隧道下穿狮子岩水库施工技术探讨

管胜

摘要：大别山隧道出口段穿越狮子岩水库围岩破碎、裂隙水发育，施工中通过超前地质预报对地质情况进行预判，采用超前小导管辅以水泥-水玻璃双液注浆止水加固、正台阶法开挖、开挖后全断面径向注浆止水加固的施工方案，取得了良好的工程效果。文章结合工程实践介绍了这种方案的成功运用。

关键词：超前地质预报；超前小导管；全断面径向注浆；水泥-水玻璃双液注浆

隧道穿越围岩破碎、裂隙水发育的不良地质带，选择正确的的施工方法至关重要。在大别山隧道出口段施工中，通过超前地质预报对围岩进行预判，采用超前小导管辅以水泥-水玻璃双液注浆止水加固、正台阶法开挖、全断面径向注浆，结合架设I14工字钢架、挂网、喷锚等措施，顺利通过不良地质带，取得良好效果。

一、工程概况

大别山隧道为上下行分离的双洞隧道，隧道呈东西向展布，进口位于麻城市木子店镇槐树店村细台子沟，出口位于麻城市龟峰山乡边店村叶家河。左洞起止里程为：ZK18+275～ZK23+183，长4908m，右洞起止里程YK18+240～YK23+141，长4901m。属特长隧道。隧道最大埋深482m。

隧道区在大地构造上属秦岭-大别山造山带核部，地质构造十分复杂，经历了多旋廻、多階段的发展演化。区域构造上属罗田褶皱束罗田穹隆的一部分，受白垩纪花岗岩的侵入影响，褶皱构造被破坏，仅在太古代大别群（ArD）中残留有露头尺度的层内褶皱，无根褶皱等。

在白垩纪花岗岩岩体中破碎带发育，在桩号YK22+573～YK22+667处通过地质勘探资料得知该段围岩为强～弱风化花岗岩，埋深约55米。隧道所处围岩为Ⅳ级围岩地段，地形上为一深切“V”形冲沟，沿冲沟底部集中发育两组裂隙，其一产状15°-30°<85°间距1-3m，迹长大于10m；其二产状340°<60°，间距0.3-0.5m，迹长大于5m。由于这两组裂隙发育程度高，围岩较为破碎，钻孔压水试验表明该段岩体具有弱透水性。另外，路线右侧有一中型水库（狮子岩水库），隧道施工可能引发水库渗漏等环境地质问题。

二、施工方案

经过广泛收集资料，聘请专家论证，结合工程实际情况，本着“管超前、预注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则，采用TSP203超前地质预报对围岩进行预判，施工中采用超前小导管辅以水泥-水玻璃双液注浆止水加固、正台阶法开挖、开挖后全断面径向注浆、局部注浆及补注浆，I14钢架配合锚喷支护的处理方案。施工方案包括围岩超前地质预报预判、形成防渗加固圈、上下台阶法开挖、全断面径向注浆、初期支护等。

1.超前地质预报

虽然设计中通过钻孔对围岩情况进行了预判，可是实际施工围岩较设计情况中往往出入较大。因此，在施工掌子面距离断层破碎带15米左右采用TSP-203系统进行长距离地质预报（20米-200米），超前钻孔进行中短距离地质预报（20米以下），并认真作好地质素描，形成地质信息资料。然后将地质信息上报给建设单位、根据监测单位的预判结果，断层破碎带的围岩等级判定为Ⅳ级围岩，节理发育、岩体破碎、裂隙水较发育。

2.形成防渗加固圈

形成加固圈就是通过超前小导管配合水泥-水玻璃双液注浆在拱部120°范围的开挖轮廓线四周形成一定强度和厚度的水泥浆加固拱，以提高围岩自承能力和稳定性。超前小导管φ42、长4.5m，沿隧道拱部120°范围的开挖轮廓线布置，环向间距40cm，向外倾斜10～15°。考虑钢架间距和搭接长度，按照3.2m每环布置，预留搭接长度1.3m。注浆使用YZB-120/7型液压双液注浆泵，注水泥-水玻璃双液浆。

