帷幕注浆技术在隧道施工中的应用

帷幕注浆技术在隧道施工中的应用

【摘要】帷幕注浆处理隧道内涌水施工技术，对处理隧道穿越围岩节理发育，高压富水区，避免突发性涌水、突泥发生具有明显效果。

【关键词】帷幕注浆;隧道

0.概况

宜万铁路别岩槽隧道全长3721m，位于重庆市万州区，岩溶特别发育，施工可能会遇到溶洞、暗河、突水、突泥等。隧道主要以砂岩、泥岩、碳质页岩为主，其中DK403+980-DK404+190段为低阻体和F1断层，由可溶的灰岩、白云质灰岩钙质胶结而成，两侧分支断层、节理等次级构造发育，造成岩体破碎，围岩设计为Ⅵ级，破碎带长120m，为导水断层，最大涌水量154627m3/d，同时可能遭遇暗河和大型岩溶洞穴，一旦暗河水大量涌入隧道，不但引发严重地质灾害，还会引发重大环境地质问题。

在施工至DK403+980处进入EH-4低阻体离F1断层210m时，掌子面裂隙水突然增大，平均水量1000m3/h，独孔喷距6m，压力2.0MPa，制定了“加固堵水，稳定地层”的总体施工方案，采用了5m预加固帷幕注浆堵水方案。

1.帷幕注浆施工方案

1．1地质超前预报及探水

隧道开挖前，在DK403＋980处采取TSP-203进行长距离预测，每次预测有效长度100m；并辅之以地质雷达和HY303红外探测仪近距离探测前方围岩及隐伏含水状况，每次探测长度15～20m；并全过程采取MKD-5水平超前钻机通过钻孔钻探验证，每次钻探长度30～50m。若总涌水量大于170m3/min时，需进行全断面帷幕注浆堵水；若总涌水量小于170m3/min时，但个别探水孔出水量大于30m3/min时，则需对这些孔进行局部注浆处理。

1．2止浆墙施作

为防止未注浆段地下水涌向掌子面及下一段注浆时跑浆，一般情况下，若掌子面岩层较完整，可利用岩层作为止浆岩盘；若掌子面岩层破碎或地下水压力较大，则还需灌注砼墙作为止浆墙。止浆墙采用C20砼平底型，3m帷幕注浆厚1.0m，高10.62m；5m帷幕注浆厚1.5m，高11.25m。

3m帷幕注浆每循环布设5环共55个注浆孔，分2个循环进行钻孔、注浆，第一循环终孔位置距掌子面水平距离13m，第二循环27m，终孔位置在开挖轮廓线外3m处且保持3m终孔距离。

5m帷幕注浆每循环布设6环共93个注浆孔，分3个循环进行钻孔、注浆，第一循环终孔位置距掌子面水平距离10m，第二循环18m，第三循环30m，终孔位置在开挖轮廓线外5m处且保持3m终孔距离；注浆完成后，还需钻检查孔检查注浆质量，检查孔布置在出水多的部位或布置在开挖断面中心处。

1．3注浆方式及分段长度的确定

注浆方式采用分段后退式注浆，适用于裂隙不甚发育的岩层。

1．4注浆设计参数

1.4.1注浆范围：DK403＋980～DK404+190段注浆范围为衬砌层以外5m；即各注浆钻孔的孔底位置应分别控制在开挖轮廓线外约3m、5m。

1.4.2注浆压力：为预注浆段洞身静水压力的2～3倍。

1.4.3注浆量估算：按理想状态考虑单孔浆液注入量，浆液在地层中均匀扩散时的计算式为：

Q=πR2Lnα(1+β)

式中：Q为总注浆量；R为浆液扩散半径，取2.0m；L为注浆孔长；n为地层裂隙率，取10％；α为浆液充填率，取90％；β为浆液损失系数，取10～20％。

1.4.4注浆材料及配合比：注浆材料主要为水泥单液浆和TGRM浆液。水泥采用P.O32.5普通硅酸盐水泥，速凝剂用量为水泥重量的3％；水灰比为1：（0.6～1.0）。

1.4.5浆液扩散半径及孔底间距：浆液有效扩散半径2.0m；孔底间距≤3.0m。

1．5注浆工艺及要求

1.5.1钻机就位

测量班在掌子面标出钻孔位置和孔号，利用自制升降式作业平台把钻机移位至掌子面，利用钻机首尾坐标差值来控制竖直角及水平角。

1.5.2施工前，先进行钻孔注浆试验，初步掌握浆液充填率、注浆量、浆液配合比、凝胶时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标。

