軟弱圍巖隧道帷幕注漿施工技術

李文華

(中國鐵道工程建設協會，北京　100844)

Curtain Grouting Technology of Soft Rock Tunnel

LI Wenhua

軟弱圍巖隧道帷幕注漿施工技術

李文華

(中國鐵道工程建設協會，北京100844)

Curtain Grouting Technology of Soft Rock Tunnel

LI Wenhua

摘要以石長鐵路增二線李家沖隧道施工為例，全面闡述全斷面帷幕注漿施工技術在軟弱圍巖隧道斷層地質災害處理中的應用。

關鍵詞斷層帷幕注漿施工技術

1工程概況

李家沖隧道位于石長鐵路增建第二線站前2標段內。隧道屬丘陵區，相對高差39.3 m左右，山坡自然坡度15°～45°，植被發育，生長小樹及灌木，山體呈橢圓形。隧道進口前分布有一水塘，水塘長115 m，寬約30 m，水深2.5～3 m，淤泥厚約1 m；隧道洞身處分布有一水塘，水塘長30 m，寬20～30 m，水深2.5～3 m，淤泥厚約1.2 m。隧道及附近的地層主要為第四系覆蓋層、燕山期侵入巖和元古界變質巖。洞口段為泥質板巖，全風化，呈土狀，夾有少量強風化碎塊，易擊碎，屬于軟質巖，遇水易軟化坍塌，附近發育的平移斷層具導水性，附近水塘水可能會連通，易軟化惡化地基或邊坡。

隧道開挖至LZXDK2+563時，隧道拱頂出現突水突泥，開挖臺車被掩埋，突泥量約5 600 m3。

2治理原則及總體設計

在治理施工過程中，堅持 “探查先行，量測緊跟；先固后挖，穩步推進；疑點必究，及時治理；堵排結合，深部泄壓”的治理原則。

針對隧道突泥和塌方情況，采用先探測后注漿、帷幕注漿加固與塌穴塌腔充填相結合的綜合治理方案。以新型注漿材料和過程化控制注漿技術為依托，以實時地球物理探測結論和監測信息為依據，應用常規雙液漿配合新型可控速凝膏狀注漿材料(GT-1)和前進式分段控制注漿技術。帷幕注漿結束后，采用臺階法對帷幕注漿段進行開挖，開挖期間針對帷幕薄弱區補充徑向小導管注漿。

3帷幕注漿施工方案

3.1　超前探測

采用地質雷達法、瞬變電磁法、激發極化法等探測前方及周邊圍巖水文地質條件。對工作面前方50 m范圍的含水區進行探測，20 m范圍進行精細探測；隧道拱頂15 m范圍的含水及塌穴探測；隧道側壁15 m范圍的精細探測和30 m范圍的塌穴塌腔探測；對物探盲區和探測異常區設計深部取芯鉆孔探測與驗證。

3.2　超前帷幕注漿方案

根據探測地質情況，應用多種注漿材料相配合，采用前進式分段控制注漿技術，通過充填、劈裂及擠密等注漿方式，在止漿墻及止漿巖柱防突措施基礎上，對ZK2+560～LZXDK2+590破碎帶及影響帶進行系統帷幕注漿加固，超前帷幕預注漿加固范圍為40 m。

(1)止漿墻

根據現場條件，采用單級平面型混凝土止漿墻，材料為C25混凝土，厚度為3 m；周邊通過打設徑向錨桿與圍巖錨固，增強止漿墻穩固性；采用鋼管樁對軟弱基礎進行處理；下部預留排水管，將止漿墻后的涌水集中引排；拱部預留注漿管，以注漿封堵止漿墻拱頂與拱肩部位與圍巖體之間的縫隙，確保止漿墻嚴密，止漿墻背面上部已開挖上導坑采用洞渣及砂漿回填。

(2)注漿鉆孔設計

帷幕注漿加固區段分為三個注漿循環進行實施，每個循環劃分為A、B、C三個注漿段長，其中A段加固區段為0~10 m，B段加固區段為10~20 m，C段加固區段為20~30 m，加固范圍為開挖輪廓線外8 m。全斷面帷幕注漿鉆孔孔位剖面見圖1，超前帷幕預注漿鉆孔統計量如表1所示。

圖1　全斷面帷幕注漿鉆孔設計剖面(單位：cm)

循環序號注漿鉆孔數量/個孔口管長度/m注漿鉆孔進尺量/m復鉆長度/m11516183987.9967521516183987.9967531375484690.414830合計439178412666.234180

3.3　注漿材料

根據隧道治理段的水文地質條件和注漿方案，按照不同的注漿技術要求，選用以下注漿材料和注漿技術參數。

(1)普通單液漿采用42.5R普通硅酸鹽水泥。初次注漿時，以注漿泵量為指標，隨著注漿量的增加且注漿壓力逐漸升高后，以注漿壓力為主要參考指標。注漿總體原則是先稀后濃、然后再稀的原則。為提高水泥漿的早期強度，適當在水泥漿中加入0.3%~0.5%的三乙醇胺或者食鹽。

(2)當注漿過程中漿液擴散遠遠超過加固范圍難以控制時，可以更換注漿材料，即采用水泥-水玻璃雙液漿。選用的水玻璃濃度要求在35~42Be之間，模數控制在2.3~3.0之間。為保證雙液注漿后膠凝體的結石強度，注漿中水泥水玻璃體積一般比在1∶1~3∶1之間，每次注漿前都要進行雙液漿凝固配比試驗，以準確掌握水泥-水玻璃漿液的凝固時間和固結體強度，從而保證注漿加固質量。

