齐岳山隧道帷幕注浆施工的应用

武圆月

(北京市城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101)

1 工程概况及地质特点

齐岳山隧道全长10 528 m，最大埋深670 m，是宜万线五座风险隧道之一。隧道穿越的地质构造为齐岳山背斜及箭竹溪向斜，为全线重点和控制性工程。根据超前地质探孔资料反映，围岩主要以砂岩夹煤层线发育，在煤层附近围岩十分破碎，钻孔中有塌孔现象，且在涌水中夹杂4 cm大小的碎石涌出。地形变化极大，围岩严重风化，岩层破碎，裂隙极为发育，在该段隧道施工过程中，支护采用复合式衬砌，初期支护为钢拱架混凝土。根据超前探孔确定前方有多处含水带，仍然有发生较大涌水的可能。

为了解决施工中遇到的困难，经上级单位和领导专家讨论决定，拟采用帷幕堵水注浆的方法，解决施工中遇到的突水问题，根据总指现场会商纪要，确定本段DK365+858～DK365+831帷幕注浆段为总长27 m。

2 注浆方案及主要技术参数

2．1 周边帷幕注浆的加固范围

浆液的加固范围是帷幕注浆最重要的设计参数，它直接决定着注浆工艺的选择及其相对应的其他注浆参数的确定。依据铁四院下发的宜万线注浆方案总体设计原则和该段的实际工程地质情况，齐岳山隧道正洞帷幕注浆的加固范围为超过隧道开挖轮廓线外3 m。

2．2 周边帷幕注浆钻孔的布置方法

超前周边帷幕注浆的钻孔施作，使用四台能够倾斜和偏移角度的XY-2PCG水平工程地质钻机。依据设计院下发的相关设计图纸及根据正洞开挖断面图，超前周边帷幕注浆的钻孔采用沿隧道开挖轮廓线布孔，本循环帷幕注浆钻孔共布置两圈，钻孔角度呈发射状分布。

具体的孔位布置见图1。

2．3 周边帷幕注浆钻孔的施作工序

钻孔工序图见图2。

2．4 注浆材料的选择

考虑到超前堵水帷幕注浆的要求，施工前根据预测涌水点的水压力、流量、流速和预计储水量进行注浆材料选择，总的要求是:固结孔口管和封孔注浆时选用普通水泥—水玻璃双液浆;注浆孔涌水量较小，裂隙细微时，选用TGRM水泥基特种灌浆材料，该材料以特制的高性能水泥配以适当的外加剂，共同混合而成，具有早强、高性能水硬性胶凝材料，它扩散性强，可注入0．2 mm以下裂隙;当注浆孔涌水量较大，裂隙宽度大于0．2 mm时，选用胶凝时间为4 min～6 min的普通水泥浆单液浆;当处理断层破碎带，地下水流速很大时，则宜先注入惰性材料，如中、粗砂或岩粉等，以充填过水通道，增加浆液流动阻力，减少跑浆，然后注入水泥浆堵水。

图1 注浆孔位布置图（单位：cm）

图2 帷幕注浆钻孔工序示意图

对于涌水量很大且具有较大储水空间的岩溶裂隙型管道的大股突水，堵水措施是将动水变为相对静水时再进行注浆，即设置堵截墙，使用快速胶凝的浆液堵水，还可以采用分流减压、减流速的办法，再调整胶凝时间，对出水点进行封堵。在大孔隙、耗浆量大及注浆易失控的情况下使用水泥、粉煤灰、早强剂拌制的浆液注浆。

2．5 注浆量的计算

浆液的扩散半径与岩层裂隙很难确定，根据宜万线宗旨下发《岩溶隧道注浆施工管理细则》中有关注浆量的确定方法单孔注浆量为:

一序 Q1= πR2hnα·(1+β)。

二序Q2=80%Q1。

其中，Q为注浆量，m3;R为浆液扩散半径，m;h为注浆段长，m;n为地层裂隙度，空隙率，%;α为浆液充填系数，取0．7～0．9;β为浆液损耗系数。

设计中，nα·(1+β)统称为充填率，充填率按表1选用。

表1 充填率选用表 %

2．6 注浆参数选定

2．6．1 注浆材料的配比

浆液材料的水灰比和配合比的相关参数如表2所示。

表2 浆液配比参数表

2．6．2 注浆压力

注浆压力对浆液的扩散、裂隙填充起着决定性作用，只有足够的压力，才能克服静水压力和地层阻力将浆液注入岩层中，以达到注浆固结圈的厚度，所以，注浆压力是浆液在裂隙中流动、扩散、充填、压实的动力。注浆压力与岩层裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料的粘度和胶凝时间长短等有关，目前均按经验采用。由于该注浆段主要是超前周边帷幕预注浆，且实测水压0．7 MPa，每个注浆孔之间的岩性有所差别，所以注浆终压选取1．0 MPa～3．5 MPa。

2．6．3 注浆顺序

按照对称开孔，先外后内，先下后上，间隔跳孔的原则进行，以提高注浆效果和密实度。

2．6．4 注浆方式

为了保证注浆施工的质量和效果，注浆方式全部采用前进式分段注浆和后退式分段注浆相结合的注浆方式进行钻孔注浆施工。前进式注浆时，分段长度为3 m～5 m。

2．6．5 注浆的工艺流程

注浆的工艺流程图见图3。

2．6．6 钻孔注浆机械设备配套

根据超前周边帷幕钻孔注浆施工的要求，具体需要的机械设备如表3所示。

图3 注浆工艺流程图

表3 机械设备一览表

3 注浆效果检查与补孔注浆

根据现场钻孔所揭示的地质状况，注浆段的注浆孔全部注完后，还要进行注浆效果检查和评定。可采取分析法即结合注浆过程中P—Q—t曲线分析及反算注浆后地层的浆液填充率判断注浆效果，不合格者应补钻孔注浆。对注浆过程中的各种记录资料综合分析，注浆压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求;注浆效果检查主要用钻检查孔法。根据检查孔涌水量、取芯率和强度来决定是否需补充注浆。如果检查孔每延米涌水量大于0．15 L/min或局部孔涌水量大于3 L/min时，需进行补充孔注浆，直到达到设计要求为止。

4 结语

帷幕注浆是可以达到堵水并加固地层的效果，从总体思路上讲，进行帷幕注浆必须建立良好的止浆体系，做好止浆墙，先低压加固好后方岩盘，为尽早实现封闭注浆奠定基础，这是提高注浆工效的关键，采用分段前进式注浆是保证注浆效果的必要因素。其次是根据地层的裂隙宽度、填充胶结物的特性、水压和裂隙的连通性确定注浆浆液的类型及配比，以便获得良好的注浆效果。完全达到了帷幕注浆的目的，为今后隧道安全生产打下坚实基础。

［1］程建铝，宋战平．喀斯特地区铁路隧道工程地质灾害研究初探——以宜(昌)万(州)铁路金子山岩溶隧道为例［J］．水利与建筑工程学报，2006(3):7-10．

［2］王梦恕．对岩溶地区隧道施工水文地质超前预报的意见［J］．铁道勘察，2004(1):11-14．