巖溶段帷幕注漿堵水施工

李磊 崔葉

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300000)

1 工程概況

重慶軌道交通六號線二期工程銅鑼山隧道位于重慶市南岸區(qū)，隧道全長5 633.373 m，其中鉆爆法施工長度為2 600 m，隧道最大埋深371 m。隧道洞身穿過的槽谷區(qū)灰?guī)r段Y(Z)DK9+640～Y(Z)DK10+800可能發(fā)育有巖溶、溶洞，根據詳勘資料，鉆孔探明的溶洞侵蝕面發(fā)育高程為300 m～320 m，高于隧道頂50 m左右。因鉆孔數量有限，不能涵蓋整個巖溶段溶洞的具體分布情況，其他段落、高程也有存在溶洞的可能。

2 制定帷幕注漿方案的背景

2.1 超前鉆孔出水

左線(ZDK10+809):鉆孔深度30 m，12 m，17 m ～18 m，26 m ～28 m存在裂隙通道;單孔出水量1 200 m3/d，斷面總出水量2 600 m3/d;

右線(YDK10+822):鉆孔深度30 m，15 m ～18 m，24 m ～27 m存在裂隙通道;單孔出水量 1 100 m3/d，斷面總出水量2 400 m3/d。

2.2 紅外探水

掌子面前方30 m范圍內紅外探測曲線波動明顯，可以判斷掌子面前方30 m范圍內左側紅外輻射場存在異常，且結合掌子面出水的測定和觀測，判斷掌子面前方一定范圍內可能大量含水，在施工過程中導致掌子面出現股狀涌水，地下水主要以巖溶水和溶隙裂隙水為主。需注意對裂隙發(fā)育帶或巖溶通道的觀測，加強探放水工作，制定防治水措施。

2.3 TSP超前地質預報

右線:YDK10+816～YDK10+795段反射波強烈，表明巖體較破碎或存在較大結構面，水量豐富，結合現場超前鉆孔對比分析，推測該段為主要倒水通道;YDK10+795～YDK10+778段巖體節(jié)理裂隙十分發(fā)育，可能存在大量裂隙水;在ZDK10+784～ZDK10+778附近存在較大結構面或軟弱夾層。

左線:左右線間巖柱僅為10 m，地質情況近似。

綜上，從地質、地下水情況來看，均達到了設計采用帷幕注漿的條件，且從環(huán)境保護等方面考慮，該段涌水應以堵為主，經動態(tài)設計小組多次會議討論研究決定，采用帷幕注漿。

3 帷幕注漿方案

3.1 注漿材料和壓力

采用普通水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿相結合的方法進行超前預注漿，由于帷幕段基巖裂隙發(fā)育強烈，且帷幕漿液擴散半徑不小于2 m。注漿壓力的大小與巖石的完整性程度、注漿孔深度、涌水壓力、注漿材料等有關。本項目結合注漿試驗，最終確定注漿壓力不低于3.5 MPa，且隨著鉆孔的深度加深，注漿壓力逐漸增大。

首輪試注漿過程中，由于涌水壓力在1.3MPa左右，且涌水量大，采用普通單液漿進行注漿時，水泥漿還未凝固就已被稀釋，導致漿液配比改變，水泥漿無法凝固，達不到止水效果。之后采用設計圖紙中的參考水泥—水玻璃雙液漿配比(1∶0.6)進行注漿試驗，漿液凝結速度很快，擴散半徑達不到要求。經過反復多次現場試驗，得出水泥與水玻璃比在1∶0.3～1∶1的范圍內時，漿液凝結很快，擴散半徑小;水玻璃摻量小于10%時，終凝時間很長，被稀釋，達不到止水效果;水玻璃的摻入量在水泥漿的1.75倍～2倍之間時，終凝時間在3min～5 min，這樣既保證了漿液的擴散半徑，又達到了很好的止水效果。

