巖溶隧道注漿加固技術(shù)探討

栗晉華

中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東 深圳 518052

巖溶隧道注漿加固技術(shù)探討

栗晉華

中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東 深圳 518052

在加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，通過注漿來(lái)改良軟弱破碎巖體、封堵地下水及侵蝕性離子，是當(dāng)前長(zhǎng)大隧道施工中解決溶洞及地下水、斷層等不良地質(zhì)最被廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一。提出了巖溶隧道注漿加固設(shè)計(jì)基本原則及分類，分析了不同注漿方案的特點(diǎn)及運(yùn)用范圍，探討了巖溶隧道注漿施工技術(shù)，以避免或減少施工中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，保證完工后隧道安全運(yùn)營(yíng)。

隧道；巖溶；注漿加固；原則；分類；方案

1 工程概況

武廣鐵路客運(yùn)專線烏（龍泉）花（都）段天鵝嶺隧道位于郴州市境內(nèi)，穿越剝蝕－溶蝕低山丘陵區(qū)，隧道起止里程DK1848＋095～DK1850＋460，隧道全長(zhǎng)2365m，為客專單洞雙線長(zhǎng)隧道，隧道埋深50m～145m。

隧道穿越地層主要為炭質(zhì)頁(yè)巖、（白云質(zhì)）灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖、灰?guī)r，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段占全隧道的50%以上,地下水以碳酸鹽巖溶水與基巖裂隙水為主。隧道進(jìn)、出口段及中部共約990米埋深淺、巖體破碎，表層土體松散、易滑塌，溶溝溶槽發(fā)育、富水；特別是中部的655m洞身段還易發(fā)生涌水、突泥災(zāi)害；隧道內(nèi)有三條斷層，且區(qū)域內(nèi)巖溶發(fā)育，共有4處大型溶洞累計(jì)長(zhǎng)度為305米，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

2 巖溶隧道注漿加固設(shè)計(jì)基本原則

注漿設(shè)計(jì)在考慮工程的安全性、水文、工程地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)性能、注漿目的的基礎(chǔ)上，同時(shí)應(yīng)符合下列原則：

①功能性原則，針對(duì)工程的目的和要求，方案可行、可靠，滿足工程功能性的要求；

②適應(yīng)性原則，注漿方案須適應(yīng)場(chǎng)地工程、水文地質(zhì)條件、實(shí)施條件及環(huán)境條件的要求；

③可實(shí)施性原則，注漿設(shè)計(jì)地工程規(guī)模、工藝參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，在現(xiàn)行的社會(huì)環(huán)境和技術(shù)條件下必須可行；

④經(jīng)濟(jì)性原則，注漿設(shè)計(jì)方案通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，滿足功能性要求的前提下，要求費(fèi)用盡量低；注漿方案確定后，應(yīng)盡量采用先進(jìn)的工藝及適宜材料，結(jié)合已有勘察資料進(jìn)行方案優(yōu)化，盡可能降低工程造價(jià)；

⑤環(huán)境保護(hù)原則，要做到避免環(huán)境污染或最大限度地減少環(huán)境污染；

⑥安全性原則，注漿設(shè)計(jì)方案除了保障結(jié)構(gòu)及建筑物安全外，還應(yīng)確保周邊工程、環(huán)境及人員的安全。

3 注漿加固設(shè)計(jì)分類

①按注漿與開挖的關(guān)系分類

按注漿與開挖的關(guān)系，可分為預(yù)注漿和后注漿。預(yù)注漿即開挖前的注漿，其目的是堵水和加固，包括工作面注漿、地面預(yù)注漿；后注漿即開挖后的注漿，多采用徑向注漿，目的是堵水、加固、充填。

