黄土隧道富水围岩帷幕注浆施工技术

赵玉印

(中国中铁二局四工程有限公司 四川成都 610300)

黄土隧道富水围岩帷幕注浆施工技术

赵玉印

(中国中铁二局四工程有限公司 四川成都 610300)

上庄隧道斜井地质条件差、渗水量大，防止该斜井洞内涌水和坍塌是该段施工的关键。采用帷幕注浆施工取得了较好的效果，在介绍帷幕注浆的施工方法及效果检查的基础上总结了施工参数，并结合工程概况，施工方案，施工准备，材料及配合比，钻孔方法，注浆方式，效果检查深孔注浆的操作事项作了重点阐述，以为同类工程施工提供参考。

黄土隧道;软弱围岩;帷幕注浆;施工技术

1 工程概况

1.1 设计情况

上庄隧道起讫里程为 DK979+361～DK981+425，全长 4064m。全隧道主要地质为Q4及Q3砂质黄土，以及Q2黏质黄土。在DK980+700处设斜井辅助坑道，全长371.71m，综合坡度9.12%，按临时工程设计。

1.2 施工情况

1.2.1 水文地质

根据现场调查，该斜井口上游约20～30m距离有一水井，水井中地下水位埋深约3m，高程约1931m。隧道进洞32m后，仰供开挖时开始出现渗水，土样含水量达到29.5%，承载力仅44Kpa。渗水点高程1936.410m。XK2+50整个掌子面渗水，上台阶地面高程约1931.041m，上台阶距离洞底距离约3m，因此掌子面处地下水位在1934.041m以上，同时掌子面渗水水量约60m3/d。

根据以上分析，该区域地下水位位于 1931m～1936m之间。水位附近土体呈软塑-流塑状态，含水率29.5%。

1.2.2 施工方法及参数

采用上下台阶法施工。具体参数是：拱墙设I16工字钢，间距1米/榀。（渗水地段全环设I20工字钢，间距0.6米/榀）拱部设φ42超前小导管，小导管长3.5m，环向间距 40cm，纵向间距 2.4m，外插角 10～15°。边墙设φ22砂浆锚杆，间距1m×1m。拱墙设φ8钢筋网，间距20cm×20cm。

1.2.3 出水情况

2013年6月7日，掌子面施工至X2+36（该位置的高程为:1931.041），6月8日，监控量测断面X2+40沉降18cm，6月9日，下沉量达到40cm，6月10日出现拱顶整体开裂下沉,随即出现掌子面大体大变形段下沉，XK2+36总计下沉120cm。

2 施工方案

经四方现场勘察得出，决定采用帷幕注浆方式进行施工。

按照四方会议纪要指出“帷幕注浆加固、管棚支护”的原则。首先施做全断面帷幕注浆，之后管棚支护。

2.1 帷幕注浆加固设计

首先进行全断面帷幕注浆，加固该软弱围岩段落，在隧道开挖轮廓线外形成一定厚度具有一定抗压能力的稳定固结体并通过超前大管棚刚性支护，提高胶结体的承载能力，保证隧道开挖及结构安全。

由于该大变形段段为扰动地层，且有三层超前管棚侵入开挖轮廓线，因此有边界条件下浆液扩散控制及穿越管棚钻孔是该方案的重要控制点及难点。

注浆加固范围为XK2+42～XK2+07，纵向长度35m，主要是采用SM-14多功能地质钻机对大变形段处进行加强注浆，终孔位置在开挖轮廓线外5m，浆液扩散距离取1.5m，共计布设注浆孔69个。每段注浆长度35m，开挖30m，预留5m不开挖做为下循环止浆岩盘。

2.2 施工方案

2.2.1 止浆墙施做

掌子面施作止浆墙。采用C30模筑混凝土施作，上部厚2.5m，下部厚3m。止浆墙施作过程一定要保证质量，尤其是周边与开挖轮廓线的接触部用直径22的螺纹钢筋连接，混凝土浇筑必须振捣密实，防止漏浆。

2.2.2 场地硬化处理

为了满足钻机施工作业要求，必须在止浆墙后方预留12m长的作业平台。将止浆墙后方12m范围内整平压实，之后垫16mm厚钢板做为钻机施做平台。

2.3 钻孔

采用SM-14钻机进行钻孔。钻孔间距为2.0×2.0米梅花布置，分序钻孔，钻孔时开始采用低速钻进，待钻机正常钻进时(进尺 0.5m左右)，将钻机速度调至正常运行速度。钻至设计孔底标高或分段高度后，为使注浆通道顺畅，要进行清孔工作。钻孔过程中，每孔作好钻孔记录，为注浆提供了地质依据。

钻孔操作工艺流程：钻机就位→开孔→接杆 钻孔→清孔→卸杆。

2.4 注浆

2.4.1 注浆材料。注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，水泥采用甘草P.O42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃模数为2.6～2.8，波美度30～35Be′,施工用水采用上庄斜井工点净化水，水质符合《混凝土拌和用水标准》（JGJ63-89）规定。

