控制注浆在城市隧道涌水沉降治理中的试验及应用

鲍怀伟

摘 要：为快速消除城市隧道开挖中掌子面涌水，隧道坍塌、路面沉陷的安全风险，对隧道拱顶富水松散土层进行了控制注浆加固试验。试验内容主要有浆液及其配比参数的选择，浆液运移中的时间控制，止浆工艺以及最高安全注浆压力的选取等。试验结果成功指导了隧道注浆堵水加固施工，并取得良好效果。

关键词：城市隧道;富水松散土层;涌水;控制注浆

0 引言

城市隧道埋深淺，尤其是在富含水的松散土层内施工时，松散土层被水侵蚀后严重失稳隧道坍塌、路面沉陷、管线断裂的安全风险极高。济南顺河高架南延二期工程玉函路地下道路。2017年3月4日在ZK1+725里程施工地下隧道中水站横洞时，掌子面后方左右侧拱肩均出现渗水，且发展为股状涌水，涌水携带大量泥土，造成玉函路（南北向）路面出现较为严重的沉降现象。该病害使用地面钻孔控制注浆工艺，快速治理了隧道涌水，并对隧道富水围岩进行了注浆加固，取得良好治理效果。

1 水文地质概况及致灾因素分析

中水站横洞处隧址区地层自下而上依次为石灰岩、粉状粘土、黄土和杂填土。该处隧道自拱顶以下穿土厚度为5 m。黄土和杂填土均具有湿陷性，黄土湿陷性中等。黄土层和杂填土结构松散，孔隙率高，遇水泥化现象严重，给地下水的储存和运移提供了良好的条件。

分析认为隧道正上方路面结构层下敷设有多条污水和雨水管道，地层多年的不均匀沉降引起管道损坏，泄漏的水进入地层形成富水区。隧道在失稳区域开挖后，地层应力在开挖区集中，使地表发生沉降。

2 控制注浆堵水加固试验

2.1 试验方案

从隧洞拱顶富水松散土层内选取相邻的4个钻孔进行试验。钻孔间距为2 m，呈近正方形分布，设计浆液扩散半径1.5 m。试验钻孔深度为注浆加固区域低界限，钻孔内止浆深度为止浆底界面线处。隧洞拱顶系统注浆堵水加固方案钻孔设计如图1所示。

2.2 控制注浆试验

控制注浆试验内容包括：浆液及其配比参数的选择试验，浆液时间控制试验，止浆工艺试验，安全控制试验等。

2.2.1 浆液及其配比参数的选择试验

现场试验浆液为C-GT浆液（水泥-GT浆液），采用P.O42.5R水泥，水泥浆密度分别选1.5 g/cm3和1.6 g/cm3，GT浆液密度1.2 g/cm3。试验结果表明，最佳Vc：Vgt比值范围为1：1～3：1，混合浆液初凝时间在65 s～18 s之间。

2.2.2 C-GT浆液时间控制

C-GT浆液在钻孔或注浆管内的运移时间（t2）应小于该混合浆液的初凝时间（t1）。本试验t2可根据灌注混合浆液时C泵和GT泵的总泵量、混合浆液流经的注浆管内径及长度进行计算。

现场注浆选用两台2TGZ-60/210高压双液注浆泵，在任何配比下，混合浆液在注浆管内的运行时间均远远小于混合浆液在该配比下初凝时间。

2.2.3 止浆工艺试验

试验钻孔施工选用潜孔钻机，直径Φ95 mm，注浆管选用Φ35 mm热轧无缝钢管。止浆装置中的止浆底拖是用8号铁丝把无纺布缠绕捆绑在注浆管上形成，其长度1.5 m，直径约Φ75 mm。在止浆底拖上部投入编织袋并捣实，编织袋再送入泥土覆盖，泥土上的钻孔内灌满速凝浆液，速凝浆液凝固后与止浆塞共同起到止浆作用。注浆试验中注浆压力达到安全极限值时，4个试验钻孔均没有出现跑冒浆和注浆管外移现象。

2.2.4 注浆压力的安全控制试验

注浆压力的安全控制试验要取得出现隧道拱顶变形量超出允许范围值或路面变形超规时的最高注浆压力值。注浆试验过程每30 min分别对隧道内和路面进行一次监控量测。

注浆压力控制试验选用1.5 g/cm3的C浆和1.2 g/cm3的GT浆，Vc：Vg为1：1。经统计4个试验钻孔中试1、试4当注浆压力达到1.50 MPa、1.53 MPa时，路面有轻微鼓出，随后出现裂缝，隧道围岩变形不超限。试2、试3终压分

别为1.6 MPa、1.55 MPa时路面结构变化较大，隧道内出现掉块，开始出现变形。

因此，注浆结束压力应取试验最小破坏压力值（1.5 MPa）

的80%才是安全的。故选择注浆堵水加固的结束注浆压力最高为1.2 MPa。

3 试验段注浆效果及现场应用效果

3.1 试验段注浆效果检查

按照注浆治理效果检查钻孔的数量应为注浆钻孔数量的10%～20%的技术规范要求，在4个地面注浆试验钻孔的核心位置施工了1个注浆效果检查钻孔，并在注浆加固区域内取芯检查浆脉充填情况，芯样显示注浆段围岩浆脉充填饱满，加固效果良好。

3.2 试验结果现场应用效果

为有效治理中水站横洞隧道内涌水，在路面设计施工了10排共114个钻孔，同排孔间距为2 m，钻孔排间距根据地下管线调整。钻孔深度到隧道开挖轮廓线以上0.5 m处。拱顶注浆堵水加固区厚度约为3 m，即注浆完成后，在拱顶形成厚度为3 m左右的注浆加固阻水圈。应用试验结果选取的参数注浆，隧道内各监控点围岩稳定无变形，路面各沉降监控点数据趋于稳定。

4 结语

（1）在隧道开挖前，应采取措施消除地下水的影响，必要时要对松散土层进行系统性的超前注浆加固，要严格控制开挖参数并加强各项防护措施。

（2）为保证注浆安全及注浆质量，要对控制注浆工艺及其注浆参数进行试验确定，取得符合现场实际的技术参数并合理利用。

（3）注浆期间要加强对各监控点的观测，及时分析注浆施工对路面和隧道拱顶的影响，出现异常时及时分析处理。

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