②按注漿加固范圍分類

按按注漿加固范圍，可將注漿分為局部注漿、全斷面注漿和帷幕注漿等。

4 巖溶隧道注漿加固實(shí)施方案

在加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，通過注漿來(lái)改良軟弱破碎巖體、封堵地下水及侵蝕性離子，是當(dāng)前長(zhǎng)大隧道施工中解決溶洞及地下水、斷層等不良地質(zhì)最被廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一，這在渝懷鐵路圓梁山隧道、宜萬(wàn)鐵路野三關(guān)隧道、龍廈鐵路象山隧道及廈門翔安海底隧道等重大工程中都有成功應(yīng)用的實(shí)例。超前周邊預(yù)注漿、全斷面超前預(yù)注漿、局部注漿的作用和特點(diǎn)。

4.1 超前周邊預(yù)注漿

周邊帷幕預(yù)注漿方案與全斷面超前預(yù)注漿的參數(shù)基本相同，僅加固隧道周邊輪廓線外3m～5m范圍內(nèi)巖體，隧道輪廓線以內(nèi)的巖體不再進(jìn)行專門注漿加固。每循環(huán)超漿加固長(zhǎng)度30m，開挖25m，留5m作為下一循環(huán)的止?jié){巖盤。注漿材料以普通硅酸鹽水泥單液漿和水泥-水玻璃雙液漿為主，采用前進(jìn)式注漿方式，先注外圈孔（第一環(huán)），注漿方案如“圖4-1超前周邊預(yù)注漿示意圖”。

圖4-1超前周邊預(yù)注漿示意圖

4.2 全斷面超前預(yù)注漿

全斷面超前預(yù)注漿采用鉆機(jī)成孔，開孔直徑一般為126mm，開孔深度2m～3m，開孔完成后安設(shè)并固定孔口管（孔口管徑一般采用108mm）。之后，通過孔口管鉆注漿孔，注漿孔徑一般為90mm。鉆到設(shè)計(jì)孔深后，進(jìn)行注漿。鉆孔和注漿的順序是從外圈到內(nèi)圈，隔孔加密，注漿方式一般采用分段前進(jìn)式注漿。根據(jù)成孔情況，鉆機(jī)能力和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，也有利用鉆桿進(jìn)行分段后退式注漿，后退式注漿較前進(jìn)式注漿效率提高很多。達(dá)到單孔和全段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，結(jié)束注漿。

注漿結(jié)束后，進(jìn)行注漿效果檢查。檢查方法主要有：

（1）整理注漿資料，分析P-Q-t曲線：P-t 曲線呈上升趨勢(shì)，Q-t 曲線呈下降趨勢(shì)，注漿結(jié)束時(shí)，注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿速度達(dá)到設(shè)計(jì)速度(常取5L/ min～10 L/min)。

（2）整理注漿資料，統(tǒng)計(jì)單孔、全段注漿量，反算漿液充填率。當(dāng)?shù)貙雍坎淮髸r(shí)，漿液填充率須達(dá)到70%以上，地層富含水豐富時(shí)，漿液填充率須達(dá)到80%以上。

（3）按總注漿孔的5%～10%設(shè)計(jì)檢查孔，檢查孔的布設(shè)應(yīng)在均布的原則下，結(jié)合注漿資料的分析做重點(diǎn)檢查。檢查孔應(yīng)無(wú)涌泥、涌砂，不塌孔，滲水量應(yīng)小于0.2L/min.m。不取芯鉆孔時(shí)，應(yīng)記錄鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)壓力、排渣成份等，進(jìn)行認(rèn)真分析。

注漿效果達(dá)到要求后，組織開挖施工。隧道斷面大，斷層和巖溶地質(zhì)條件復(fù)雜，全斷面超前預(yù)注漿方案必須考慮足夠的加固范圍，確保施工安全和結(jié)構(gòu)安全。

