大支坪隧道帷幕注漿施工技術

黎愛清

(中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北唐山 064099)

1 工程概況

大支坪隧道位于湖北省巴東縣大支坪鎮，東起支井河，中間經大支坪鎮，西至野三河。隧道進口里程為DK130+142，出口里程為 DK138+912，全長8 770 m。宜萬鐵路第16標段大支坪隧道正洞進口段4 388 m，施工里程 DK130+142—DK134+530，平導4 410 m，隧道洞身通過廣泛分布的可溶巖地層，巖溶發育強烈，水文地質條件和地質構造復雜，為宜萬鐵路主要控制性工程之一。大支坪隧道為全線Ⅰ級高風險隧道，巖溶水發育，穿過7條斷層，其中5條在本標段;發育3條地下暗河及巖溶管道流，其中兩條與本標段有關，有可能造成隧道突水、突泥。F4、F5、F7團包斷裂帶帷幕注漿段長達614 m。隧洞正常涌水量 Q=137 040 m3/d，強降雨條件下隧道涌水量Q=512 422 m3/d。有巖溶地面塌陷、水源枯竭、隧道突水、突泥、煤系地層瓦斯等地質問題。

2 大支坪隧道施工難點

1)應在施工前進行預測、預探或超前鉆探，為處理不良地質提供依據，因不良地質分布在本隧道的起點至終點，在施工中應進行全過程預測、預探。

2)本隧道的不良地質趨于集中分布。大支坪隧道穿過7條斷層，其中5條在本標段;發育3條地下暗河及巖溶管道流，有可能造成隧道突水、突泥。

3)雨季時隧道滲水量大，降雨轉化迅速。按設計資料，最大涌水量為512 422 m3/d，是正常涌水量的37.3倍，降雨轉化為泉水約需7～12 h。雨季流量增大，給開挖和支護帶來極大困難。

4)不良地質種類齊全，出現不可預見的地質災害機率高。在施工中洞內既要防突泥、突水、地下水流失、暗河改道，又要預防硫酸根離子對混凝土的侵蝕，還要防瓦斯對施工帶來的安全隱患;在洞外既要防止洞頂地下水枯竭，地表塌陷引起水環境變化，還要防止棄渣引起環境污染。

3 大支坪隧道帷幕注漿施工

帷幕注漿適用于隧道工程的富水斷層帶和軟弱圍巖施工，利用配套的機械設備，采取合理的注漿工藝，經過注入一定比例配置而成的水泥單液漿或水泥—水玻璃雙液漿，通過滲透擴散、裂隙填充、擠壓填充、劈裂擴散等不同的方式注入工程對象，使圍巖固結成具有一定強度的整體結構，在隧道外形成一個堵水帷幕，保證隧道施工順利進行。

3.1 注漿設備

大支坪隧道目前采用的鉆機為宣化生產的YQZ100和ZD60錨固鉆機，注漿機采用的是ZJB(BP)-30.50泵，注漿壓力可達到30 MPa。

3.2 注漿管材

結合注漿工藝，注漿管材主要有大管棚、小導管(花管)、中空錨桿、孔口管、袖閥管、TSS管等。

3.3 注漿孔布設設計(見圖1)

3.4 注漿方式

采用分段前進式注漿或全孔一次壓入式注漿。當鉆孔過程中未遇見泥夾層或涌水，就一鉆到底，全孔一次壓入式注漿;在鉆孔過程中遇到泥夾層或涌水，立即停止鉆孔，采取注一段鉆一段的分段前進式注漿，直至終孔。

圖1 注漿孔縱斷面和平面布置(單位:mm)

3.5 注漿參數的選擇

每循環注漿長度27 m，單孔有效擴散半徑2.0 m左右，終孔間距3.0 m;注漿范圍為隧道開挖斷面外3 m。注漿時如果水量較小且成孔容易，用一次性注漿方式或分段后退式注漿;如果成孔困難，則采用分段前進式注漿。

注漿壓力的主要參數對漿液的擴散范圍、巖層裂隙充填的密實程度及注漿效果的好壞起著決定性的作用，一般富水地段注漿壓力取靜水壓力的2～3倍。總注漿量按假設漿液在地層中均勻擴散公式Q=Anα(1+β)，其中，Q為總注漿量，m3;A為注漿范圍巖體體積;nα(1+β)統稱為填充率，取10 ～20。

3.6 止漿墻及止漿巖盤

根據掌子面圍巖及出水情況確定混凝土止漿墻長1～3 m，本段注漿在DK131+155掌子面左3 m為止漿墻。根據注漿段圍巖情況預留3 m厚止漿巖盤。

3.7 埋設孔口管

先用鉆機鉆進4.0 m深，再將φ108 mm孔口管插入，外露20～30 cm，管壁與孔口接觸處用麻絲堵塞，注漿固結孔口管，孔口管起著導向作用，鉆孔安裝時要控制好外插角度。

