位时分别下PVC管，判断钻孔成孔率和注浆加固效果，累积下PVC管154个孔，从下管的情况看最先施作的部分孔存在塌孔现象，而后其周围地层得到有效加固改良以后，其他孔则不再有塌孔现象，改良后的地层平均成孔率为95%以上，达到了预期的注浆效果。
6.2 浆液填充率分析
受前期涌水影响，地层损失较为严重，按20%裂隙考虑，总注浆量2908m?，考虑浆液损失系数1.1，计算分析溃口段浆液充填率达到84%，达到预期注浆效果。
6.3 P-Q-t曲线分析
本循环注浆仍以加固软弱地层堵水为主，根据施工过程注浆压力随时间有明显的波动，一般注浆压力上升达到4MPa时，压力就会下降，注浆流量增加，如此反复数次后，经过反复的劈裂-挤密-劈裂…，当地层密实度达到一定程度时，注浆压力达到或超过设计压力，浆液流量减小，达到结束标准时，满足软弱地层劈裂注浆机理，达到了注浆效果。P-Q-t曲线如图所示。
图5 通过孔内成像揭示注浆后浆体结实情况
7 结论及认识
（1）根据钻孔揭示的地质情况和注浆效果分析，建议本次开挖长度为20m（含止浆墙），当开挖完成后及时施作超前地质雷达预报、红外线探水和30m超前探孔工作后再确定下部施工方案。
（2）此次注浆采用的是全断面超前帷幕注浆方式，由于其方式的局限性，难以保证前方水通过未加固区的裂隙流到掌子面，故在开挖中，要边挖边探，水量大时需及时封堵或抽排，保证施工的安全。
（3）地层注浆后，得到堵水加固，但开挖的爆破作用，注浆过程中为了加固止浆墙和封孔注入水泥-水玻璃双液浆，由于其脆裂性及扩散距离达不到，可能形成原裂隙重新打开或者形成新的裂隙，故开挖时需采取减震爆破方式，增加钻孔数量，减少装药量，尽量减少爆破对地层的松动作用，防止通过注浆已达到闭合的裂隙由于爆破振动形成敞开的裂隙，水系重新被打开，给开挖施工造成危害。
（4）在开挖前，按时完成超前地质预报和红外线探水工作，发现前方水源较丰富，开挖施工中，分队结合地质预报情况按照相关规范及要求每循环开挖时施作5m超前探孔，及时发现前方水源，避免了涌水的发生，以后施工中应该继续坚持。
（5）开挖过程中应及时初支，并做好应急和抢险准备，保证排水和通讯系统畅通，防止涌水，确保开挖安全。
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论文作者:罗锡波
论文发表刊物:《基层建设》2015年6期供稿
论文发表时间:2015/9/25
标签：注浆论文; 隧道论文; 钻孔论文; 地层论文; 地质论文; 过程中论文; 效果论文; 《基层建设》2015年6期供稿论文;