預(yù)注漿，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況及時(shí)調(diào)整。

表1 全斷面超前預(yù)注漿參數(shù)表

正洞注漿方案如“圖4-2全斷面超前預(yù)注漿示意圖”。

圖4-2 全斷面超前預(yù)注漿示意圖

4.3 徑向小導(dǎo)管注漿加固

隧道開挖后，圍巖較差，節(jié)理較發(fā)育，洞室周邊漏水、滲水點(diǎn)較多，局部點(diǎn)以股狀水流出，為避免產(chǎn)生大范圍的涌泥、涌砂、涌水和坍塌，可采用徑向小導(dǎo)管注漿予以封堵，采用注漿材料為水泥-水玻璃雙液漿，小導(dǎo)管長(zhǎng)度4m～6m,主要在溶洞段隧道周邊和溶洞體局部布置。

4.4 局部注漿加固

巖溶部位出現(xiàn)明顯涌水時(shí)采取局部注漿方案，在出水點(diǎn)上游鉆孔注漿截?cái)嗨矗⒃诔鏊c(diǎn)周圍布孔加固圍巖，加固深度一般為開挖輪廓線外5m～8m，局部注漿采取全孔一次性注漿方式進(jìn)行，注漿順序由少水處向水多處逐步注漿施工。當(dāng)洞壁巖面或支護(hù)面局部淋水，涌水量超過設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用局部注漿方案堵水減排。局部注漿以水泥單液漿為主，水量大時(shí)采用普通水泥-水玻璃雙液漿，注漿壓力為1 MPa～2MPa。注漿方案如圖4-3，圖4-4所示。

圖4-3 局部注漿方案——裂隙出水注漿示意圖

圖4-4 局部注漿方案——面狀出水注漿示意圖

5 工程實(shí)例

2007年12月26日天鵝嶺隧道進(jìn)口開挖至里程DK1848+998時(shí),經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)隧道拱頂發(fā)育有一大型巖溶洞穴，該溶洞縱向主要發(fā)育在DK1848＋998～DK1849＋012范圍內(nèi)，在環(huán)向范圍內(nèi)呈不規(guī)則構(gòu)造，底部左側(cè)局部鉆探未10m未進(jìn)入基巖，設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)圍巖,巖溶發(fā)育,溶腔內(nèi)充填碎石紅黏土,涌水量80m3/h～100m3/h水。

為滿足客運(yùn)專線施工質(zhì)量和保證完工后的運(yùn)營(yíng)安全，處理方案確定為：采取密排小導(dǎo)管超前支護(hù)、人工開挖，架立I20型鋼拱架支護(hù)，并施作臨時(shí)仰拱；開挖支護(hù)完成后，對(duì)隧道周邊采取徑向小導(dǎo)管注漿加固，對(duì)隧道底采取鋼管樁注漿加固。

注漿設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 注漿設(shè)計(jì)參數(shù)表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔所揭示的地質(zhì)狀況，注漿結(jié)束后，采用分析法即結(jié)合注漿過程中P-Q-t曲線及反算注漿后地層的漿液填充率，并通過鉆設(shè)檢查孔進(jìn)行鉆孔取芯檢查和出水量測(cè)試，檢查孔出水清澈，泥砂含量和水壓力很小，出水量小于0.2L/min,注漿后地層得到了有效的改良。

6 結(jié)語(yǔ)

①必須采取強(qiáng)有力的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)手段，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)前方地質(zhì)情況，才能為制定合理預(yù)案提供依據(jù)，指導(dǎo)隧道施工，有效避免地質(zhì)災(zāi)害。

②隧道巖溶地質(zhì)條件復(fù)雜，存在很多不可預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)于復(fù)雜多變的注漿地層，應(yīng)采用合理的注漿工藝進(jìn)行施工，且注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化，才能確保注漿加固達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

[1]王夢(mèng)恕等著.中國(guó)隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]楊曉東主編.錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)（第二版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[3]張煒,李治國(guó),王全勝.巖溶隧道涌突水原因分析及治理技術(shù)探討[J].隧道建設(shè),2008, 28(3):257～262.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.014