(3)局部地段采用GT-1漿液。該漿液具有初終凝時間可調、擴散控制性好、動水抗分散、早期強度高、環保無毒等優點。該材料采用雙液注漿方式進行灌注，適用于淺層圍巖破碎裂隙極度發育，漿液難以留存，達不到注漿效果的條件下。每次注漿前都要進行凝固試驗，選取合理的注漿參數，以保證注漿效果和注漿安全。

3.4　注漿工藝

將超前注漿、徑向注漿、局部補充注漿方案結合起來，實施分層漸進式精細化控制注漿技術：實行漸進注漿、由外向內、分次加固，逐步達到設計要求；在帷幕注漿過程中采用高壓、密孔、多種材料、反復強化的注漿方式，提高注漿壓力，增加漿脈數量和寬度，密排布孔，減小注漿盲區；通過對新型速凝注漿材料的配比調節，控制漿液的凝膠固化時間，進而達到控制漿液擴散狀態的目的。

3.5　注漿參數

注漿參數主要包括注漿加固圈厚度、注漿結束壓力、漿液擴散半徑、注漿段距及注漿順序等。

超前預注漿和徑向注漿的加固范圍選擇如下。

超前預注漿加固范圍：B=(2~3)D

超前注漿加固圈厚度為：B1=(B-D)/2。

徑向注漿加固圈厚度為：B2=(0.5~1.0)D

式中：D—隧道開挖直徑/m。

根據注漿加固圈計算公式，結合隧道工程及水文地質特點及開挖斷面大小，選擇隧道F2突泥突水斷層影響段隧道周邊預注漿加固圈厚度為 8 m。為保證注漿效果和注漿安全，采用前進式分段注漿工藝，注漿段距初定為5 m。

注漿結束標準：在滿足注漿效果和隧道安全的前提下減少注漿成本，注漿后期注漿結束標準要采用定量定壓相結合方式進行控制。注漿前期在注漿壓力較小的前提下，主要以增加漿液擴散范圍為主，故可適當增加注漿量；當漿液加固范圍接近滿足注漿結束要求時，要以控制注漿壓力為主，進行定量定壓注漿。為減少注漿成本，當漿液擴散距離遠遠超出設計范圍時，或注漿壓力長時間不上升時，則調整漿液配比，縮短凝膠時間，并采取間歇注漿措施，以控制漿液擴散范圍。或注漿壓力達到設計終壓，且注漿量達到設計注漿量的80%以上，即可結束注漿。

注漿順序：注漿鉆孔原則上先施做短孔，再施做長孔，最后施做檢查孔。注漿孔順序按由外到內，從下往上分三序孔施工。三序孔的設計原則是水平方向上采取跳孔原則：Ⅰ序孔采取跳孔，Ⅱ序孔采取間隔跳孔，Ⅲ序孔為余下孔位。垂直方向上采取隔行跳排原則。檢查孔施工順序：待注漿孔注漿結束后，視現場情況而定。

3.6　注漿效果評價

注漿效果檢查是評價注漿加固效果和隧道開挖施工的依據。采用地球物理探測法、參數分析法、檢查孔法等方法相結合的多手段綜合檢查方法。

(1)對收集的注漿施工參數進行理論分析，進行注漿施工P-Q-t曲線分析。在注漿施工過程中，注漿壓力和注漿量以P-Q-t曲線表示。圖2為注漿施工P-Q-t曲線圖例。Ⅰ中P-Q呈正相關趨勢，表明存在跑漿通道，漿液在加固圈內存留率低，注漿加固效果較差；Ⅱ中P-Q呈逆相關趨勢，即隨著壓力升高，注漿量逐漸減少，表明漿液逐漸封堵跑漿通道和松散區域，最終滿足超前帷幕注漿的加固效果。

圖2　注漿施工P-Q-t曲線

(2)選擇注漿范圍內可能存在的薄弱環節布設檢查孔，檢查孔不少于注漿孔數量的5%。檢查孔宜垂直于開挖工作面施作，終孔深度稍短于注漿加固段長度。

檢查孔采用取芯鉆機取得完整巖芯，檢查巖芯中注漿材料固結體的充填情況和固結強度。

檢查孔施做完成后，在檢查孔內注入稀漿液，觀察鉆孔的吸漿量，以此來衡量注漿加固地層的滲透能力。

4結束語

從隧道帷幕注漿后施工開挖效果來看，帷幕注漿是治理隧道斷層突泥突水地質災害較有效的措施，可有效改善圍巖條件，保證洞內開挖施工安全。同時通過超前支護、加強監控量測、優化開挖施工方案等措施，可順利通過斷層破碎帶。

開挖過程中，增加超前注漿管棚輔助施工措施(管棚長度以不超出帷幕注漿段為宜)，對帷幕注漿薄弱處的補充加固效果明顯。通過對三個循環帷幕注漿段開挖情況比較，增加超前管棚，開挖進度均較沒有使用管棚明顯加快。

參考文獻

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[4]TB10204—2002鐵路隧道施工規范[S]

中圖分類號：U455

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)03-0038-02

作者簡介：李文華(1968—)，女，1990年畢業于石家莊鐵道學院鐵道工程專業，高級工程師。

收稿日期：2015-02-05