1.5.3设置止浆岩盘或止浆墙：当掌子面围岩较为完整且出水点较远时，可在掌子面直接埋设孔口管，加固一个止浆岩盘；当掌子面围岩破碎且出水点较近时，采用砼止浆墙以确保注浆效果，砼止浆墙必须捣固密实，与掌子面围岩密贴，凿槽镶嵌在周围岩体内，确保砼止浆墙与周围岩体紧密相连。

1.5.4埋设孔口管：对于止浆岩盘采用压浆法，先用Φ110钻头钻深3m后放入管长3m的Φ108无缝钢管，管壁与孔口接触处敷设10mm排气孔，并采用早强锚固剂或麻丝堵塞，Φ108无缝钢管外露0.2～0.3m，连接注浆管路后压入浆液进行加固。对于砼止浆墙采用预埋法，先按设计的孔位和方向钻孔深0.6～0.8m，将孔口管插入，然后便立模边灌注砼止浆墙。孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。

1.5.5正式注浆前，用1.2倍的注浆设计终压进行压水试验，其目的：检察管路是否连接正常；检查管路系统是否耐压，有无漏水现象；测定岩层吸水量，以确定浆液初始浓度、凝胶时间和预计注浆量；测定注浆压力损失情况，确定终压；将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外。

1.5.6制浆：在搅拌机开动后加入定量的清水，水量可用搅拌机的容积加以控制，然后加入水泥连续搅拌3min即可经过滤桶过滤进入吸浆桶内，进行二次搅拌供注浆使用。配料必须计量准确，水泥等固体材料采用重量称量法，水、TRGM或HSC特种浆液等液体材料采用体积称量法。搅拌时严格按顺序加料。

1.5.7钻孔与注浆顺序：钻孔开孔直径为110mm，终孔直径为91mm。先钻外圈孔后钻内圈孔，同一圈孔先钻下部孔，后钻上部孔，间隔交替钻孔施工，后续孔检查前续孔的注浆效果；遇岩层破碎造成坍孔或钻孔涌水量过大时，采取前进式注浆，即注浆后再扫孔继续钻进，扫孔时钻机要给压均匀，轻压快转，防止偏离原孔位方向，否则采取后退式注浆。注浆顺序为先注无水孔，后注有水孔，钻一孔注一孔。

1.5.8注浆量的控制：注浆量由泵的排量来控制。为防止注浆泵升压太快，影响注浆效果，注浆前要测定钻孔的出水量，以确定注浆泵的注入速度，出水量≥2m3/h时，注入速度控制在80L/min,选择ZJB/BP－30型注浆机单孔注浆，出水量＜2m3/h时，注入速度控制在50L/min,选择ZJB/BP－30型注浆机同时进行双孔注浆。根据注浆过程中的压力变化，随时调整泵量。单孔实际注浆量应略大于理论计算量，且达到设计终压值，用双重指标进行控制注浆量。

1.5.9浆液配合比的控制：原则是“先稀后浓，逐级变换”。当单孔出水量＜2m3/h时，采用单液注浆；当单孔出水量≥2m3/h时，采用先注水泥浆后注TGRM或HSC特种浆液。

1.5.10注浆结束标准：在注浆过程中，注浆压力逐步升高，当达到设计终压值时，再继续注浆10min或以上即可结束本孔注浆。也可在单孔注浆量与设计注浆量大致相同，注浆结束时进浆量一般在20L/min以下结束本孔注浆。

2.注浆效果检查评定

在每循环注浆段设3个检查孔，以检查注浆效果。注浆效果评定标准：

2.1一般地段检查孔出水量小于0.4L/min。

2.2压水检查，在1.0Mpa压力下，进水量小于2L/min。

2.3测试检查孔水压，应小于0.75Mpa。

2.4由检查孔采取岩芯，观察注浆充填情况。如不能达到上述要求，则要根据情况进行补孔注浆，直到满足为止。

3.实际效果

帷幕注浆成功封堵高压水。开挖后，其浆液大部分均匀分布在裂隙中，同时对围岩也起到很好的加固作用，为别岩槽隧道的掘进起到了关键作用。但由于在裂隙发育不完善岩层中注浆难度极大，注浆时浆液难以均匀渗透到泥岩中，形成完整、连续、致密的注浆固接体，在局部会存在一定的薄弱环节。■