滇西复杂地质构造带隧道注浆工艺创新与应用

唐文喜

摘要：云南省广通至大理铁路扩能改造工程祥和隧道全长10220m，位于滇西地区的大理市，隧址区属于川滇南北走向构造带和青藏滇缅歹字型构造带之间的构造斜交与复合地带，地质构造极为复杂，共穿越断层破碎带9条，侵入岩段落及极破碎软弱富水岩体段落占全隧长度35%，设计采用注浆加固段落占全隧总长的60%，因此选择有效的注浆工艺不仅决定着隧道开挖的安全，更决定隧道掘进施工的进度。我们针对传统的长棚管注浆法、短距离小管注浆法、设止浆墙的止水注浆法存在的不足，施工中创新应用了土工膜袋注浆工艺、前承后继注浆工艺，极大提高一次性注浆效果及工效，为“一带一路”的中缅国际通道广通至大理铁路按时通车奠定了基础，对类似工程施工具有重要借鉴作用。

Abstract： The Xianghe Tunnel of Guangtong-Dali Railway in Yunnan Province has a total length of 10220m， which is located in Dali City， west of Yunnan Province. The tunnel area belongs to the tectonic oblique and composite zone between the north-south tectonic belt of the Sichuan-Yunnan region and the Qinghai-Tibet-Burma-shaped tectonic belt. The geological structure is extremely complicated， and there are 9 fault fracture zones. The intrusive rock section and the extremely fractured weak water-rich rock mass segment account for 35% of the total tunnel length. The design uses grouting reinforcement to account for 60% of the total tunnel length， so choosing an effective grouting process not only determines the safety of tunnel excavation， but also determines the progress of tunnel excavation construction. In view of the shortcomings of the traditional long-stem pipe grouting method， short-distance small-tube grouting method， and the water-stop grouting method for setting the slurry wall， the geomembrane bag grouting process and the pre-receiving grouting process are applied in the construction to greatly improve the effect of one-time grouting and work efficiency， and lay a foundation for the “the Belt， the Road” China-Myanmar international channel Guangtong-Dali Railway to be opened on time， which has important reference for similar engineering construction.

关键词： 地质构造带;隧道;注浆;工艺创新

Key words： geological structure belt;tunnel;grouting;technological innovation

中圖分类号：U45                                           文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）30-0147-04

1  工程概况

云南省广通至大理铁路扩能改造工程祥和隧道起讫里程D1K149+274～D1K159+494，为全长10220m的双线隧道，位于云南大理市。隧道最大埋深位于D1K153+270附近，约705m。沿线路右侧30m设贯通平行导坑，全长10076m。斜井与正洞呈45°交汇于D1K157+500右侧，全长922m。本隧道位于川滇南北走向构造带和青藏滇缅歹字型构造带之间的构造斜交与复合地带，地质构造极为复杂，共穿越断层破碎带9条，长度达1880m，侵入岩段落及极破碎软弱富水岩体段落占全隧长度35%，且通过多个侵入岩蚀变带等蓄水构造，地下涌水多呈大股状，部分呈喷射状涌水，伴有泥沙，雨季流量明显增大，正常涌水量约为92800m3/d，雨季最大涌水量约为111360m3/d。滇西地区隧道施工围岩岩性变化频繁[1]，施工中遭遇突泥涌水、塌方、大变形等风险，属于Ⅰ级高风险隧道。

2  注浆工艺创新的现场需求

为了控制围岩稳定性通常采用注浆加固的方式来提高围岩强度[2]，进而控制围岩变形。祥和隧道软弱夹层、断层破碎带、侵入岩蚀变带、可溶岩与非可溶岩接触带、破碎极软弱富水带和软岩大变形段均设计采取注浆加固处理，需注浆加固段落占全隧总长的60%。注浆作为一道工序占用了大量的施工时间。传统的注浆工艺主要是长棚管注浆法、短距离小管注浆法、设止浆墙的帷幕注浆法，对其不足之处进行分析如下：