2.4.2 注浆参数。浆液浓度采用：C:S=1:(0.6～1.0)(体积比），水泥浆水灰比0.8:1～1:1，水玻璃模数2.6～2.8，水玻璃浓度35～40Be′，注浆压力4～6MPa。

2.4.3 注浆工艺。分序钻孔，为防止窜浆，实行隔两个孔注浆，注浆机械为KBY70-16型双液注浆泵，注浆方式为分段前进式，注浆分段长约5m。水泥浆和水玻璃浆在距注浆孔5m位置用“Y”型结构混合，水玻璃及水泥出浆管上分别安装流量计和控制阀门控制流量，然后进入注浆孔，与止浆塞导管相连。在注浆管上安装自动流量计记录注浆过程中流量、压力等变化，终端进入电脑自动记录。注浆时先打开混合器注浆阀，先注水约2～3min，使围岩孔隙畅通。然后注水泥浆约3min至正常后，迅速将两个吸浆龙头分别放进水泥浆桶和水玻璃桶，实施双液注浆。停止灌注时，先停水玻璃泵，后停水泥浆泵，并用清水清洗管路，以预防堵管。

(3)除建材化利用外，钢渣利用还应当结合我国现阶段经济社会发展现状，拓展钢渣利用途径，比如加大在钢渣作为环保领域如大气污染治理、水处理和土壤治理与修复利用，以及沿海钢企钢渣就近作为人工鱼礁生态材料利用等方面的研究与应用推广，这样既符合国家经济社会发展大趋势，也有助于提升钢渣利用附加值。

2.4.4 注浆结束标准。注浆过程中注浆压力逐渐升高，最终达到或接近设计的注浆终压，并维持10min以上，或者注浆流量随时间逐渐减少，最终小于1L/min·m，并维持 10min以上，即结束本孔注浆；遇到大裂隙时，压力上不去，进浆量很大的情况下，经过浆液浓度的变换，仍达不到终压与注浆流量的标准时，采取间歇注浆，待养护24h后复注，以达到设计终压标准。

2.4.5 现场注浆施工。在现场注浆中，刚开始由于吸浆量大，压力在前30min，基本都小于0.5MPa，随着浆液填充孔隙，压力注浆上升至1MPa，当流量小于1L/min时，压力基本能达到1.2MPa以上。终孔压力是控制注浆结束标准的重要指标，因为孔内无压力，证明注浆孔浆液未满。为了控制注浆质量，尽量都把注浆压力控制在4～6MPa以上。

2.5 管棚超前支护

拱部180°范围内沿开挖轮廓线布置超前大管棚。纵向长20m，沿开挖轮廓线环向布置，开孔环向间距30cm，外插角5～7°，共布设39根管棚，管棚孔可兼作上断面补充注浆孔。

大管棚采用内径Φ108mm，壁厚5mm热轧无缝钢管加工，每节长9m，沿管壁布设4排Φ6mm对称溢浆孔，梅花形布设，孔间距50cm，每根管棚末端2m不布设溢浆孔，前端加工成椎形尖端并封闭。采用Φ89mm、壁厚 5mm热轧无缝钢管套入Φ108mm管棚，焊接连接顶入孔内。管棚安设完成后进行全孔一次性注浆。

3 效果检查

3.1 注浆压力及流量与时间之间的关系

注浆效果评定是决策开挖施工方案的依据。

根据现场钻孔所揭示的地质状况，注浆结束后，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。

根据注浆量分析浆液对地层裂隙的填充率，当浆液填充率达到 80%以上，满足开挖要求。

3.2 注浆效果检查

3.2.1 取样观察

在注浆前，掌子面为淤泥状，经过注浆后，掌子面周围地层经过封堵，现在基本已经干涸。

3.2.2 试验检查

注浆前土工试验结果该区土质为黄泥，含水量高达29.5%，无法进行颗粒分析及干密度试验；注浆后土工试验结果为土样为灰黑色，土层含水量9.2%-13.5%。

在注浆区采用双管单洞法进行了钻芯取样，共钻取了6个孔，3个钻芯成型较好，2个一般，1个较差。取出一块较完整的芯样进行抗压试验，浆液固结强度达到0.4mpa以上。

4 结论和体会

注浆工程涉及多门学科知识，是一个复杂的系统工程。上庄隧道帷幕注浆采用了双液注浆泵压浆进行前进式注浆技术，在注浆范围大，渗水量大的情况下，通过压力、浆液等调整，使浆液在岩层中充填密实，封堵了地下水渗流路径，加固了围岩，提高了围岩强度，杜绝了坍方及渗水事故发生，达到了设计目的。

[1]范彦兵.矿山帷幕注浆特殊地层施工工艺研究.科技资讯，2013

[2]中铁第一勘察设计院.宝兰客专上庄隧道设计图，2013

[3]唐平.深孔帷幕注浆技术研究.北京：中国地质大学，2010

U45

B

1007-6344（2016）10-0038-01

赵玉印（1988-），男，工程师，本科，主要从事建筑工程相关工作。