嚴寒地區富水地層隧道防寒注漿研究

鄭慶軍

摘 要：在隧道施工過程中，滲漏水現象是普遍存在的。在嚴寒地區富水地層進行隧道施工，隧道結構滲漏水易產生凍脹危害，導致圍巖支護強度降低。因此，隧道施工中要遵循“防、堵、截、排結合，因地制宜、綜合治理”的原則。采用防寒注漿技術，選取合適的注漿材料，嚴格控制隧道工程內部的滲漏水現象。

關鍵詞：富水地層 嚴寒地區 注漿操作 隧道施工

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0108-03

巖體中普遍存在裂隙，裂隙分為貫通式和非貫通式兩類。處于嚴寒富水地區的巖體在裂隙水凍脹力的反復作用下，會將巖體裂隙由非貫通式轉化為貫通式，或由貫通式轉化為裂隙網，造成隧道圍巖強度降低。同時，隧道施工中使用的混凝土也會在低溫條件下承受膨脹力和滲透力，易使混凝土遭受內部損傷，導致混凝土的強度不斷降低。在凍融季節一些圍巖破碎地帶由于冰雪融化突然卸壓甚至會出現隧道局部坍塌的現象。

1 施工工藝

隧道主體結構二襯施工前，通過采取拱墻全環徑向防寒注漿的方法，對距洞口一定長度范圍內（L≥500m）初期支護背后3～5m巖體進行注漿堵水。由于水泥的水化熱效應有利于注漿液擴散，故一般采用水泥注漿，待注漿進行到一定程度時，應注意控制注漿壓力，防止壓力過大產生劈裂現象，對圍巖造成破壞形成新的裂縫。

隧道開挖后對拱墻施做徑向注漿封堵圍巖空隙和滲水通道，使漿液將圍巖裂隙充填滿，隔斷從圍巖裂隙滲透至初支背后的地下水。為使初支面達到不滲、不漏的狀態，可采取以下手段。

（1）單孔注漿分級加壓，間歇壓注，漿液先稀后濃，注漿量先大后小。

單孔注漿壓力從0.75MPa開始，壓注一段時間后提高注漿壓力繼續注漿，如此反復，直至達到設計最終壓力值；為提高漿液的流動性，首次壓注漿液配比C/W（灰水比）為0.8∶1，以后每次加壓注漿，同步提高漿液中水泥用量，直至達到設計施工配合比；首次壓漿注漿量為單孔注漿量估算值的50%左右，以后隨著每次加壓注漿量逐步遞減，最終累計的注漿量接近單孔注漿量估算值。使漿液從遠及近將注漿孔位置基巖裂隙充填滿并固結。

（2）注漿順序由下向上，由水少處向多水處，隔孔跳排壓注。

先從隧道兩側最下部布設的注漿孔開始，環向向上依次壓注漿液，采用隔孔跳排法施工，縱向同排注漿孔施工時不必隔孔，縱向上相鄰排段注漿孔注漿間隔時間不小于漿液初凝時間。使漿液固結形成一道止漿帷幕，阻止上排注漿孔漿液在重力及注漿壓力雙重作用下，沿基巖裂隙擴散過遠。同時上排孔注漿時，又可對下排孔漿液在基巖裂隙內固結時未充填滿的地方進行補充；注漿從初支表面滲水較少處開始，可以防止漿液進入基巖裂隙后，在地下水的沖刷下，稀釋漿液，使漿液在基巖裂隙內不能固結；還可以在地下水匯集的區域周邊形成一道止漿帷幕，隔斷周邊地下水進入該區域，再對滲水多處進行注漿，保證注漿效果。

（3）特殊地段采用水泥-水玻璃雙液注漿。

特殊地段是指圍巖節理裂隙發育、巖體破碎、地下水發育的施工地段，在這些特殊地段注漿施工，單純依靠壓注純水泥液漿，漿液進入基巖裂隙后還未固結即擴散至注漿范圍之外很遠地方或者被地下水稀釋。通過在水泥漿液中摻加水玻璃，極大縮短漿液初凝時間，使漿液在基巖裂隙內能夠有效固結。

（4）注漿后出現局部滲漏可采取局部徑向注漿方法補注。

局部徑向注漿孔口間距0.5～1.0m，單孔注漿擴散半徑2m。注漿孔與出水裂隙面盡可能大角度相交（圖1、圖2）。

2 施工流程

防寒注漿施工工藝流程見圖3所示。

（1）鉆孔。

按測量放樣的位置進行鉆孔，采用風鉆或三臂鑿巖臺車。鉆孔時，先按設計終孔直徑鉆孔至設計深度，然后更換較大直徑鉆頭，對孔口位置進行擴孔，以便安設孔口管。每個注漿孔鉆孔結束后，用風管將碎碴吹出。徑向注漿孔孔口位置定位要準確，與設計位置的允許偏差為±5cm，偏角應符合設計要求，孔底位置偏差不超過孔深的1%。每鉆進一段，檢查一段，及時糾偏孔底位置偏差。拱墻徑向防寒注漿范圍為開挖輪廓線外3m，注漿孔按漿液擴散半徑2m計，注漿孔按梅花形布置，孔口環向間距200cm，孔底環向間距280cm，縱向間距200cm，見圖4。