①传统的长管棚注浆存在以下缺点：1）每施做一次大管棚就需施做一次工作室。工作室的扩挖不仅增加了开挖工作量，软弱地层中扩挖断面还会降低围岩稳定性、增大施工风险;2）施做止浆墙时间长，拆除困难;3）注浆盲区多，开孔多本身就不合理，且全管开孔压力分散，注浆扩散范围小，前几米压浆足，后端无压力;4）引孔顶入难度大，前进式注浆工期长;5）加固轮廓不均匀，受管棚角度影响，前端加固范围不足，尾端太大;6）水灰比、胶凝时间不易控制，浆液损耗量大。

②传统的短距离小管注浆存在以下缺点：1）注浆长度短，需要频繁调入调出注浆设备，工效不高;2）因短距离注浆压力大、返浆严重，易将后方初支压裂;3）注浆后初支施工易将固结圈扰动，产生裂缝，造成水渗漏，稳定性减弱。因采用此方法将水压回原水力场中，若扰动则可能造成水通道。

③传统设止浆墙的帷幕注浆法：帷幕注浆时需施做止浆墙，双线铁路隧道全断面施做大约需要10d，并且需要大型机械配合，施做完成全断面帷幕注浆后需拆除混凝土墙，工序繁琐、用时长;套管外壁与钻孔内壁呈不规则形状，凹凸不平，套管与岩壁存在缝隙，注浆时易漏浆，使得注浆压力小，浆液对周边围岩加固效果差，无法达到安全快速施工要求。

因此，为减少工序用时，加快隧道不良地质段施工进度及增强施工安全，必须要创新更简便快速有效的注浆施工工艺。我们通过现场研究试验，针对侵入岩蚀变带富水段研发了土工膜袋注浆工艺，针对软弱破碎段研发了前承后继注浆工艺。

3  土工膜袋注浆工艺应用范围、原理、优点及操作要点

3.1 应用范围

侵入岩蚀变带富水段就是一个囊体，就像鸡蛋一样，里面包含着水、泥巴、碎石块，施工中只要将囊体捅破一个小洞，里面所有的物资向泥石流一样涌出。因受侵入挤压、地质构造、蚀变、风化影响，岩层节理、裂隙发育，岩体破碎，地下水丰富，围岩力学性质较差，给隧道施工带来很大困难[3]。针对该种地质条件，施工中创新应用土工膜袋注浆工艺进行加固处理。

3.2 工艺原理

采用土工膜制作膜袋，打孔后将膜袋安入围岩钻孔内，通过向膜袋内注入速凝固结材料使膨胀布涨开，并紧密压合在钻孔孔壁上，隔离富水破碎段，杜绝注浆过程中注浆压力对破碎围岩的扰动破坏，避免了注浆过程中引起的围岩变形[4]，并通过渗透注浆管对裸孔段进行注浆，通过注浆压力使注浆浆液渗透到导水裂隙中，用取芯管取出隔压渗透注浆器后，可在钻孔内形成环状封固材料保护圈，保护圈起到护壁、止水作用，保证孔口封固质量。

3.3 优点

①土工膜袋注浆压力可达6MPa，围岩加固效果好，有效提高注浆安全性。

②土工膜袋注浆对人员专业性要求不高，有效控制孔口漏浆，操作难度小。

③土工膜袋注浆不需先打套管，不需要拆除传统帷幕注浆的止浆墙，明显节约了施工成本。

④土工膜袋注浆简便快捷，较传统帷幕注浆工效能提高30%。

3.4 操作要點

3.4.1 土工膜袋制作

土工膜袋由复合土工膜和胶质软管制作而成。膜袋材料采用“一布一膜”复合土工膜，它由一层土工织物与一层高分子材料经过压延，热熔复合而成的土工合成材料。外层的土工布起到防撕裂、顶破和刺穿等保护作用;内层的土工膜起到密封，防止漏浆作用。隧道注浆膜袋使用的复合土工膜一般采用幅宽2m、厚度1.0mm的普通聚乙烯土工膜。

土工膜长2m，宽度D为钻孔孔径d的3.5～4倍;Φ20mm胶质软管2.3m，管身布设梅花型溢浆孔，孔径2～3mm，纵向间距≤30cm。将土工布包裹在注浆管与胶质软管上，并用扎丝将土工布两端绑紧，见图1所示。

