高速铁路隧道建设中的注浆堵水技术

卢 伟

（中交路桥华北工程有限公司，北京 100000）

受地质、水文的影响，高铁隧道施工中易出现涌水的情况，不利于隧道建设工作的正常开展，易诱发质量或安全层面的问题。为有效规避该问题，施工单位需以实际情况为立足点，梳理注浆堵水技术的应用流程，精准把控技术要点。

1 工程概况

三姑尖1号高铁隧道起讫里程DK113+765.000～DK115+000.000，全长1 235 m。隧道洞口掘进施工期间出现较明显的涌水问题，随着钻孔深度的加大，涌水量逐步增加，待深度推进至15 m时，无法继续钻进，施工进程被迫中断。为了恢复正常施工状态，拟采用注浆堵水技术，减小涌水对隧道施工的不良影响。

2 注浆设计

2.1 材料的选取与配合比

注浆材料选用普硅水泥和水玻璃，以实际涌水量、裂隙情况为准，合理控制浆液的浓度。提前组织试验，综合考虑浓度、温度等关键影响因素，确定合适的凝结时间。浆液配制阶段，水灰比取0.8∶1，水泥与水玻璃的体积比取1∶0.4，按水泥质量的3%掺入磷酸氢二钠，作为缓凝剂而使用。

按前述提供的标准制备浆液，取试件并分析，标准养护条件下，要求7 d龄期强度达到20 MPa。注浆施工采用注浆泵，利用装置将适量的水泥、水玻璃同步注入，期间灵活调整设置在泵上的调速阀，以保证流速的合理性。

2.2 注浆系统

注浆施工使用的设备包括耿兴80型与120型注浆泵、C4型全液压钻机、1.0 m3搅拌机及高压胶管。考虑施工的便捷性要求，配套使用双液注浆系统，在孔口处将质量达标的水泥和水玻璃混合，再利用高压注入，使其可有效进入缝隙中，随着浆液的扩充与固结，封堵缝隙，阻止涌水。

3 注浆施工的关键要点

3.1 参数的控制

（1）凝胶时间。

综合考虑进水量与泵压力，由此确定合适的胶凝时间。进水量偏大、泵压小幅度上升时，胶凝时间取1～2 min；进水量较少、泵压在短时间内大幅度提升时，延长至5～6 min。

（2）进浆量。

以双液进浆量为判断依据，该值超300 L/min且泵压小幅度上升时，可采用大进浆量；该值介于100～300 L/min且泵压可平稳上升时，可采用正常进浆量；该值在100 L/min以内且泵压在短时间内大幅度上升时，可采用小进浆量。

（3）注浆压力。

浆液顺利进入缝隙内部，可获得注浆压力的推动作用，在注浆压力的控制工作中，需充分考虑岩层裂隙规模、浆液的性能（浓度、扩散半径），根据项目实际情况，将其设定为2～3 MPa。

（4）注浆量。

在填充率为10%时，确定注浆量：

式中：Q——注浆量（m3）；H——注浆段总长（m），取30 m；r——扩散半径（m），取3 m；n——地层孔隙率，取值区间5%～20%；a——注浆系数，取值区间0.7～0.9，结合实际施工条件，取0.8；β——浆液损失率，取0.2。

确定前述各项参数后，结合式（1）展开计算，求得注浆量为2.713 m3。

（5）注浆结束的标准。

在注浆压力与设计终压一致，且吸浆率为18～35 L/min时，稳压20 min，结束注浆作业。

3.2 注浆操作

（1）配浆。

浆液的使用遵循“从稀到浓”的原则，期间灵活调整；以进浆量为准，合理控制浆液的关键参数，包含体积比、浓度、凝胶时间。

（2）注浆。

双液注浆施工中，依次开启水泥注浆泵、水玻璃注浆泵，注浆施工过程中均应密切关注注浆压力，若该值提升速度较为缓慢，应适当减小进浆量参数，以保证各项参数的均衡性。

（3）注浆段长的设定。

综合考虑现场地质条件、水文条件、设备的工作性能（注浆能力），将单次注浆长度设为30 m。经过注浆作业后，开挖23～25 m，预留5～7 m（不予以开挖），该部分作为后续注浆堵水施工的止浆带而使用。

（4）止浆墙。

止浆墙施工采用现浇法，墙体含上、中、下台阶三部分，高度分别为2.4、2、2 m，厚度分别为1、1.5、2 m。为了保证墙体的稳定性，其嵌入底板的深度按0.5 m控制，边墙与拱部嵌岩深度均为0.3 m。在墙体周边布设长度为3.5 m的砂浆锚杆，环向间距1 m，进入围岩、止浆墙的长度分别为2、1.5 m。对于墙体与围岩形成的接触区域，该部分设置4 m长的导管，使其与隧道轴线呈45°夹角关系，并喷射C25混凝土，形成厚度为25 cm的防护层，充分发挥防护的作用，以免在注浆时漏浆。

