中梁山隧道高壓富水區帷幕注漿技術

袁晏仁 李金求 周 凱

(中國建筑第五工程局有限公司 長沙 410004)

1 工程概況

中梁山隧道是重慶市軌道交通1號線(沙坪壩—大學城段)雙碑北站—賴家橋站區間的一部分，兩側與高架橋線路連接，隧道右線起點里程為K 23+808.000，隧道右線終點里程為K 28+137.000，全長4.329 km。隧道位于沙坪壩區，橫穿中梁山脈，整體呈東西走向，最大埋深約270 m，除洞口段外均為深埋隧道。

中梁山隧道出口掘進至K 26+522時出現高壓巖溶裂隙涌水，水量大，水壓力高，涌水中夾帶大量的泥砂，嚴重威脅施工安全。涌水對地下水平衡造成威脅，同時余家灣水庫水位出現急劇下降，給歌樂山居民的生活用水造成威脅。因此，項目部決定采取注漿措施對涌水進行處理。

注漿采取全斷面注漿堵水方式，本循環超前堵水注漿范圍為K26+522～+492，縱向長25 m(不含止漿墻)，徑向加固范圍為開挖工作面及開挖輪廓線外6 m，分別在K26+512和K26+504處布設兩個補孔斷面加強注漿堵水效果，共設計注漿孔96個，注漿完成后經過效果評定可滿足設計要求則進行開挖施工，循環開挖長度20 m。

2 超前注漿堵水施工方案

2.1 處理原則

考慮到隧道涌水下穿余家灣水庫，為避免涌水造成大量地表水損失及環境破壞，對該段涌水采用“排堵結合，以堵為主，綜合治理，保護環境，不留后患”的原則治理［1-3］。

2.2 掌子面封閉及作業平臺設計

為形成封閉的注漿施工環境，需在掌子面噴射C 25混凝土，厚度30 cm，噴漿后要求掌子面密實、平整。為滿足大型進口鉆機作業要求，需要在工作面鋪設鉆機作業平臺，作業平臺長13 m，預留作業工作空間高度5 m。鉆機作業平臺需采用洞渣回填密實，平臺表面澆筑30 cm厚C 25混凝土與止漿墻成為整體，如圖1所示。

圖1 場地布置圖

2.3 超前堵水注漿設計

超前堵水注漿設計如圖2～圖3所示。

2.4 注漿參數

超前堵水注漿參數見表1。

2.5 注漿順序

超前堵水注漿順序總體原則為由外到內、由上到下、間隔跳孔，分三序孔施工。

2.6 注漿材料

注漿材料采用普通水泥-水玻璃雙液漿。水灰比為(0.8 ～1.2)∶1，體積比為 1∶1。原材料為普通硅酸鹽水泥、水玻璃(濃度:35Be;模數:2.4 ～2.8)。

圖2 超前堵水注漿開孔布置圖

圖3 超前堵水注漿縱斷面圖

表1 超前堵水注漿參數

2.7 注漿工藝

超前堵水注漿采用前進式分段注漿工藝:

1)標定孔位，確定鉆進外插角后，采用Φ130 mm鉆頭低速鉆進至1.8 m，安設2 m的孔口管。

2)孔口管采用Φ108 mm，δ 4 mm無縫鋼管加工，管長2.0 m，孔口管外壁纏繞50～80 cm長的麻絲成紡錘形，采用鉆機沖擊到設計深度，并用錨固劑錨固，以保證孔口管安設牢固、不漏漿。

3)為防止鉆孔過程中突發涌水突泥，孔口管安設完成前端須安設高壓閘閥，通過高壓閘閥進行鉆孔注漿施工。

4)鉆孔注漿施工過程，原則上每次鉆深3～5 m后，退鉆進行注漿施工，注漿達到設計結束標準后，再鉆進3～5m，并進行注漿，如此循環直到鉆注到設計深度。

2.8 注漿結束標準

1)單孔注漿以定壓定量相結合。

定壓標準:根據地層涌水壓力注漿終壓定為5～6 MPa，單孔注漿壓力達到設計終壓并維持10 min以上可結束該孔。

定量標準:注漿量根據地層圍巖孔隙率20%，單孔每米設計注漿量控制在4.0 m3，當單孔注漿量達到設計注漿量的1.5～2倍，壓力仍然不上升，可采取調整漿液配比縮短凝膠時間或進行間歇注漿等工藝使注漿壓力達到設計終壓，結束該孔注漿。

2)全段結束標準是:設計的所有注漿孔均達到注漿結束標準，無漏注現象;按總注漿孔的5% ～10%設計檢查孔，檢查孔滿足設計要求。

2.9 施工監測

為了保證在注漿過程中結構的安全，防止因注漿或水壓過大而引起圍巖局部發生變形，鉆孔注漿施工期間須對注漿工作面后方30 m范圍進行施工監測［4］。

監測項目為拱頂沉降、邊墻收斂、止漿墻位移;監測頻率為1次/d?？刂茦藴适?收斂速度v＜1 mm/d時，正常施工;v=1～5 mm/d時，應加強觀測，適當采取措施;v=5～10 mm/d時，應調整施工方案，加強支護;v＞10 mm/d時，圍巖處于急劇變化狀態，暫時停止施工，采取特殊措施進行處理。

3 注漿效果評價

為查明超前注漿后圍巖的完整性和裂隙情況，保證隧道施工安全，減少因地質災害或注漿失效而導致突水突泥及塌方的安全事故，采用紅外線探水法系統和超前探孔在掌子面里程K 26+522 m進行超前地質預報工作［5］。

