新吉坪隧道超前帷幕注浆施工技术

常晓义

摘要：超前帷幕注浆施工技术。

关键词：超前帷幕注浆；注浆设计；地质预报；断层；TSP红外探水

中圖分类号：U453.61 文献标识码：B 文章编号：1674-3954（2013）21-0309-02

1 工程概况

新吉坪隧道位于湖南省湘乡市内，隧道起讫里程为DK94+045～DKl01+724，全长7679m。双线隧道，线间距5m。隧道最大埋深218m，隧道最小埋深约28m。

新吉坪隧道地质条件复杂，区域地质作用剧烈，碳酸岩分布广泛，岩溶、构造破碎带及影响带等不良地质特别发育。根据地表调绘及物探揭示存在7条断层破碎带，并存在多处浅埋地段。

DK100+930-DK100+970位于F3正断层，断层特征表现为岩层产状紊乱，牵引褶皱发育，该区段的正常隧道涌水量Qo=2200m³/d，隧道最大涌水量Qs=5572m³/d。设计V级围岩，岩性为灰岩，浅灰～灰色，弱风化，受构造影响，岩体较破碎，呈碎块状，有突水可能。区段采用Vb（断层）支护形式。

为了防止突水、突泥（石）及改良地层，确保施工安全，保护地下水资源，对DK100+930-DK100+970共计40m段落采取帷幕注浆堵水措施。

2 帷幕注浆设计方案及参数

2.1 注浆参数

注浆孔直径110mm，长度3m；孔洞剩余部分直径均为91mm。单孔扩散半径3.0m，注浆孔端达到隧道开挖轮廓线外8.0m。

注浆压力应根据水文地质条件及工艺试验调整确定，一般比净水压力大0.5～1.5MPa。

2.2 注浆技术标准

2.2.1 单孔

注浆压力逐渐升高至设计终压，并稳定10min。注浆量不小于设计注浆量的80%。进浆速度为开始进浆速度的1/4。

2.2.2 全段

所有注浆孔均己满足单孔技术条件。浆液加固范围大于设计值。

2.3 帷幕注浆后效果检查

2.3.1 钻孔检查法

按总注浆孔的5～10%设置检查孔，检查孔应在均布的原则下，结合注浆资料的分析布设；检查孔应无涌泥、涌砂，不塌孔，渗水量应小于0.2L（min·m）或小于设计涌水量，否则应予补注。

2.3.2 钻孔取芯法

通过钻孔取芯观察地层的注浆效果。

2.3.3 压水实验法

对检查孔进行压水试验，当吸水量大于1L（min·m）时，必须进行补充注浆。

2.4 注浆材料

2.4.1 注浆材料

水泥水玻璃双浆液。

2.4.2 水泥

425号普通硅酸盐水泥；水玻璃：波美度Be'=40；水泥浆水灰比=0.8～1：1；水泥浆及水玻璃浆液=1：0.8。

3 帷幕注浆施工方案

3.1 超前地质预报

超前地质预报工作的目的及任务就是弥补地质勘探的不足，在掌子面开挖前，采取必要技术手段，探查围岩发育及地下水赋存状态，找出难以查探的、隐藏的重大施工安全隐患，提前制定开挖预案并采取可行措施，保证施工生产的安全。施工中采用多种方式对DK100+930～DK100+970进行探测。

3.1.1 TSP超前地质预报

本次预报采用地球物理勘探中的隧道超前预报系统（TSP）。通过对二维结果图分析，得出表1结论（以掌子面岩石为主要参照物）。

3.1.2 红外探水及地质雷达

采用HW-304型红外探水仪进行了超前地质探测。本次探测在掌子面上布设四行六列24个点，分别对左边墙脚、左边墙、拱顶、右边墙、右边墙脚、底中进行布点，探6条线。

本次预报掌子面里程为DK100+970，探测范围为DK100+970～DK100+930段。推断掌子面左侧和中部前方含水。

地质雷达对掌子面前方区域进行预测，结果推测该段围岩节理裂隙极发育，岩体破碎，稳定性低，溶蚀性构造易发育，极易发生突泥突水，对比施工揭露的围岩及溶洞情况看，进一步验证了原设计的地质推断，需要施做帷幕注浆保证隧道施工安全。