（2）安設孔口管。

在鉆孔內插入孔口管前，用麻線繩將管尾后段30cm長管壁纏繞成紡錘狀并用膠帶纏緊。安裝時先用風鉆頂進，然后用大錘擊打至設計位置。

（3）注水試驗。

為防止注漿花管孔眼在滲水結冰時被封堵，注漿前進行壓水試驗，以測定巖層的吸水性、滲透性，為注漿時選取泵量、泵壓及漿液配比提供參考依據，同時沖洗鉆孔，檢查止漿塞效果和注漿管路是否有跑漏現象。

（4）注漿。

圍巖完整性較好，初期支護表面滲水量小于100L/min·10m，選用純水泥漿，為縮短膠凝時間，可在漿液中加入食鹽或三乙醇胺速凝劑，經現場試驗確定。漿液灰水比C/W=1∶1，注漿終壓力1～1.5MPa。

圍巖節理裂隙發育，巖體破碎，選用膠凝時間為4～6min水泥-水玻璃雙液漿；初支表面滲水量為100L/min·10m～300L/min·10m時，選用膠凝時間為4～6min水泥-水玻璃雙液漿；當初支表面滲水量大于300L/min·10m時，選用膠凝時間為2～4min水泥-水玻璃雙液漿；水泥-水玻璃雙液漿中水泥漿液的水膠比為0.8∶1～1.5∶1；水玻璃采用42～51Be′濃水玻璃進行稀釋，稀釋后加入水泥漿中的濃度為25～30Be′，水泥漿與水玻璃的體積比宜為1∶1～1.5∶1，可根據實際情況現場調整。雙液漿注漿時，采用二臺注漿機同時向同一孔口管壓注不同的漿液，注漿管路的聯結見圖5。

（5）注漿結束標準。endprint

單孔結束標準：注漿壓力逐步升高至設計終壓，并穩定10min；注漿量不小于設計注漿量的80%；進漿速度為開始速度的1/4。每個注漿段結束標準：注漿堵水后，初期支護表面達到無水或小于地下水狀態I級（干燥或濕潤，涌水量小于10L/min·10m），方可繼續施工初支和二次襯砌。

3 質量控制

（1）注漿鋼管采用外徑為42mm、厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長度為3～5m，鋼管前端加工成尖錐狀，管壁四周鉆8mm壓漿孔，尾部1m不設壓漿孔。

（2）按方案確定的位置、孔徑、孔深鉆孔，開鉆時，先低速低壓，待成孔10～50cm后，再加速加壓。

（3）用錘子把管打入孔內，孔口以錨固劑填塞密實，以防漏漿，同時在孔口焊接注漿閘閥，以便注漿。

4 注意事項

（1）孔口管止漿塞止漿，漿塞膠圈尺寸應與諸將孔徑相配，防止串漿現象。

（2）在裂隙涌水量較大時，應先鉆引水孔卸壓，再用棉紗、木楔對裂隙進行封堵處理；鉆孔速度應保持勻速，特別是鉆頭遇到夾泥夾砂層時，控制鉆進速度，避免夾鉆現象。

（3）注漿施工應選擇合適的注漿時機，控制隧道內施工溫度。對于圍巖注漿，應在保護凍土的前提下進行注漿。

（4）注漿材料必須具有良好的耐久性，其各項性能指標必須經得起若干次凍融循環的考驗。

（5）系統布孔，全面封堵，漿液填充必須飽滿，用漿液將隧道圍巖及結構中存水空間及通道全部封堵。

5 結語

在嚴寒地區富水地層進行隧道施工，防排水的效果的好壞是重要的控制點。防寒注漿的施做是隧道防排水的第一道防線，關系到隧道開挖的穩定性同時也是保證后期襯砌結構強度的前提。防寒注漿效果的好壞主要體現在鉆孔孔眼布設、漿液配合比及注漿壓力控制上。嚴格控制施工工藝，注意施工中存在的問題，做到及時發現及時處理，保證注漿質量。

參考文獻

[1] 錢興貴，孫秀江.隧道工程注漿防水施工技術[J].交通建設與管理，2014（5X）：96-98.

[2] 李傳富.凍融條件下隧道工程防水注漿機理和施工技術的研究[D].鐵道科學研究院，2005.

[3] 汪意.低溫條件下隧道工程防水注漿施工技術[J].佳木斯職業學院學報，2016（4）：499，501.endprint