3.1 紅外探測法

3.1.1 紅外探測法原理

紅外探水法是根據探測紅外場強的變化來預測掌子面前方是否有含水體存在。在隧道中，圍巖每時每刻都在向外部發射紅外線能量，并形成紅外輻射場，場有密度、能量、方向等信息，巖層在向外發射紅外輻射的同時，必然會把它內部的地質信息傳遞出來。當隧道掌子面前方及周邊介質單一時，所測得的紅外場為正常場，當前面存在隱伏含水構造或有水時，產生的場強要疊加到正常場上，從而使正常場產生畸變。據此判斷掌子面前方一定范圍內有無含水構造。

測試掘進工作面和隧道開挖縱向地濕場的變化情況，根據介質的輻射紅外波段長的能量變化，判定前方是否為隱伏含水構造體，有無發生突涌水的可能。

3.1.2 超前探水的測線布置

掘進掌子面場強測點布置如圖4所示。

從掌子面向已開挖方向，每間隔5 m設置一個測點斷面，在拱頂、兩側邊墻上各布置兩條測線，測點數不少于12個，如圖5所示。

圖4 掌子面測點布置示意圖

圖5 拱頂及側幫測點布置示意圖

3.1.3 注漿前探測結果

掌子面測點中最大場強和最小場強的能量差為4＜10μW/cm2，掌子面紅外輻射場強的差值小于安全值10，但掌子面右側紅外探測曲線波動較大，初步推斷在一定范圍內可能出現涌水。

從圖6～圖8看，前方的紅外場強，隨掘進掌子面的推進減小，從數值曲線上看，整體上變化幅度較大，在起點位置場強較高，呈斜向下直線平緩下降，并且較為一致。

通過掌子面場強及各側幫場強曲線判斷，掌子面前方30 m范圍內掌子面右半側紅外探測曲線波動較大，可以判斷掌子面前方30 m范圍內紅外輻射場存在異常，該段在施工過程中可能出現涌水，地下水主要以巖溶水和溶隙裂隙水為主。結合現場地質資料發現，巖體整體破碎，溶蝕裂隙含水性較好，圍巖整體穩定性差，掌子面右下放處有多日連續涌水。

3.1.4 注漿后探測結果

最大場強和最小場強的能量差為10＜16 μW/cm2，可判定前方探測范圍25 m的范圍內存在含水體的可能性較小，巖層含水量極低。

從圖9～圖11可以看到。K 25+481前方的紅外場強，隨掘進掌子面的推進減小，中部及尾部先小幅下降后又小幅上升，中間拱頂與兩幫探測曲線下降趨勢較明顯。

圖6 左側幫場強曲線圖

圖7 右側幫場強曲線圖

圖8 拱頂場強曲線圖

圖9 左側幫場強曲線圖

圖10 右側幫場強曲線圖

圖11 拱頂場強曲線圖

通過掌子面場強及各側幫場強曲線判斷，掌子面K 26+522～+492區段存在徑流性含水量體的可能性極小，經過超前帷幕注漿，巖體完整性較好，該循環注漿范圍內裂隙水也較少。相比超前注漿前探測情況，注漿效果顯著。

3.2 超前探孔

在首次完成紅外探水后，施作探孔，鉆探總長度30 m，探孔情況如表2所示。

表2 K 26+522～K 25+492段探孔情況

根據探孔的數據資料，掌子面富水區分布以隧道拱頂與拱腰為主，隧底含水體較少，探測結果與物探結果相符。

3.3 檢查孔

注漿結束后，根據該循環探孔和所有注漿鉆孔的出水情況以及地層吸漿的分布情況，對薄弱區域進行效果檢查，經檢測，檢查孔出水量小于0.2 L/min·m，任一孔出水量小于5 L/min。對孔內進行成像，發現孔壁較為光滑，成孔性較好，無塌孔現象，已達到注漿效果評定標準。

3.4 注漿效果揭露情況

經過多種手段檢驗注漿效果均符合開挖要求和標準，進行開挖施工，對開挖后裸露的巖體進行地質素描，發現注漿有效地封堵了巖溶裂隙和管道，起到了很好的加固封堵效果。開挖后的裸露巖體見圖12。

4 結語

圖12 超前帷幕注漿劈裂、填充擴散情況

通過多項檢測和評價，認為中梁山隧道下穿余家灣水庫高壓富水區巖溶裂隙、管道基本被帷幕注漿漿液所填充，堵水加固效果明顯，帷幕注漿的質量較好，可發揮顯著的截流作用，達到了帷幕注漿的目的。同時，也說明紅外線探水法能夠有效地進行隧道施工的超前探水的定性預報，結合其他地質預報手段，超前探水預報結果和實際開挖揭露的情況一致性較好，地下水探測預報的準確性較高。

［1］張學文.金子山隧道穿越F2富水斷層帶的帷幕注漿綜合施工技術探討［J］.水利與建筑工程學報，2008，6(4):63-66.

［2］朱克法.帷幕注漿施工技術在隧道斷層破碎帶的應用［J］.河北建筑工程學院學報，2006，24(3):49-52.

［3］王樹國，張民慶，黃鴻健，等.宜萬鐵路別巖槽隧道F1高壓富水斷層施工技術［J］.鐵道工程學報，2008，25(9):66-70.

［4］王潤福，孫國慶，李治國.圓梁山隧道進口填充型溶洞注漿施工技術［J］.隧道建設，2003，23(2):28-30.

［5］曲立清，王全勝，張文強.膠州灣海底隧道綜合超前地質預報與注漿方案選擇［J］.鐵道工程學報，2009(9):65-68.