岩溶隧道注浆加固技术探讨

栗晋华

中铁隧道集团三处有限公司，广东 深圳 518052

岩溶隧道注浆加固技术探讨

栗晋华

中铁隧道集团三处有限公司，广东 深圳 518052

在加强超前地质预报的基础上，通过注浆来改良软弱破碎岩体、封堵地下水及侵蚀性离子，是当前长大隧道施工中解决溶洞及地下水、断层等不良地质最被广泛应用的技术之一。提出了岩溶隧道注浆加固设计基本原则及分类，分析了不同注浆方案的特点及运用范围，探讨了岩溶隧道注浆施工技术，以避免或减少施工中地质灾害发生，保证完工后隧道安全运营。

隧道；岩溶；注浆加固；原则；分类；方案

1 工程概况

武广铁路客运专线乌（龙泉）花（都）段天鹅岭隧道位于郴州市境内，穿越剥蚀－溶蚀低山丘陵区，隧道起止里程DK1848＋095～DK1850＋460，隧道全长2365m，为客专单洞双线长隧道，隧道埋深50m～145m。

隧道穿越地层主要为炭质页岩、（白云质）灰岩、硅质灰岩、硅质岩、灰岩，Ⅳ、Ⅴ级围岩地段占全隧道的50%以上,地下水以碳酸盐岩溶水与基岩裂隙水为主。隧道进、出口段及中部共约990米埋深浅、岩体破碎，表层土体松散、易滑塌，溶沟溶槽发育、富水；特别是中部的655m洞身段还易发生涌水、突泥灾害；隧道内有三条断层，且区域内岩溶发育，共有4处大型溶洞累计长度为305米，施工难度大，安全风险高。

2 岩溶隧道注浆加固设计基本原则

注浆设计在考虑工程的安全性、水文、工程地质条件、结构性能、注浆目的的基础上，同时应符合下列原则：

①功能性原则，针对工程的目的和要求，方案可行、可靠，满足工程功能性的要求；

②适应性原则，注浆方案须适应场地工程、水文地质条件、实施条件及环境条件的要求；

③可实施性原则，注浆设计地工程规模、工艺参数和技术指标，在现行的社会环境和技术条件下必须可行；

④经济性原则，注浆设计方案通过技术经济比较，满足功能性要求的前提下，要求费用尽量低；注浆方案确定后，应尽量采用先进的工艺及适宜材料，结合已有勘察资料进行方案优化，尽可能降低工程造价；

⑤环境保护原则，要做到避免环境污染或最大限度地减少环境污染；

⑥安全性原则，注浆设计方案除了保障结构及建筑物安全外，还应确保周边工程、环境及人员的安全。

3 注浆加固设计分类

①按注浆与开挖的关系分类

按注浆与开挖的关系，可分为预注浆和后注浆。预注浆即开挖前的注浆，其目的是堵水和加固，包括工作面注浆、地面预注浆；后注浆即开挖后的注浆，多采用径向注浆，目的是堵水、加固、充填。

②按注浆加固范围分类

按按注浆加固范围，可将注浆分为局部注浆、全断面注浆和帷幕注浆等。

4 岩溶隧道注浆加固实施方案

在加强超前地质预报的基础上，通过注浆来改良软弱破碎岩体、封堵地下水及侵蚀性离子，是当前长大隧道施工中解决溶洞及地下水、断层等不良地质最被广泛应用的技术之一，这在渝怀铁路圆梁山隧道、宜万铁路野三关隧道、龙厦铁路象山隧道及厦门翔安海底隧道等重大工程中都有成功应用的实例。超前周边预注浆、全断面超前预注浆、局部注浆的作用和特点。

4.1 超前周边预注浆

周边帷幕预注浆方案与全断面超前预注浆的参数基本相同，仅加固隧道周边轮廓线外3m～5m范围内岩体，隧道轮廓线以内的岩体不再进行专门注浆加固。每循环超浆加固长度30m，开挖25m，留5m作为下一循环的止浆岩盘。注浆材料以普通硅酸盐水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆为主，采用前进式注浆方式，先注外圈孔（第一环），注浆方案如“图4-1超前周边预注浆示意图”。

图4-1超前周边预注浆示意图

4.2 全断面超前预注浆

全断面超前预注浆采用钻机成孔，开孔直径一般为126mm，开孔深度2m～3m，开孔完成后安设并固定孔口管（孔口管径一般采用108mm）。之后，通过孔口管钻注浆孔，注浆孔径一般为90mm。钻到设计孔深后，进行注浆。钻孔和注浆的顺序是从外圈到内圈，隔孔加密，注浆方式一般采用分段前进式注浆。根据成孔情况，钻机能力和现场试验，也有利用钻杆进行分段后退式注浆，后退式注浆较前进式注浆效率提高很多。达到单孔和全段注浆结束标准后，结束注浆。

