预注浆堵水技术在公路隧道施工中的应用探讨

覃冠霖

(广西壮族自治区田林公路管理局，广西 百色 533000)

0 引言

通过对我国近年来公路隧道建设情况的分析可知，部分地段由于地质条件复杂，极易在施工扰动下引发突水、塌方等事故，威胁施工人员的生命安全。由此，为保证公路隧道施工的顺利开展，针对部分围岩破碎、裂隙发育、渗漏水严重地段，必须进行科学合理的排、堵水处理。本文以预注浆堵水技术为重点研究对象展开具体分析。

1 公路隧道涌突水灾害分析

涌突水是隧道建设的突出灾害之一，对安全施工、运营极为不利，下页表1列举了我国近年来修建的五指山隧道、毛坝1号隧道、狮子寨隧道、齐岳山隧道、华蓥山隧道的涌突水灾害情况。

表1 我国近年来公路隧道涌突水灾害发生情况表

通过上述隧道建设情况分析，充分显示了隧道建设中涌突水的危害性与科学治理的迫切性。本文主要从预注浆堵水技术应用的角度出发，探讨隧道涌突水灾害的治理。

2 预注浆堵水技术的适用性

2.1 涌突水主要控制方法

公路隧道涌突水主要控制方法分为两种：(1)“排”，即排出掌子面地下水，降低周边地下水位；(2)“堵”，即阻断地下水流路，抑制涌水。在公路隧道施工中，多数采用成本低、施工方便的排水方法，但是若地下水量大，或是地下水位下降困难，则需采用相应的堵水方法。

事实上，根据相关工程实践显示，隧道中采用组合控制方法，即“排”与“堵”相结合的控制效果更佳，如表2所示简单列举了公路隧道涌突水主要控制方法。

表2 公路隧道涌突水主要控制方法表

2.2 预注浆堵水方法的适用范围

在公路隧道涌突水“排”与“堵”方法的选择上，只要明确何时“堵水”即可。“堵水”最常用的就是注浆施工，通过在地层内注入浆液，形成固结土，有效降低地层透水性，增强围岩稳定性。

通过注浆堵水实现完全止水是不可能的，其主要是通过形成一个弱透水带来提高围岩止水性能。当遇到以下三种情况时需采用预注浆堵水方法：

(1)地下水量大、围岩渗透系数>10-6～10-5cm/s；

(2)地下水位降低会对周边环境产生较大的不利影响；

(3)需要减小作用在二次衬砌上的水荷载。

3 预注浆堵水技术在公路隧道施工中的应用

3.1 预注浆堵水方案选择

公路隧道施工中超前预注浆方案众多，如全断面(帷幕)超前预注浆、隧道周边帷幕注浆、局部超前预注浆等。如图1所示隧道即为超前探水、堵水动态施工程序图，各种注浆方案及其适用条件如表3所示，具体需根据工程实际合理选择。

3.2 预注浆堵水技术应用要点

预注浆堵水作业需考虑诸多事项，如注浆材料、注浆孔、注浆设备、注浆工艺流程等。

3.2.1 预注浆工法

根据浆液的凝固时间、特性等合理选择注浆工法，其主要包括两大类：(1)静压注浆(或称为灌浆法)；(2)高压喷射注浆。前者包括固结注浆、帷幕注浆、接触注浆等，后者包括单管法、二重管法、三重管法和多重管法等，具体需根据工程要求和土质条件选用。

图1 隧道超前探水、堵水动态施工程序图

表3 各种注浆方案及其适用条件表

3.2.2 预注浆设备

隧道注浆设备包括：钻孔机械、注浆泵、浆液搅拌机、止浆塞、混合器以及计量计、压力表、阀门、注浆管路等配套装置，根据实际需要合理配置。

3.2.3 预注浆材料

根据工程地质条件、施工目的合理选择预注浆材料，具体可参考表4。

表4 预注浆材料选择表

3.2.4 预注浆钻孔布置

隧道预注浆钻孔，需充分考虑钻孔长度、注浆长度之间的关系，采用绝对坐标法、相对坐标法等方法进行注浆孔布置。常采用的布孔方式有：均匀型、梅花型、环形布孔、三排孔布孔等。