3.上下台阶法开挖

开挖本着“短进尺、强支护”的原则，采用正台阶法开挖的处理方案。上台阶开挖高度5.7m，开挖进尺结合钢架间距控制在2～2.5m；下台阶开挖高度2.5m，左右交错开挖，进尺结合钢架间距控制在2～2.5m。两个台阶纵向距离基本保持在15～20m，以利于及早落底。开挖后，尽量减少围岩暴露时间，迅速完成初期支护。

4.开挖后防渗处理（全断面径向注浆施工）

全断面径向注浆又称为后注浆，主要是对开挖后仍然出现较大出现较大的渗漏水进行再注浆，固结范围为正洞开挖轮廓线外5m，启到防渗补漏作用。

开挖后发育的裂隙有集中水流出，首先埋管将水流引出，然后用快凝砼将原有出水口封堵。在距离出水口一定距离处，对出水裂隙钻注浆孔，安装注浆管，采用水泥浆进行注浆。

注浆小导管采用φ42热轧无缝钢管加工制作而成、壁厚3.5mm，长5m，小导管前部钻注浆孔，孔径10mm，孔间距15cm，梅花型布置，小导管前端加工成锥形，尾部预留1.0m的止浆段不钻孔，全断面环向开挖轮廓线布置，环向间距100cm，纵向间距100cm。1#～29#钢花管径向布置，30#～38#垂直布置。仰拱范围内钢花管预留30cm埋设于仰拱二次衬砌内，以发挥钢花管的桩基作用。注浆使用YZB-120/7型液压双液注浆泵，注M30水泥净浆。

5.进行初期支护施工

初期支护参数如下：①初喷封闭掌子面（4cm的C25喷射砼），施作钢拱架（I14工字钢钢拱架，纵向间距100cm，φ22 纵向连接钢筋，环向间距1m），施工锁脚锚杆（φ22砂浆锚杆、长3.5m向下倾斜45°，端部与钢拱架两侧拱脚焊接）；②施工径向系统锚杆（φ25 带排气中空注浆锚杆，长4m，环向间距1.0m，纵向间距0.8m），喷射砼厚度至设计厚度（C25聚酯纤维砼，厚度28cm）。

三、施工要点

止水和加固是本方案的施工重点，而超前小导管辅以水泥-水玻璃双液注浆和全断面径向注浆是进行止水加固的重点。

1.超前小导管施工

由于岩体为全～强风化片麻花岗岩，节理发育、基岩破碎、夹层多，成孔困难，容易卡钻、坍孔，钻孔操作比较困难。如何确保小导管的位置和角度满足设计要求，是方案成败的关键所在。

小导管施工采用钻孔打入法。按照封闭岩面→钻孔→清孔→钢花管制、安→注浆的施工顺序施工。

施工主要工序介绍如下：

（1）封闭岩面：为确保注浆效果，对开挖岩面采用厚度3～5cm的C25喷射砼封闭，作为止浆墙。在钢花管安装完毕后，用锚固剂对钢管周围进行封堵，确保在注浆过程中不漏浆。

（2）钻孔：钻孔前先检查气腿式风枪状况是否正常。钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到孤石、夹层时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。

（3）清孔、验孔：用高压空气从孔底向孔口清理钻渣，用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。

（4）钢花管制安：在钢管上按照15cm的间距梅花布置钻注浆孔，并在尾部留置不小于1m的止浆段。钢花管安装采用直接插入法，必要时通过在尾部加垫板用风枪送入。小导管构造见下图；

2.水泥-水玻璃双液注浆施工

该段围岩岩体破碎、裂隙发育、孔隙大、渗透性较好，为超前预注浆施工增加了难度。预防浆液流失和有效控制注浆量是注浆工作首要控制点，是能否形成稳固、安全可靠的加固圈的关键。注浆操作主要包括以下几个工序：