最終確定采用的漿液配比如表1所示。

表1 最終確定采用的漿液配比

3.2 鉆孔注漿

3.2.1 工藝流程

鉆孔注漿流程見圖1。

圖1 鉆孔注漿流程圖

3.2.2 鉆孔

鉆孔前，用全站儀對設計開口位置進行精確放樣，并用紅油漆做好標記。鉆機就位后，先鉆孔3m～5 m深，安裝孔口管，孔口管口連接法蘭盤，安裝止?jié){閥，并采用雙液漿對孔口段進行注漿，以錨固孔口管，并加固止?jié){巖盤。孔口管安裝嚴格控制外插角度，并逐孔記錄。孔口管錨固牢固后，重新定位鉆機，進行注漿孔鉆進角。鉆機定位時，保證鉆桿角度與之前記錄的孔口段角度吻合(不吻合增大鉆進阻力，影響鉆進速度)。鉆孔過程中對鉆孔數據進行實時監(jiān)控，并進行分析，便于調整注漿參數。注漿孔孔位偏差不大于10 cm，孔底偏差值不大于孔深的1/40。

3.2.3 漿液制備

1)所有制漿材料都進行了稱量，采用重度比進行配置，水泥采用稱重法稱量，加水采用自動計量器，稱量誤差不大于5%。

2)水泥漿液采用高速攪拌機攪拌，純水泥漿液的攪拌時間不少于5 min，漿液在使用前過篩;漿液自制備至用完的時間不超過1 h。

3)為了保證漿液質量，采用集中制漿，水泥單液漿水灰比0.6∶1，現場技術員根據鉆孔地質情況和試驗室提供的漿液參數選取膠凝時間最佳的配合比，注漿泵司機在技術員的指導下控制副缸行程開關調整副缸的行程，確定水泥漿和水玻璃在同段時間內的體積比。

3.2.4 注漿

1)注漿方式采用分段后退式注漿。先鉆制孔底然后后退3m～10 m注漿，當注漿壓力達到設計要求時，再后退3m～10 m繼續(xù)注漿，依次循環(huán)注至孔口。根據現場孔內出水量大小及地質情況選擇注漿材料及配比。

注漿方式與分段長見表2。

表2 注漿方式與分段長

2)鉆孔注漿順序:根據設計要求，先注外圈，后內圈，先近后遠，同一圈的孔由下而上間隔施作以及跳孔注漿，同時外孔各孔間距離要盡可能大一些。

3)注漿記錄。此循環(huán)注漿應做記錄，包括概況數據，每孔的水流量、孔深、漿液配比、開始和結束壓力、時間、總注漿量、流速以及其他出現的異常情況等。全部注漿孔注漿完成后，在掌子面設置4個檢查孔，測孔內涌水量，要求單孔出水量小于0.2 L/(min·m-1);若達到上述標準則進行開挖，否則進行補孔注漿，直到滿足上述要求為止。開挖過程中因震動導致圍巖松散，而出現在滲漏水可進行后期的徑向注漿措施。

4)鉆孔注漿的控制要點:

a.注漿止水左線超前，左右線交替進行;

b.注漿過程中對水進行控制性排放;

c.鉆孔位置及外插角糾偏控制;

d.開始注漿漿液由稀到稠，注漿量先大后小;

e.鉆孔和注漿順序應由外向內，同一圈孔間隔施工;注漿時如遇竄漿或跑漿，采用間隔一孔或幾孔注漿方式;一個孔段的注漿作業(yè)應連續(xù)進行到結束，不宜中斷，應盡量避免因機械故障、停電、停水、器材等問題造成的被迫中斷，對于因實行間歇注漿、制止串漿冒漿等有意中斷，應先將鉆孔清理至原深度以后再進行復注。

3.2.5 注漿效果檢查

全部注漿孔注漿完成后，按設計要求，在掌子面施作4個φ89檢查孔，成孔后放置15 min后的涌水量，若大于0.2 L/min則注漿效果沒有達到要求，應及時進行補漿，注漿壓力保持在2 MPa左右;若小于0.2 L/min則注漿結束。

4 結語

自開工以來，本工程已進行8個循環(huán)的帷幕注漿施工，施工時間長達10個月，根據地質勘查資料顯示，標段剩余段落還有幾個巖溶段，為此，巖溶段帷幕注漿堵水施工是本工程也是合同總工期的關鍵控制性工程。本工程難點在于注漿漿液配比的確定，配比決定注漿漿液擴散范圍及初凝速度，這要根據現場實際涌水情況來確定，才能達到最好的注漿效果。本文所論述巖溶段帷幕注漿施工，可為同類工程提供相關經驗和借鑒。