3.2.5 预注浆工艺流程

预注浆基本施工工艺流程如图2所示。

(1)超前探水：通过超前探水，明确隧道地段实际情况，合理确定预注浆方案，确定第一环节注浆止水盘位置。

(2)止水止浆墙施工：在注浆地段起始处掌子面施工止水止浆墙，防止未注浆地下水涌、跑浆现象的出现，各注浆段终止位置留止水盘。

(3)平整场地，定位钻孔位置，钻机就位。

图2 预注浆基本施工工艺流程图

(4)钻孔：钻孔施工，钻机大臂紧顶掌子面，以免出现过大颤动；低速开孔，孔深达30 cm时调整为正常钻速；钻孔时控制好进水量，避免坍孔。

2.稳定是构建和谐企业的基础。中国企业的一个特点就是要做好稳定工作。因此，稳定工作也是中国式管理的一个重要内容，是由最高层经营者直接负责的，可见稳定工作的重要性。试想，如果一个企业职工经常到公司机关上访，甚至到省、中央上访，这个企业连基本的员工稳定工作都做不好，还能是和谐企业吗？

(5)安装注浆管：注浆管应事先钻好出浆孔，注浆管与钻孔间以锚固剂封堵。

(6)压水试验：压水试验进行3次，每次5 min。

(7)注浆：压水试验结束后，在不停泵的情况下开始注浆，先注入稀浆，再逐步增大浓度。

(8)实时观测、记录注浆情况，确保达到预期压注浆效果。

4 实例探析

4.1 工程概况

本文以某公路隧道为例，分析了预注浆堵水技术的应用情况。该隧道左、右线分别长7 285 m、7 310 m，隧道断面净宽10.5 m、净高5.0 m。隧道围岩体节理裂隙发育，存在多条断层，含水丰富。隧道一断面与F3逆断层大角度相交，影响长度达100 m，岩体破碎～较破碎，开挖中出现坍塌、突水、突泥现象，必须进行堵水加固处理。

4.2 预注浆方案

4.3 预注浆参数

(1)注浆孔布置：注浆孔以隧道轴线为中心，呈伞状布置，环间距1.5 m，外偏角13°～15°，内、中、外环注浆孔长度分别为30 m、20 m、15 m，共计设有114个注浆加固孔。图3即为孔位布设示意图。

(2)注浆材料：水泥浆液选用425#普通硅酸盐水泥，水玻璃液浓度为33～40 Be′、模数为2.0～3.0。水泥浆液与水玻璃液体积比为1∶(0.8～1.1)，水玻璃液稀释至25～35 Be′方可使用。

(3)注浆施工参数：注浆加固孔开孔φ130 mm、钻深2.5～3.0 m后安设、固结孔口管，管内施工φ91 mm注浆加固孔，单孔注浆浆液扩散半径≥2 m。根据计算确定本工程注浆压力如表5所示；帷幕加固注浆浆液凝固时间110～200 s，水泥浆液、水玻璃液流速以12～16 L/min、9～13 L/min为宜；施工达设计注浆压力、浆液流量后，持续注浆8～15 min后终止注浆施工。

图3 孔位布设示意图

表5 注浆压力参数表(MPa)

4.4 预注浆施工工艺

4.4.1 施工准备

施工前，做好设备检查，完成注浆系统的安装、试运行工作，确保设备、人员均到位后方可开始预注浆施工。

4.4.2 注浆施工流程

本工程为全断面预注浆，先外圈、后内圈施工，同一圈层先下部孔、后上部孔，采用后退式注浆与前进式注浆相结合的施工方法：(1)前进式注浆：每钻进5.0 m，注浆5.0 m；(2)后退式注浆：一次性完成全孔钻进，以每5.0 m为一段由孔底至孔口进行分段注浆，具体注浆施工流程如图4所示。

4.4.3 注浆施工要点

钻孔注浆施工顺序为：(1)钻孔开孔；(2)安装孔口管；(3)钻至设计深度；(4)清孔；(5)压水试验；(6)制备浆液；(7)注浆；(8)注浆结束，清洗管路。

本工程注浆前，在掌子面挂网喷射20 cm厚的混凝土形成封闭层，防止地下水涌出；注浆浆液现场配制，浆液放置时间≤30 min；现场技术人员需详细记录施工情况，包括孔位、孔深、孔径、浆液、压力、浆量、浆液损失量等，据此实时调整浆液配比、施工参数，确保施工作业顺利完成。

图4 注浆施工流程图

4.5 预注浆施工效果

采用全断面超前预注浆方法处理F3断层带后，通过现场监测显示，后期施工中未出现坍塌、突水、突泥等事故，表明本次施工堵水、加固效果好。

5 结语

综上所述，预注浆堵水技术是公路隧道穿越大断层、破碎带及突水量大的不良地段的重要方法，其可从根本上改善围岩的物理力学性能，获得良好的堵水和加固围岩效果。在公路隧道施工中，应根据超前探水情况合理选择预注浆方案，选取合理的注浆材料，科学组织钻孔注浆施工，详细记录相关施工参数，确保达到预期施工效果，为后期施工的安全开展奠定坚实基础。