高原单线铁路隧道富水段超前注浆堵水施工技术

摘要：超前注浆是高原铁路隧道富水段施工中的关键技术之一，主要介绍了新建川藏铁路拉萨至林芝段扎绕隧道在施工富水段时，超前注浆采用的主要施工方法和技术措施，包括实验取得的注浆参数，为高原地区隧道富水段施工积累经验。

关键词：高原；铁路隧道；富水；超前注浆；堵水

在现代工程施工中，特别是在建设类、矿山类隧道等方面，渗水、涌水等问题会严重影响工程施工安全和进度。随着工程建设的发展，我国逐渐开始把预注浆技术应用于隧道、煤矿等开挖工程中，对工程施工有很大的促进作用。本文通过结合工程实践，介绍了超前注浆在高原单线铁路隧道富水段内的施工方法、应用情况，以期对后续类似工程的注浆施工提供一定的经验和参考。

1项目概况

1.1工程概况

拉林铁路扎绕隧道位于西藏高原的藏南谷地高山区，隧址区气候极端恶劣，区内山势雄伟，谷岭相间，地势起伏跌宕。隧址区内最高点标高为3 630 m，位于隧道轴线左侧山脉;最低点标高为3 058 m，位于隧道出口宽谷地带。隧道全长4 800 m，最大埋深约650 m。

1.2主要工程的工程地质

隧址区范围内覆盖层主要为碎石土、卵石土、块石土、粉土、粉、细砂，下覆基岩主要为片麻岩（Pt2+3b），测区基岩大部分裸露，未见区域性断裂构造。

1.3主要工程的水文地质

1.3.1地表水

隧址区临近雅鲁藏布江，主要地表水为沟水，其水量受降雨量及冰雪融化影响较大。

1.3.2地下水

隧址区地下水主要为基岩裂隙水和第四系孔隙潜水。Q最大=15 000 m3/d，在施工中，若揭示隐蔽构造，并形成导水通道的时候，涌水量将会成倍增加。总体而言，受雅鲁藏布江河谷深切作用影响，区内地下水发育，呈中等弱富水，且地下水埋深大。

2富水段施工概况

扎绕隧道D2K374+846～D2K374+871段，开挖揭示地层岩性为片麻岩，强风化，地质构造作用强烈，节理裂隙发育，锈染、次生泥现象普遍，岩体呈镶嵌碎裂结构，局部呈碎裂结构，地下水呈“股状”发育特征，伴有泥沙角砾的涌出现象。该隧道在施工过程中多次发生突水、涌泥情况。受多种情况影响，部分地下水发育段落岩体呈现破碎状，局部极破碎状，节理裂隙发育，差异风化现象严重，岩质软硬不均。该隧道富水段整体施工难度较大，隧道实际涌水量已超出设计水沟排放能力范围。

3富水段超前注浆施工方案

（1） 方案原则：通过超前注浆，降低出水量，防止地下水对围岩产生破坏，同时加固围岩，降低后期隧道施工过程中坍塌、大变形的风险，保障隧道施工的安全质量。

（2） 方案选择：隧道内超前注浆一般以管棚或小导管注浆为主，根据施工开挖揭示地质情况及施工环境，此方案选用管棚超前注浆堵水。施工时，强化超前注浆各工序的质量管控，详细记录各项参数、洞内涌水量及围岩加固情况，为后续富水段落注浆施工提供依据（见图1、图2）。

3.1加固范围

D2K374+846～D2K374+871段，纵向长度25 m，加固范围为拱部180°。施工中可根据出水点及开挖段地质情况确定环向加固范围。

3.2管棚超前注浆方法及注意要点

3.2.1超前钻孔

（1） 孔位布置

超前注浆管棚长度10 m，环向间距0.3 m，纵向间距6.4 m。

为保证超前注浆施工效果，在富水段落前后两个方向各增加2 m，以保证注浆效果。

（2） 钻孔施工

采用潜孔钻机钻孔，钻孔由高位向低位进行。

a. 围岩情况较好地段，一次钻进成孔。

b. 围岩情况较差地段，不易成孔，采用前进式分段注浆根管钻进成孔。

c. 钻进时套管及导向钢管均采用无缝钢管，以防止塌孔变形堵塞。

3.2.2注浆

（1） 采用一次成孔的，采用后退式一次注浆加固，当孔内涌水量大时，也可采用前进式分段注浆工艺。

（2） 采用分段成孔的，采用前进式分段注浆工艺。

3.2.3施工注意要点

（1） 钻孔施工时，保证方向角误差为1°，孔口间距±50 mm，孔深±50 mm。注浆顺序按照钻孔分布，从下往上进行施工，浆液注满后持压15 min后停止注浆。

（2） 钻孔中实施探注结合，掌握治理区域围岩的性质及水文地质情况，为后续孔施工提供依据，根据探查的地质水文情况，确定超前注浆重点加固区域。后续注浆钻孔还兼作前序孔注浆效果的检查孔使用，以及时了解前期注浆浆液的扩散情况（扩散方向、范围、充填程度和结石体的固结强度等），尽可能保证注浆后不留盲区，不留薄弱点。

（3） 注浆前，要对注浆系统进行压水检查，压水压力一般为设计注浆压力的1.2倍，以检查各注浆机具的密封性和完好性，同时检查搅拌机运行状况，发现问题立即解决，以避免在注浆过程中因机械故障而造成注浆中断。

