公路隧道帷幕注漿堵水技術(shù)研究

中鐵二十局集團 第七工程有限公司 朱 峰

隨著我國公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，公路隧道建設(shè)技術(shù)已經(jīng)有了長足的進步，但一些已建的公路隧道卻在一定程度上存在著滲漏水與排水不暢的現(xiàn)象。隧道滲漏水會造成隧道路面濕滑，嚴重影響隧道行車安全，在冬季結(jié)冰地區(qū)的影響更加顯著。滲漏水也會威脅到隧道結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，對公路運營造成各種不利的影響。帷幕注漿技術(shù)是通過向隧道開挖面內(nèi)鉆注漿孔，再向孔內(nèi)注入水泥或其他漿液，漿液在凝結(jié)硬化的過程中會將周圍巖石裂隙中的水分擠出，并填充巖石之間的裂隙，與周圍的巖石固結(jié)成一個整體，形成具有一定強度的帷幕。帷幕注漿技術(shù)特別適用于富水地區(qū)隧道的修筑。本文，筆者以湖南某隧道的帷幕注漿工程為例，對隧道帷幕注漿技術(shù)進行了探討。

一、地下水外泄的危害

1.地下水外泄會破壞原有的地下水平衡系統(tǒng)，使地下水資源造成損失。隧道施工過程中可能遇到出水量較大的地段，這些地段多是由于處在裂隙正在發(fā)育的巖層或者地質(zhì)斷層帶，地下水的過量排出會造成地下水位下降，影響當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡，并對當?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活造成不利影響。因此，在高壓富水段進行隧道施工時，一般采取“以防為主，放排結(jié)合”的原則。

2.地下水流一般具有一定的流速，放任地下水排出可能會沖蝕隧道內(nèi)的軟弱夾層，不利于隧道的穩(wěn)定。隧道的修建破壞了原有的地下水平衡系統(tǒng)，一般會使地下水的流速加快。地下水在流動過程中會夾雜巖層中的泥沙等填充物，填充物的流失會造成巖體之間黏結(jié)能力的下降，不利于隧道的穩(wěn)定。

3.地下水在隧道排水系統(tǒng)流出過程中，會攜帶大量的泥沙。隨著時間的積累，泥沙會使隧道排水系統(tǒng)堵塞，導(dǎo)致隧道內(nèi)部的壓力增大，降低隧道穩(wěn)定性。

二、帷幕注漿技術(shù)的優(yōu)點

1.采用帷幕注漿技術(shù)填充隧道巖層之間的裂隙，可以封堵水分的進出通道，阻止地下水的外泄。注漿凝結(jié)硬化后與周圍巖層形成一層具有一定強度的保護圈，增強了隧道的抗?jié)B能力，減小了地下水在隧道內(nèi)的滲出，減輕了隧道所承受的水壓力。

2.采用帷幕注漿技術(shù)，在隧道內(nèi)部形成的密實巖層保護圈可以使隧道抵御地層壓力的能力得到很大的提高，減輕了隧道內(nèi)部的荷載，使隧道更加安全穩(wěn)定。

三、隧道注漿施工工藝研究

隧道注漿施工工藝包括三個方面，即選擇合適的注漿材料、注漿參數(shù)的合理匹配以及科學(xué)的注漿施工方法。

1.選擇合適的注漿材料。注漿材料的選擇直接關(guān)系到隧道防滲堵水能力的強弱，選擇合理的注漿材料是進行注漿施工的基礎(chǔ)，注漿參數(shù)和施工方法都依賴于注漿材料的選擇。

（1）注漿材料在一定壓力下能夠滲透到具有一定裂縫寬度的巖石中，即注漿材料具有良好的滲透能力。

（2）漿液凝結(jié)硬化后具有一定的強度并且對周圍的巖石具有良好的黏結(jié)能力。

（3）漿液應(yīng)具有一定的流動性，以便于施工中漿液的灌注，并能增大漿液擴散半徑。

（4）為避免漿液在使用過程中產(chǎn)生沉淀，進而影響漿液的使用效果，漿液應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性。

鑒于該隧道的工況比較復(fù)雜，針對實際情況，在注漿過程中采用了水泥單—漿液、水泥—水玻璃混合漿液以及TGRM漿液3種不同的注漿材料。

在對隧道進行注漿施工時，應(yīng)根據(jù)隧道內(nèi)部涌水量的大小進行漿液的選擇確定。對該工程而言，在涌水量大或斷層破裂帶地區(qū)，選擇水泥漿液或水泥—水玻璃漿液。在涌水量較小或微裂隙地區(qū)應(yīng)選用TGRM漿液。在注漿過程中選擇何種漿液應(yīng)根據(jù)工程的所處的地質(zhì)水文條件來確定，不應(yīng)一概而論。

2.注漿參數(shù)的選取。

（1）注漿半徑。注漿半徑的選取主要根據(jù)隧道固結(jié)體外部靜水壓力的大小來確定。該隧道工程根據(jù)設(shè)計計算出注漿半徑為開挖輪廓線外6 m。

（2）注漿壓力。注漿壓力的大小取決于漿液的擴散半徑、漿液的性質(zhì)、裂隙的大小和粗糙程度以及涌水壓力等因素。注漿壓力的大小直接影響到注漿效果，注漿壓力越高，漿液就會將巖石裂隙填充的越為飽滿，漿液和巖石形成的結(jié)合體不透水性好，強度高。通過增大注漿壓力，會增大漿液的擴散半徑，減少注漿孔的數(shù)量。但是注漿壓力過高，會使巖石裂隙擴大，注漿工作面產(chǎn)生冒漿現(xiàn)象。因此注漿壓力的選擇必須謹慎，一般而言，注漿壓力比靜水壓力高0.2 ～ 0.4 MP即可。

3.注漿的施工方法。

（1）注漿孔的合理布置。注漿孔的布置會對注漿效果產(chǎn)生顯著的影響，布孔時應(yīng)根據(jù)巖層裂隙狀態(tài)、漿液的擴散半徑、地下水文狀況、注漿孔密度以及注漿設(shè)備的能力反復(fù)對比后進行確定。長短注漿孔的布置應(yīng)呈輻射形，輻射傾斜角隨注漿段的長度不同而不同。在進行注漿孔的具體布置時，應(yīng)根據(jù)滲水量大小、涌水方向等地質(zhì)情況進行合理調(diào)整。在裂縫小而密的工程段，注漿孔數(shù)應(yīng)適當增多；反之可以相應(yīng)減少。

（2）注漿方式。注漿孔的注漿方式分為全段注漿和分段注漿。分段注漿的順序有下行式和上行式兩種。施工時注漿方式應(yīng)根據(jù)裂隙的大小、鉆孔的出水情況以及設(shè)備的能力來確定。

通過對注漿施工工藝關(guān)鍵技術(shù)的分析和研究，解決了該隧道在施工過程中遇到的水文地質(zhì)條件差、涌水壓力高、滲水量大等技術(shù)難題，為其他隧道注漿工程提供了借鑒經(jīng)驗。帷幕注漿堵水技術(shù)具有顯著的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，能夠適應(yīng)不同的工程地質(zhì)環(huán)境，具有廣闊的應(yīng)用前景。