（5）埋设孔口管。

施工人员操作冲击式钻机，钻深度为3.2 m的孔，向其中置入3 m长的Ф108孔口管，外露部分20 cm，管壁与孔口的间隙使用麻丝填塞，确保其具有紧密性，再向孔口管内注入双液浆。孔口管为注浆施工中的关键装置，具有导向作用，在安装期间应精准控制外插角。

（6）注浆孔的布置。

注浆孔的布置情况将影响注浆堵水效果，具体需以岩层的裂隙及含水层的实际情况为准，合理布孔。岩层存在较丰富的裂隙，缺乏明显的规律，难以正常布孔，应在含水层上均匀布孔[1]。

为了切实提高注浆堵水施工效果，应使注浆孔从裂隙中穿过，遵循长短结合的布置原则，呈伞状向内部辐射，边墙和拱部两个区域均布置四圈，拱部增加至五圈，且均呈梅花形布置。为确保浆液的扩散半径可达到3 m以上，要求孔底间距＜4.5 m。

（7）钻孔。

确定注浆孔的孔位后，在指定工作面使用红油漆标记，作为作业基准点，再移动钻机，调整钻头的姿态，使其对准孔位。钻孔初期遵循“轻加压、慢速度”的原则。钻孔过程中，有关人员应完整记录信息，包含空号、起止时间、涌水的位置、涌水量等。若单孔涌水量在30 L/min以内，可继续钻进；反之，需随即暂停注浆作业。

（8）注浆顺序和速度。

优先对外圈注浆，再注内圈，同一圈的注浆遵循由下而上间隔施作的原则。

根据钻孔涌水量匹配注入速度，涌水量≥50 L/min时，速度以80～150 L/min为宜；涌水量≤50 L/min时，需要在该基础上减小注入速度，以35～80 L/min为宜。

注浆施工是一项系统性的工作，涉及材料的生产、转运、注入等环节，需按照流程有序推进，具体如图1所示。

图1 注浆程序示意图

3.3 质量检验标准

注浆孔平面的误差不超过5 cm；钻孔的角度误差不超过0.5°；每段注浆的长度不超过32 m；成型的注浆帷幕厚度不小于6 m。

（1）注浆分段的长度。

分段前进式注浆，严格控制钻孔注浆的长度，以5 m为宜；遇断层和持软弱破碎带时，需采取注浆处理措施，避免发生突泥、涌水事故[2]。

（2）注浆完成的标准和质量检查。

强压富水隧洞注浆期间，应加强对实际情况的检查，判断是否具备结束注浆的条件。单孔结束的标准为实测注浆压力达到设计终压的要求，在该状态下稳压10 min，期间进浆量在20～30 L/min以内。

全段结束注浆的标准为各孔的实际表现，均满足结束单孔注浆的标准，无漏浆现象，且涌水量未超过1 m/（m·d）。在组织水压试验时，压力通常可设定为1.0 MPa，此条件下的进水量不宜超过2 L/min。

在完成注浆作业后，需要对比前后的涌水量，根据所得结果判断裂隙浆液填充的情况，进行客观评价，若不满足要求，需分析原因，采取针对性的处理措施，如补孔注浆；若满足要求，按照既定施工路线继续开挖。

（3）注浆效果检查。

落实注浆工作落实后，在轮廓线范围内打设检查孔，可明确注浆施工情况。每循环的检查孔数量以5个为宜，具体分配方式为拱部2个+两侧边墙各1个+底部1个，孔径均保持一致，即110 mm。

需要充分关注孔的平均出水量，不超过0.2 L/min，加固体的抗压强度需达到3 MPa以上。若实际结果均满足前述要求，表明注浆施工质量较佳，取得较好的注浆效果，可继续开挖；若某项或多项指标不满足要求，需要加强处理，直至达标为止。

4 结语

综上所述，高铁隧道施工易受地质、水文等多项因素的影响，易诱发涌水事故，影响工程各项工作的开展，是高铁隧道施工中较为严重的问题。通过注浆堵水技术的应用，可改善围岩的物理力学性能，取得较佳的堵水加固效果。在工程实际施工中，若存在涌水问题，工作人员应准确掌握实际情况，制定切实可行的注浆方案，合理配置物资，由专员组织钻孔注浆作业，施工全流程中均应加强检查，确保施工无误。