（4） 注浆压力的控制：开泵前旋转压力调节旋钮将油压调在要求的油压刻度上，随注浆阻力的增大，泵压随之升高，当达到调定值时，会自动停机，不至于产生超压注浆的危险。注浆泵流量的控制：注浆泵流量大小由注浆泵的排量调节控制按钮和排量记录仪能方便地加以控制。预注浆终压：设计注浆压力（终压值）=水压力P水+2 Mpa。

（5） 注浆薄弱地段，开挖采用超前小导管进行补注浆加强。

（6） 在突涌水时，松散、软弱、含水或坍塌严重的地层内以注双液浆为主;注单液浆时，若持续注浆较长时间内不升压，要改为双液浆;注浆套管封堵以双液浆为主。浆液在自动计量拌和站集中搅拌，采用砼灌车运输到掌子面的浆液搅拌桶内，注浆前不停搅拌，直至注浆完成。

3.3注浆材料

注浆一般采用普通水泥单液浆，在遇突涌水、地质软弱松散等特殊地段时，采用水泥水玻璃双液浆。施工中可根据开挖揭示地质情况及浆液留存情况进行材料选用及浆液配比选择（见表1）。本次注浆堵水地段受地层情况及突涌水影响，选择使用水泥水玻璃双液浆作为主要注浆材料。

单液浆采用P.0 42.5级普通硅酸盐水泥，制浆时依次将清水、水泥放入搅拌机内，搅拌时间不低于10 min，直到注浆前。水玻璃波美度为Be=40，使用前稀释到35。

施工中确保使用材料合格、新鲜、保质。

3.4注浆参数

纵向加固段为富水段纵向长度25 m，单孔有效扩散半径2 m;注浆采用渗透、挤密、劈裂等方式来综合治理洞内突涌水的情况，并进行围岩加固，注浆压力2～4.0 Mpa。

3.5注浆结束标准

注浆压力达到设计终压，或单孔注浆量达到设计量的80%以上时，可结束注浆。若施工中仍有较大涌水时，则按照以下标准执行：

（1） 单孔结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆15 min以上;注浆结束时的进浆量小于初始进浆量的1/4;检查孔涌水量小于0.2 L/min。

（2） 全段结束标准：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象;注浆后涌水量小于5～10 m3/d;浆液有效注入范围大于设计值;检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。

注浆结束后，及时将注浆孔和检查孔封堵密实。

3.6注浆施工过程异常情况处理

（1） 钻孔施工中，如遇到突泥情况时，立即停止施工，进行注浆处理。

（2） 注浆作业时，掌子面有细小裂隙跑浆，用浸泡过水泥的麻丝填塞，同时调整浆液配合比，缩短凝结时间。此后若仍有跑浆，于跑浆处钻潜孔注浆封堵。

（3） 在注浆过程中，如发生串浆现象，则增加注浆设备同时注浆，条件不允许时，立即封堵串浆孔，防止浆液外流，影响注浆效果。

（4） 注浆时浆液注入量大，且压力不随时间升高，则重新调整浆液配合比及浓度，使其凝胶时间缩短，并进行低压、小泵量注浆，以增加浆液在围岩裂隙中的停留时间，以便浆液凝结;有时也可在浆液凝胶前，进行间歇式注浆。

（5） 注浆孔全部施工完成后，根据压浆孔涌水量来决定局部地段是否需补设注浆孔。

（6） 因故中断注浆工作时，按下述原则处理：

a. 浆液凝胶前，尽快恢复作业，否则先冲洗钻孔，而后恢复注浆。在无法冲洗或冲洗无效时，则进行扫孔，而后恢复注浆;

b. 注浆恢复后，若入浆量相比中断前有大量减少，且吸浆时间较短，应采取补救措施;

c. 注浆长时间不结束、吸浆量大的地段，采取限流、限量、低压、浓浆、双液浆、间歇注浆或掺加速凝剂等方式处理;

d. 注浆过程中，若注浆压力等突然发生较大变化时，结合施工情况，查明突变原因，采取相应的措施处理。

4注浆效果评定意见及结论

4.1综合效果评定意见

在注浆施工完成后，结合施工中注浆情况，采用分析法、钻孔检测法及开挖取样法对本次注浆情况进行了评定，综合几种评定分析得出：

（1） 在注浆过程中，随着时间的增加，注浆压力逐步上升，注浆速度明显降低，最终达到设计终压，该项数值变化符合地层挤密规律，达到挤密压实的目的。

（2） 低位孔（先注孔）、高位孔（后注孔）的单孔注浆量变化符合地层填充挤密规律，检测孔注浆PQt曲线显示，该孔区域已饱和密实，检测孔出水量在要求之内。

（3） 开挖取样发现，注浆后，掌子面岩土被有效加固，地下水发育不明显，掌子面自稳性好。

（4） 通过上述超前注浆效果评定分析及检查，结合现场实际注浆后的富水情况，表明富水段超前注浆符合注浆加固堵水评定要求，本次超前注浆效果达到了预期目的。

4.2结论

本次超前注浆在施工中严格按照方案执行，通过分析法、钻孔检测法及开挖取样法对注浆效果进行分析评定，结合注浆评定分析结果，可以得出以下结论：

（1） 超前注浆方案可以达到现场堵水加固的要求，降低了施工风险，且可有效减少后期渗漏水处理难度和处理费用。

（2） 该富水段的注浆参数可用于指导后续段落超前注浆堵水施工。

作者简介：郭浩然，男，工程师，本科，研究方向：隧道施工。