（1）注浆参数：水泥浆液水灰比为0.8～1.0左右，水玻璃浓度30～35波美度，水泥浆与水玻璃体积比1：0.3～1：0.8，注浆压力0.5～2.0MPa。

（2）注浆顺序：采取由低孔位向高孔位进行，即由拱脚至拱顶顺序进行。

（3）注浆准备工作：注浆前先检查注浆管路，确保管路畅通、不阻塞、不跑浆，机械性能良好。确认各项准备工作完成后，做现场注浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。

（4）注浆施工：注浆采用YZB-120/7型液压双液注浆泵将浆液注入小导管内，注浆采用两次间歇进行。首次注浆可适当减少水灰比，增加水玻璃掺量，注浆压力控制在0.5～ 1.2MPa，当相邻孔眼有浆液流出时即结束首次注浆。间歇3～5 个小时后，进行第二次高压注浆，注浆压力1.2～2.0MPa，当进浆量小于20L/10min 时可结束注浆工作。若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填，方可终止注浆。

（5）注浆过程派专人值班，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。

3.全断面径向注浆（后注浆）

全断面径向注浆主要是对开挖后仍存在漏水现象进行补充注浆止水加固，主要包含两个重要施工工序：小导管施工和水泥净浆注浆施工。

3.1小导管施工

小导管施工采用钻孔打入法。其施工工序同超前小导管施工工序：初喷砼封闭岩面→钻孔→清孔→钢花管制、安→注浆施工。在此不再赘述。

3.2径向注浆施工要点

注浆操作主要包括以下几个工序：（见工艺流程图）

（1）注浆参数：水泥浆液水灰比为0.6～1.0左右，注浆压力0.5～3.0MPa。

（2）注浆顺序：按两序孔进行，即跳孔跳排注单序孔，然后注剩下的二序孔，这样，通过实施约束型注浆模式，实现挤压密实的注浆目的。

（3）注浆准备工作：注浆前先检查注浆管路，确保管路畅通、不阻塞、不跑浆，机械性能良好。确认各项准备工作完成后，做现场注浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。

（4）注浆方式：注浆采用YZB-120/7型液压双液注浆泵将浆液注入小导管内，全孔一次性注浆方式进行施工，注浆终压2～3.0MPa，注浆速度5～100 L/min。

（5）注浆结束标准控制：终压到达2～3.0Mpa，当进浆量小于20L/10min 时可结束注浆工作，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填，方可终止注浆。

（6）注浆效果检查评定：径向注浆结束后围岩渗水量不超过3m3/m.d。

3.3监控量测

因该段地处断层破碎带地段，施工中重点对拱顶下沉及周边收敛进行监控。拱顶下沉、两组周边收敛点正台阶法施工顺序在施工中布置。在开挖完成后，迅速进行埋设，并进行初始读数。通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的依据。

四、施工注意事项

1.钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。钻进过程中应运用测斜仪，进行钻孔偏斜度测量，严格控制小导管打设方向，并作好每个钻孔记录。发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应注浆封孔，待强度达到要求后，原位重钻。

2.注浆过程中，要随时注意泵压及流量变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间上不去，应查明原因。如工作面漏浆，可采取封堵措施；如跑浆可通过调换浆液种类、调整浆液配合比、采用间歇注浆等措施，已达到注浆目的。

3.对注浆过程中发现有大的空洞等，可首次先注水泥砂浆或砼，后进行注浆。

五、结束语

本段隧道下穿狮子岩水库，围岩为全～强风化片麻花岗岩，较破碎、裂隙水受地表水補给丰富，隧道内水量集中且易与地表上狮子岩水库水路连通。因此在施工处理中，抓住岩层漏水、破碎主因，采取超前小导管双液注浆和全断面径向注浆进行止水加固，取得了止水加固显著效果，整个过程安全、顺利。尤其根据开挖过程中揭示的情况，更加验证了超前小导管双液注浆配合开挖后径向注浆联合作用形成的防渗圈是保证隧道下穿水库等富水区到达止水目的的重要手段。