狮子山1号隧洞涌泥涌水处理技术研究

王国我

(中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 工程概况

1.1 隧道情况

滇中引水项目大理Ⅱ段施工3标位于宾川县境内，输水线路为狮子山隧洞1号施工支洞至4号施工支洞控制段(DLⅡ28+884.761～DLⅡ50+056.698)，长度为21.172km。起点底板高程1971.417m，末底板高程1966.376m，底坡i=1/4200，断面型式为马蹄形，断面尺寸9.2m×9.2m，衬砌厚为0.4～0.7m。严重及极严重变形的软岩洞段及跨活动断裂扩挖断面衬砌厚度为0.8m。狮子山1号隧洞平面布置见图1。

图1 狮子山1号隧洞平面布置

1.2 地质情况

DLⅡ30+738地表附近冲沟发育较多,地表岩石破碎，完整性差，属强风化。地表处山体地势北高南低，DLⅡ30+738附近存在一天然小冲沟，冲沟大小3.5m×3m(宽×高)，冲沟与隧洞轴线夹角约64°，冲沟两侧植被茂密，冲沟底部无积水。在DLⅡ30+378处半径500m范围进行了地表水文地质调查，未发现有泄水区、泉眼、地表陷穴、溶洞、地表裂缝等特殊地质构造。隧洞地表冲沟与洞轴线位置关系见图2。

图2 隧洞地表冲沟与洞轴线位置关系

2 施工中出现的问题

2.1 涌泥涌水情况

在狮子山1号隧洞主洞上游DLⅡ30+738上台阶准备钢支撑架立时，突发涌泥涌水，涌泥推移范围125m，范围内隧洞底板淤积平均厚度约1m。涌泥量3120m3，涌水4250m3，空腔渗水量80～90m3/h。狮子山1号隧洞涌泥涌水后现场情况见图3。

图3 狮子山1号隧洞涌泥涌水后现场情况示意图

2.2 超前地质预报情况分析

对开挖面前方采用TRT物探法、超前钻孔探测法进行了综合超前地质探测[1]。

使用物探法，不良地质体预判大致在DLⅡ30+745～DLⅡ30+705，推断该段围岩为坍塌破坏体及影响带。

使用超前钻孔探测法，探孔段为DLⅡ30+755～DLⅡ30+725，超前探孔按照3个布置，钻孔部位分别为断面拱顶、拱顶左侧、拱顶右侧，钻进到DLⅡ30+735时孔口开始流出淤泥和碎渣，直至DLⅡ30+725探孔完成,判断DLⅡ30+735～DLⅡ30+725段为空腔内含淤泥，围岩极不稳定。根据探测报告，结合地质资料及现场地质情况综合分析，隧道DLⅡ30+735～DLⅡ30+705段为坍塌空腔区，以坍塌的松散岩体为主，地下水发育，易发生涌泥涌水，围岩等级推测为V类。

3 处理方案

通过掌子面前方地质情况分析可知，DLⅡ30+735～DLⅡ30+705掌子面岩体软弱破碎，含淤泥堆积物,地下水丰富，造成掌子面涌泥涌水。

拟定涌泥涌水段处理方案：DLⅡ30+750～DLⅡ30+738段淤泥堆积体进行固结灌浆；DLⅡ30+755～DLⅡ30+725段超前预灌浆；DLⅡ30+755～DLⅡ30+725段施工超前大管棚；开挖支护。

3.1 固结灌浆

对DLⅡ30+750处淤泥堆积体进行固结灌浆，终止灌浆桩号为DLⅡ30+738。本次固结灌浆目的是固结掌子面前方淤泥渣体，为后期超前预灌浆做准备工作，固结深度不小于12m。

3.1.1 孔位布置

固结灌浆加固范围为隧道上台阶(7.8m)掌子面前方12m。由埋入沙袋中的φ114导向钢管钻孔灌浆。灌浆孔布置按照环间分序、环内加密原则进行。狮子山1号隧洞固结灌浆孔位见图4。

图4 狮子山1号隧洞固结灌浆孔位示意图

3.1.2 钻孔

采用ZML-160履带潜孔钻机开孔，现场试钻结果显示，由于渣体较松散且含水量大不带套管钻孔不能成孔，故此钻孔施工采用带套管跟管作业，钻孔前现场用红色喷漆画出注浆平面布置示意图，注意调整钻机角度后固定。由于淤泥体易塌孔，采用钻孔注浆前进式钻孔灌浆。

3.1.3 注浆施工

浆液配制比例纯水泥浆水灰比为1∶1～0.5∶1，水泥水玻璃双液浆水灰比为0.8∶1～1∶1，水泥浆水玻璃浆液体积比为1∶0.6～1∶0.3，施工过程中根据现场情况适当调整配合比。由外向内，从下到上，同一排间隔注浆，预留部分作为泄水孔，注浆过程中若压力骤然升高或永不升高，应停止注浆，排查后重新注浆，在注浆过程中，随时观察淤泥堆积体和围岩支护的变形情况，及时采取加固措施[2]。采取钻一段注一段分段注浆施工工艺，一般情况下分段长度为3m,当孔口出水量过大时应立即停止钻进,进行灌浆加固。检查孔应设置在注浆过程中发现的地层薄弱环节，检查孔主要检查成孔情况、孔渣含水率。对所有钻孔进行编号，以便在施工期间记录灌浆情况，记录灌浆过程中的钻孔、灌浆压力、灌浆流量、灌浆量及事故情况，为灌浆效果分析提供依据。