注浆结束后，进行注浆效果检查。检查方法主要有：

（1）整理注浆资料，分析P-Q-t曲线：P-t 曲线呈上升趋势，Q-t 曲线呈下降趋势，注浆结束时，注浆压力达到设计终压，注浆速度达到设计速度(常取5L/ min～10 L/min)。

（2）整理注浆资料，统计单孔、全段注浆量，反算浆液充填率。当地层含水量不大时，浆液填充率须达到70%以上，地层富含水丰富时，浆液填充率须达到80%以上。

（3）按总注浆孔的5%～10%设计检查孔，检查孔的布设应在均布的原则下，结合注浆资料的分析做重点检查。检查孔应无涌泥、涌砂，不塌孔，渗水量应小于0.2L/min.m。不取芯钻孔时，应记录钻进速度、钻进压力、排渣成份等，进行认真分析。

注浆效果达到要求后，组织开挖施工。隧道断面大，断层和岩溶地质条件复杂，全断面超前预注浆方案必须考虑足够的加固范围，确保施工安全和结构安全。

预注浆，根据现场试验情况及时调整。

表1 全断面超前预注浆参数表

正洞注浆方案如“图4-2全断面超前预注浆示意图”。

图4-2 全断面超前预注浆示意图

4.3 径向小导管注浆加固

隧道开挖后，围岩较差，节理较发育，洞室周边漏水、渗水点较多，局部点以股状水流出，为避免产生大范围的涌泥、涌砂、涌水和坍塌，可采用径向小导管注浆予以封堵，采用注浆材料为水泥-水玻璃双液浆，小导管长度4m～6m,主要在溶洞段隧道周边和溶洞体局部布置。

4.4 局部注浆加固

岩溶部位出现明显涌水时采取局部注浆方案，在出水点上游钻孔注浆截断水源，并在出水点周围布孔加固围岩，加固深度一般为开挖轮廓线外5m～8m，局部注浆采取全孔一次性注浆方式进行，注浆顺序由少水处向水多处逐步注浆施工。当洞壁岩面或支护面局部淋水，涌水量超过设计要求时，采用局部注浆方案堵水减排。局部注浆以水泥单液浆为主，水量大时采用普通水泥-水玻璃双液浆，注浆压力为1 MPa～2MPa。注浆方案如图4-3，图4-4所示。

图4-3 局部注浆方案——裂隙出水注浆示意图

图4-4 局部注浆方案——面状出水注浆示意图

5 工程实例

2007年12月26日天鹅岭隧道进口开挖至里程DK1848+998时,经勘察发现隧道拱顶发育有一大型岩溶洞穴，该溶洞纵向主要发育在DK1848＋998～DK1849＋012范围内，在环向范围内呈不规则构造，底部左侧局部钻探未10m未进入基岩，设计为Ⅴ级围岩,岩溶发育,溶腔内充填碎石红黏土,涌水量80m3/h～100m3/h水。

为满足客运专线施工质量和保证完工后的运营安全，处理方案确定为：采取密排小导管超前支护、人工开挖，架立I20型钢拱架支护，并施作临时仰拱；开挖支护完成后，对隧道周边采取径向小导管注浆加固，对隧道底采取钢管桩注浆加固。

注浆设计参数如表2所示。

表2 注浆设计参数表

根据现场钻孔所揭示的地质状况，注浆结束后，采用分析法即结合注浆过程中P-Q-t曲线及反算注浆后地层的浆液填充率，并通过钻设检查孔进行钻孔取芯检查和出水量测试，检查孔出水清澈，泥砂含量和水压力很小，出水量小于0.2L/min,注浆后地层得到了有效的改良。

6 结语

①必须采取强有力的地质超前预报手段，准确预报前方地质情况，才能为制定合理预案提供依据，指导隧道施工，有效避免地质灾害。

②隧道岩溶地质条件复杂，存在很多不可预测风险因素，对于复杂多变的注浆地层，应采用合理的注浆工艺进行施工，且注浆参数应根据情况进行动态调整优化，才能确保注浆加固达到预期目标。

[1]王梦恕等著.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]杨晓东主编.锚固与注浆技术手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3]张炜,李治国,王全胜.岩溶隧道涌突水原因分析及治理技术探讨[J].隧道建设,2008, 28(3):257～262.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.014