3.8 鉆孔

對探孔預測水壓較高(P≥1.0 MPa)，且水量較大(Q≥20 m3/h)的區域，采用孔口管注漿，否則采用止漿塞止漿方式注漿。當采取后退式分段注漿時，可直接鉆孔至設計深度。當采取前進式分段注漿時，采取鉆一段注一段的方式，直至設計孔深。

鉆孔按先外圈的順序進行，內圈鉆孔可參照外圈鉆孔的順序，嚴格記錄好鉆孔和巖石裂隙發育情況。若單孔出水量＜30 L/min，可繼續施鉆;若單孔出水量＞30 L/min，立即停鉆進行注漿。

3.9 注漿

注漿管路連接好后，通過壓水檢查注漿管路的密封性，同時沖洗巖石裂隙，擴大漿液通路，增加漿液沖塞的密實性。固結孔口管和封孔注漿時選用雙液漿;當注漿孔涌水量＜30 L/min時，選用純水泥漿;當注漿孔涌水量在30～200 L/min范圍內，選用凝膠時間為4～6 min的漿液;當注漿孔涌水量＞200 L/min，選用凝膠時間為2～4 min的漿液．

1)后退式分段注漿。后退式分段注漿利用鉆機鉆孔，將氣囊(水囊)式止漿塞置入注漿鉆孔內，通過輸水﹙氣﹚設備，使止漿塞膨脹，和巖壁形成止漿系統，滿足分段后退式注漿要求。每注漿段長5 m，第一注漿段完成后，后退止漿塞至下一注漿段預定位置進行第二段注漿，如此下去，直至該孔注漿完成后開始下一注漿孔的注漿施工，見圖2(a)。

2)全孔一次性注漿。直接將注漿管路和注漿孔口裝置接通進行注漿施工。全孔一次性鉆孔注漿施工模式如圖2(b)。

3)前進式分段注漿。前進式分段注漿工藝是針對成孔困難，涌水量很大等特殊地質條件下的一種可行性較高的注漿技術，遇水即注漿，再掃空，再注漿，直至設計孔深。對于涌水壓力較小的注漿孔，可將止漿

圖2 注漿模式

塞放入孔中直接進行注漿。孔深＞8 m的鉆孔，注雙液漿時應考慮分段注入。對于水壓力較大的注漿孔，可將注漿芯管焊在法蘭盤上，再安裝在孔口管法蘭盤上，進行注漿。由于巖石破碎或因涌水量過大，不能一次成孔時，設置孔口管并采用分段前進式注漿，在該注漿段完成注漿后，掃孔鉆進至下一段，然后注漿，如此往復，直到設計深度。

3.10 注漿速度

當鉆孔涌水量＞50 L/min時，注漿速度60～100 L/min;當涌水量 ＜50 L/min時，注漿速度 35～80 L/min。

3.11 注漿結束標準

注漿結束標準根據注漿壓力和注漿量來控制。一般采用定壓注漿。當注漿壓力逐步升高，達到設計終壓并繼續注漿10 min以上，可結束本孔注漿;單孔注漿量與設計注漿量大致相同，注漿結束時的注漿量在20～30 L/min以下，可結束本孔注漿。注漿結束時，應先打開泄漿管閥門，再關閉進漿管閥門并及時用清水將注漿管路沖洗干凈后方可停機。

3.12 異常情況處理

若鉆孔過程中，遇見突泥情況，立即停鉆，拔出鉆桿，安裝孔口管及高壓閥，進行注漿。若掌子面小裂隙漏漿，先用水泥漿浸泡過的麻絲填塞裂隙，并調整漿液配比，縮短凝膠時間;若仍跑漿，在漏漿處采用普通風鉆淺孔注漿固結。若掌子面前方裂隙串漿或漏漿，采用止漿塞穿過該裂隙進行后退式注漿。當注漿量很大，壓力長時間不升高，則調整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時間，進行小泵量，低壓力注漿，以使漿液在巖層裂隙中有相對停留時間，以便凝膠;有時也可以進行間歇式注漿，但停注時間不能超過漿液凝膠時間。

3.13 注漿效果檢查

處理巖溶注漿時注漿效果檢查采用P—Q—t曲線法;注漿量分布特征法(不能有注漿盲區);涌水量對比法(堵水率達到80%，總涌水量≤5 m3/m/d);檢查孔觀察法(檢查孔無涌水、涌砂，放置1 h仍無涌水、涌砂)。

大支坪隧道進口通過幾次的注漿摸索，注漿效果比較明顯，但在注漿過程中，也存在許多不足之處，如注漿存在一些盲區，注漿孔布置存在不合理等都極大地影響注漿效果，需要開挖后進行補注漿，但隨著進一步施作的開展，注漿技術逐步趨于完善。

4 結語

在大支坪隧道多處進行帷幕注漿堵水，保證了施工過程的安全，防止了水資源的流失，保證了施工順利進行。

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