3.1.4 注浆质量检查

灌浆完成后,用地质雷达检查灌浆固结范围、岩体的密实及完整性,间接验证灌浆效果。通过钻孔取芯,在注浆段落内施作5个检查孔，取芯检查，检查钻芯中注浆材料的填充情况和固结强度,判断注浆加固效果[3]。如果注浆效果不佳,加密注浆孔重新注浆,以保证淤泥堆积体固结效果,确保开挖施工的安全。

3.2 超前预固结灌浆

在DLⅡ30+755～DLⅡ30+752段进行3m厚止浆墙施工，止浆墙验收合格后，对掌子面DLⅡ30+755前方30m进行超前预加固注浆。超前预加固注浆目的是固结掌子面前方淤泥渣体，同时对局部空腔进行封堵，对开挖轮廓线边顶拱外8m、隧底外5m通过超前预加固注浆形成岩体固结加固圈，为后期开挖支护作业提供安全保障。

超前预加固注浆孔孔径为108mm，共布设8环141孔。超前预加固注浆区段为DLⅡ30+755～DLⅡ30+725(30m)，注浆加固范围为边顶拱开挖轮廓线外8m、隧洞底板轮廓线外5m。注浆孔按照环间分序、环内加密原则进行。超前预灌浆孔位布置见图5～图7。

图5 超前预灌浆开孔孔位断面布置

图6 超前预灌浆孔底布置

图7 超前预灌浆平面布置

3.2.1 施工准备

止浆墙底部和顶部埋设排水管，并在墙面上布设9个监控量测点，每天测量监测两次，对测量数据进行对比，以保证施工中的安全；钻机拼装平台应平整压实，承载力通过试验检测满足要求，钻机拼装完成后，进行试运行；钻孔前，通过计算确定钻机的水平外插角和竖向角度，保证灌浆固结范围符合要求[4]。

3.2.2 超前预固结灌浆施工方案比选

由于狮子山隧洞1号支洞上游侧围岩地质条件较差，采用常规的钻孔压浆方式成孔率较低且固结范围较小，为更好提高灌浆固结效果，实现固结范围可控，保证后期开挖过程中的安全，本次超前预灌浆采用高压旋喷注浆工艺施工。

3.2.2.1 高压旋喷注浆施工工艺

采用地质钻机打设灌浆孔，钻进至设计深度后，拨出钻杆，将钻孔钻头更换为喷浆钻头，将钻头送到孔底，回拖过程中用高压注浆泵以10～30MPa的压力把配制好的水泥浆通过钻头喷射到周围松散岩体内,借助流体的冲击力切削软弱岩层，固结周边岩体。高压旋喷水泥浆液能沿着地层的缝隙渗透扩散，尤其在空腔破碎段中，水泥浆液扩散填充缝隙后可起到良好固结效果[5]。

3.2.2.2 高压旋喷注浆施工流程

由测量人员于止浆墙上根据孔位坐标准确放出开孔位置，开孔标志应采用红油漆标画。钻孔偏角、方位根据水平及竖向外插坡比通过调整钻机进行就位，孔位误差应控制在±5cm以内。启动钻机，钻头边旋转边钻进，钻进中为冷却钻头，减少阻力，防止砂粒进入喷嘴，用低压低流量清水从喷嘴中喷出，预防卡钻、黏钻影响成孔质量，保证钻孔顺利进行，整体钻孔顺序由外环向内环进行。

注浆管路按纯压式灌浆工艺连接，通过压水检查注浆管路密封性，增加浆液冲塞的密封性[6]。检查浆液数量能否满足连续注浆要求，如不能保证注浆要求，则要等补足数量后才能注浆。配制纯水泥浆，水泥浆水灰比1∶1～0.5∶1，采用旋喷注浆施工工艺，钻进到设计深度后，从孔底向孔口按照20～40cm/min速度缓慢外拔钻杆，喷浆至孔口50cm时，停止喷浆，注浆由外环向内环进行。每环孔先注单号孔，后注双号孔，先注无水孔，后注有水孔。该段水泥浆液按照水灰比1∶1～0.5∶1由稀变浓进行调整。开灌水灰比采用1∶1，当1∶1比级浆液注入量已达300L以上或灌注时间已达30min，灌浆压力及注入量均无显著变化时，可变为浓一级浆液注浆，或者当注入率大于30L/min时，根据具体施工情况，可越级变浓。注浆过程中若压力骤然升高或永不升高，应停止注浆，排查后重新注浆，在注浆过程中，随时观察止浆墙和围岩支护的变形情况，及时采取加固措施，注浆结束后，用清水通过注浆泵，清洗管路和设备，保证不被残留的水泥浆堵塞，为下一次注浆做好准备。

3.2.3 注浆质量检查

高压旋喷注浆质量检查主要采用压水试验，压水试验的合格标准为透水量小于5μL,检查孔数应不少于灌浆孔总数的5%。合格标准为85%以上孔段的透水率不大于设计规定值，其余孔段的透水率不超过设计规定值得50%，且不集中，否则应进行补灌。

4 结 语

通过对隧洞掌子面出现的岩体软弱破碎、裂隙发育、地下水丰富、掌子面涌水涌泥的处治方案研究，得出以下结论：开挖轮廓线内外，采用灌浆加固方案可满足该段落安全稳定的开挖要求，切实可行；灌浆效果可通过仪器试验、取芯、压水试验、出水量分析和成孔状态来判定；对涌水涌泥段采用“固结灌浆+超前预灌浆”综合处理方案，有效加固了软弱破碎空腔段落，保证了隧洞安全、稳定、快速施工通过，取得了较好效果。