3.4.2 钻孔

采用钻机钻孔，钻孔直径需大于注浆管直径，钻进深度应达到注浆固结段高度[5]。在钻孔过程中要做好记录，以供注浆作业参考。

3.4.3 下注浆管

钻孔结束后，采用钻机或人工将膜袋与注浆管送入钻孔内，注浆管外露30～50cm，胶质软管外露30cm。

注浆管安装完成示意图见图2。

3.4.4 土工膜袋注浆

①配浆。在富水和动水条件下宜采用普通水泥-水玻璃双液浆[6]，凝固时间控制在25s内。膜袋内浆液配比如下：

普通水泥-水玻璃双液浆（简称CS浆）：水泥浆W∶C（质量比）=0.8∶1，水玻璃浆W：S（体积比）=0.7：1，水泥浆∶水玻璃浆（体积比）=1∶0.6，水玻璃浓度为35Be′。

其中，W-水、C-水泥、S-水玻璃。水泥浆和水玻璃浆液按照配比拌制好后分别存放至两个储浆桶内。

②注浆。浆液拌制好后，将注浆泵的注浆管与胶质软管连接好，开始注浆，注浆压力宜控制在1MPa以内。注浆结束标准采用定量定压注浆控制，注浆量可选择为设计量Q=2π（D/2）2的90%～120%;当浆液加固范围接近满足注浆结束要求时，要以控制注浆压力为主，进行定量定压注浆。配备好的浆液宜在2h内使用完毕。

3.4.5 注浆管注浆

待膜袋内浆液终凝后，按照设计要求拌制好浆液，即可开始注浆管注浆。定量注浆时，每段注浆量达到设计注浆量即可结束注浆。当采用以注浆压力为控制指标时，注浆压力达到设计压力后，可结束注浆。当注浆后经检测达不到设计要求时，应调整设计注浆量，并及时补浆。土工膜袋注浆后示意图见图3。

6  结束语

祥和隧道自2013年3月开工，多次因不良地质影响了施工进度，自2016年2月创新应用土工膜袋注浆工艺以及前承后继注浆工艺进行加固处理，安全快速穿越了侵入岩蚀变带及断层破碎大变形段。同时，以该两项注浆工艺为核心的科技成果2018年8月通过中国铁建股份有限公司组织的评审，达到国际先进水平，获省级工法1项，国家授权实用新型专利1项，申请发明专利1项。两项创新的注浆工艺应用于施工效果良好，确保了祥和隧道所属的昆明—广通—大理铁路动车线于2018年7月1日开通运营，为“一带一路”中缅国际铁路通道建设做出了重要贡献，具有良好推广应用价值。

参考文献：

[1]万碧丰.滇西地區隧道软弱围岩施工技术[J].铁道建筑技术，2017（10）：77-79.

[2]高艳花.软弱围岩隧道大变形系统控制技术研究[J].铁道建筑技术，2018（7）：65-68.

[3]聂永杰.隧道在侵入岩体中遇到的问题与对策浅析[J].科技创新与应用，2012（8）：39-40.

[4]中铁十七局集团第四工程有限公司.尼龙布膜袋止浆装置：201620875804.0[P].2017-04-19.

[5]刘勇.浅谈地铁暗挖隧道软弱土层施工方法[J].林业科技情报，2014（1）：106-107.

[6]中铁二局集团有限公司.高速铁路隧道工程施工技术规程：Q/CR F509604-2015[S].北京：中国铁道出版社，2015：71.

[7]张民庆，孙国庆.高压富水断层注浆效果检查评定方法及标准研究[J].铁道工程学报，2009（11）：50-55.

[8]中铁十二局集团有限公司.一种隧道信息化跟踪精确注浆方法：2010101623374[P].2011-11-16.

[9]胡文俊.山区城镇规划建设勘察过程中的岩土工程问题[J].西部探矿工程，2012（8）：7-9.

[10]刘高，张帆宇，李新召，等.木寨岭隧道大变形特征及机理分析[J].岩石力学与工程学报，2005（2）：5521-5526.

[11]中铁二院工程集团有限责任公司.广大线祥和隧道平导施工图[Z].成都：2012.

[12]玉璟宁，唐威远，王达勇.超前大管棚在隧道工程中的应用[J].四川建筑，2007（s1）：168-169.

[13]崔丽强.公路软岩隧道注浆加固技术[J].价值工程，2018，37（12）：115-117.