3.2 帷幕注浆施工工艺流程

根据围岩条件采取全孔一次性注浆。全孔一次性注浆方式主要用于围岩条件较好，裂隙较均匀的地层，施工工艺流程图如图2。

3.3 施工工艺及施工方法

3.3.1 止浆墙的施工

超前帷幕注浆每一循环注浆长度30m，开挖25m，保留5m长止浆岩盘。第一循环采用5m厚C20混凝土止浆墙，里程为DK100+970～DK100+965，采用C20素混凝土浇筑，厚度5m。

3.3.2 注浆钻孔布置

注浆钻孔的布置，按照设计方案确定，并根据注浆加固范围、一次注浆加固长度、单个注浆钻孔设计加固范围，岩层裂隙发育情况，地下水分部情况等综合调整，一般超前预注浆注浆孔长短结合并呈伞形放射状布置。

3.3.3 钻孔施工

超前帷幕注浆的注浆孔开孔直径为φ110tuna，并埋设3.0m长φ108nnn孔口管，壁厚5mm的热轧无缝钢管，孔口管应埋设牢固。注浆钻孔孔口位置应准确定位，设计容许偏差为±5cm，偏角应满足加固范围要求，每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置偏移应小于30cm。

钻孔选用KY100J型潜孔钻机。根据设计孔位、钻孔参数，在工作面上放出钻孔位置，并用油漆标识。调整钻杆的仰角和水平角，移动钻机，将钻头对准所标孔位。将棱镜放在钻杆的尾端，用全站仪检查钻杆的姿态并调整。同时采用罗盘根据计算的方位角与倾角复核钻杆状态，确保钻孔准确。

有水段采用向孔内灌注双液浆固结孔口管；无水段采用灌入水灰比为0.5：1的早强水泥浆将其固定。待凝48h后，安装闸阀，开始扫孔。扫孔结束后，采用1.2～1.5倍的设计注浆压力进行耐压及抗渗试验，经试验确认无泄漏且满足耐压要求，才可以继续钻进，否则必须进行处理直至达到设计要求为止。

3.3.4 注浆施工工艺

压水试验方法采用双塞正水法，压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取净水压力的1.5～2.0倍，试验时每间隔10min观测一次流量和压力，流量和压力保持相对稳定，流量连续四次读数，其最大值和最小值之差小于最终值的10%，试验工作即可结束，以最终流量为计算流量。

注浆前，必须立即进行钻孔冲洗工作，采用压力骤升骤减的放水方式，一般出水管的水洁净后再延续10min，总冲洗时间不低于30min，对个别特殊情况还要增加冲洗时间。

注浆采用JRD500BF高压注浆机注浆。当注浆孔涌水量小于30L/min，选用纯水泥浆或水泥一水玻璃浆液；当注浆孔涌水量在30～200L/min范围内，选用凝胶时间为4～6min的浆液；当注浆孔涌水量大于200L/min，选用凝胶时间为3～4min的浆液。

注浆顺序：先注内圈孔，后注外圈孔，先无水孔后有水孔，同一圈孔间隔施工。

3.4 其他注意事项

对于注浆中断，应及时采取措施，缩短中断时间，尽快恢复注浆。如中断时间较长，应及时冲洗钻孔，并检查注浆设备，找出中断原因，对注浆中断的孔段扫孔并进行复注弥补，以保证注浆质量。

发生岩层大量漏浆时，缩短注浆段高，降低注浆压力，限制进浆量或加大浆液浓度等措施，严格控制注浆量，既保证注浆质量又不浪费浆液。

4 结束语

通过新吉坪隧道帷幕注浆段落的施工，总结出如下经验：

（1）超前帷幕注浆对不良地质发育，断层、岩溶、构造破碎带等处理效果明显，结合超前地质预报等技术手段，在隧道掌子面开挖前，实施帷幕注浆，达到整体加固目的，对各种赋存形式的地下水起到封堵作用，防止了突泥突水情况的发生，保证了施工安全。

（2）针对地质构造、破碎及裂隙发育程度不同，水泥浆液配比、注浆次序、注浆压力、注浆孔的布置将直接影响到注浆效果。在辅以超前水平钻孔、取芯、压水试验、地质雷达扫描等检测手段后，适当修正施工参数，使得帷幕注浆效果大大提高，减少后续开挖施工难度及投入。

参考文献

[1]王振卿，何振起，TSP203地质预报系统在岩溶地区的应用[J]，工程地球物理学报，2006（01）

[2]邹翀，张民庆，李治国，圆梁山隧道高压富水区充填型溶洞注浆技术[J]，铁道标准设计，2005（01）