GT—1新型水泥基抗分散注漿材料在岑水高速公路均昌隧道帷幕注漿中的應用

陳慧

摘 要：GT-1水泥基抗分散注漿材料與水泥漿液混合后呈膏狀，具有初終凝時間可調、動水抗分散、可泵性好、早期強度高、環保無毒等顯著優勢。岑水高速公路均昌隧道富水軟弱地層在帷幕注漿施工過程中通過GT-1水泥基注漿材料的選用、配比、注漿施工以及高壓涌水封堵和地層加固，成功封堵了地層內高壓、大流量涌水，大幅提高了圍巖的承載能力和穩定性，確保了隧道掘進安全，為隧道貫通提供了保障。

關鍵詞：均昌隧道；GT-1新型水泥基注漿材料；帷幕注漿；突涌水災害治理；富水軟弱地層

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.094

0 工程概況

岑溪—水汶高速公路項目均昌隧道穿越岑溪市岑城鎮山心村及大隆鎮均昌村之間的崇山峻嶺，設計隧型為分離式小凈距，左右兩洞車道中心線間距30m，凈距17m，隧道凈空（孔-寬×高）為1-10.75×5m。左線起訖樁號為DK6+455～DK10+725，長4270m，右線起訖樁號為CK6+477～CK10+765，長4288m。

隧道于2011年3月開工，采用全斷面法開挖。至2013年5月，隧道右線尚有152m未貫通（CK7+833～CK7+985），左線有141m未貫通（DK7+817～DK7+958）。未貫通段位于山心村下方，埋深約90-100m。該區域為微型盆地地形，提供了強有力的匯水地勢。圍巖為全-強風化花崗巖，破碎且節理裂隙發育，為突水突泥提供了導水通道。同時，隧址區屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，雨量充沛，降雨集中，為突水突泥提供水源補給條件。上述三因素聯合作用導致突水突泥強度高，治理難。

隧道施工過程中共發生四次大規模突水突泥災害，極大威脅了施工安全，嚴重延緩了施工進度，對當地居民生活和區域生態環境帶來惡劣的影響。均昌隧道已成為岑溪—水汶高速公路全線通車的“卡脖子”工程。為防止施工過程中突水突泥災害再次發生，確保工程順利貫通和長期運營安全，對未貫通段進行突涌水封堵和系統的圍巖加固是必須解決的關鍵問題，經專家組討論未貫通段采用帷幕注漿方案。

1 GT漿液的選用

在隧道與地下工程突涌水災害治理工程中常用的注漿材料有水泥單液漿、C-S雙液漿、硫鋁酸鹽水泥單液漿等。傳統材料均存在自身劣勢，主要包括：①無法根據工程地質條件實時調節初終凝時間，導致漿液長距離泵送能力差（特別是C-S雙液漿、硫鋁酸鹽水泥單液漿）、可注性差，難以控制漿液在地層中的擴散路徑和擴散范圍；②漿液凝固的早期強度較低，對軟弱地層的初期加固效果不夠顯著；③ 抗動水沖刷能力差，對于高壓富水薄弱區的治理效果差。

區別于傳統材料，GT-1新型水泥基注漿材料與水泥漿液混合而成的雙液漿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、環保無毒等顯著優點。該材料采用雙液混合方式進行注漿，主要在圍巖破碎、裂隙發育、地下水水量大、壓力高、流速快、常規漿液難以留存的條件下使用。該材料要針對不同圍巖、不同水量水壓進行凝固試驗，確定合理的注漿參數，以保證注漿效果和注漿安全。

2 GT-1注漿材料的性能參數

通過控制材料配比，實現初凝凝結時間在45s～30min，終凝時間在2min ～45min內的有效調整，如圖1中所示。

可以實現在30分鐘內持續泵送；水泥：外加劑=5：1材料凝膠體強度增長較快在水流速小于1m/s條件下存留率超過60%，具有良好的動水抗分散能力。

漿液注入地層后，受環境影響小，強度增進率顯著快于普通水泥材料，最終強度可達20MPa以上。

3 GT-1漿液的施工工藝及注漿效果

3.1 注漿設備及工藝

均昌隧道搶險段進口端共開展十個循環帷幕注漿施工，以全斷面帷幕注漿為主。

根據工程性質和現場需要，配備了滿足均昌隧道帷幕注漿施工要求的的鉆探和注漿設備。鉆探設備選型及配置如表1所示。水泥--GT雙液注漿工藝示意圖見圖2。

3.2 注漿選擇及終壓控制標準

在均昌隧道搶險段帷幕注漿施工中，原則上在無水較穩定圍巖內以及對大型空腔空洞進行充填時，以注水泥單液漿為主；在富水或坍塌嚴重的地層內以注雙液漿為主；施工中采用的雙液漿包含水泥—水玻璃雙液漿和水泥—GT雙液漿兩種類型，當單孔涌水量<8m3時以水泥—水玻璃雙液漿為主，單孔涌水量>8m3時以水泥—GT雙液漿為主；水泥—GT雙液漿的配比范圍為1：1～5：1，不同材料配比對應的初終凝時間不同，具體根據治理段范圍和現場的溫濕環境判斷；小于8m的淺層圍巖內注漿加固，以雙液漿為主，單液漿為輔，且有效終壓不得超過1.5MPa；注單液漿時，若持續注漿較長時間內不升壓，更換為雙液注漿。在下入二級套管后的深部圍巖內注漿，選用單雙液復合式交替注漿方式，以提高漿液擴散范圍和留存量，可根據具體情況適當把注漿終壓提高到2.0-6.0MPa。注漿終壓的選擇結合現場施工安全和圍巖耐久性，通過探查孔注漿試驗最終確定。

4 帷幕注漿后的質量檢查和結果分析

注漿效果檢驗是評價注漿加固效果的依據，本工程擬采用地球物理探測、P-Q-t曲線、檢查孔等方法相結合的多手段綜合檢驗方法，對注漿治理效果進行科學檢驗和系統評價。

注漿過程中采用P-Q-t曲線以及注漿加固結束后采用地球物理探測方法和檢查孔法反映注漿治理效果顯著，滿足隧道開挖的安全要求。開挖時圍巖干燥，掌子面穩定，漿脈充填良好。

5 結論

均昌隧道搶險段圍巖為全-強風化花崗巖，松散薄弱，節理裂隙極端發育。隧址區富含地下水，且水壓高、流量大，導致突水突泥災害發生的風險極高。在進口端帷幕注漿施工中，采用了GT-1水泥基抗分散注漿材料。對搶險段地層進行了有效地地下水封堵和圍巖加固。通過地球物理探測、檢查孔、注漿P-Q-t曲線分析三種方法對注漿加固效果進行了綜合評價，認為GT-1水泥基注漿材料對高壓大流量地下水的封堵效果顯著，對地層承載力和自穩性有明顯提升作用，帷幕注漿達到了設計要求，為為隧道安全掘進提供了安全保障。

參考文獻：

[1]劉人太.水泥基速凝漿液地下工程動水注漿擴散封堵機理及應用研究[D].山東大學，2012.

[2]廖文強.動水下混凝土裂縫用水泥基灌漿材料研究[D].重慶大學， 2014.

[3]劉昌國，杜韋，王雙喜等.高風險巖溶隧道注漿材料水下抗分散性試驗研究[J].交通科技，2014（03）：146-148.

[4]周少東，林文書，王紅喜等.高性能同步注漿材料專用外加劑的研制[J].隧道建設，2014，34（03）：205-211