高速鐵路隧道建設中的注漿堵水技術

盧 偉

（中交路橋華北工程有限公司，北京 100000）

受地質、水文的影響，高鐵隧道施工中易出現涌水的情況，不利于隧道建設工作的正常開展，易誘發質量或安全層面的問題。為有效規避該問題，施工單位需以實際情況為立足點，梳理注漿堵水技術的應用流程，精準把控技術要點。

1 工程概況

三姑尖1號高鐵隧道起訖里程DK113+765.000～DK115+000.000，全長1 235 m。隧道洞口掘進施工期間出現較明顯的涌水問題，隨著鉆孔深度的加大，涌水量逐步增加，待深度推進至15 m時，無法繼續鉆進，施工進程被迫中斷。為了恢復正常施工狀態，擬采用注漿堵水技術，減小涌水對隧道施工的不良影響。

2 注漿設計

2.1 材料的選取與配合比

注漿材料選用普硅水泥和水玻璃，以實際涌水量、裂隙情況為準，合理控制漿液的濃度。提前組織試驗，綜合考慮濃度、溫度等關鍵影響因素，確定合適的凝結時間。漿液配制階段，水灰比取0.8∶1，水泥與水玻璃的體積比取1∶0.4，按水泥質量的3%摻入磷酸氫二鈉，作為緩凝劑而使用。

按前述提供的標準制備漿液，取試件并分析，標準養護條件下，要求7 d齡期強度達到20 MPa。注漿施工采用注漿泵，利用裝置將適量的水泥、水玻璃同步注入，期間靈活調整設置在泵上的調速閥，以保證流速的合理性。

2.2 注漿系統

注漿施工使用的設備包括耿興80型與120型注漿泵、C4型全液壓鉆機、1.0 m3攪拌機及高壓膠管。考慮施工的便捷性要求，配套使用雙液注漿系統，在孔口處將質量達標的水泥和水玻璃混合，再利用高壓注入，使其可有效進入縫隙中，隨著漿液的擴充與固結，封堵縫隙，阻止涌水。

3 注漿施工的關鍵要點

3.1 參數的控制

（1）凝膠時間。

綜合考慮進水量與泵壓力，由此確定合適的膠凝時間。進水量偏大、泵壓小幅度上升時，膠凝時間取1～2 min；進水量較少、泵壓在短時間內大幅度提升時，延長至5～6 min。

（2）進漿量。

以雙液進漿量為判斷依據，該值超300 L/min且泵壓小幅度上升時，可采用大進漿量；該值介于100～300 L/min且泵壓可平穩上升時，可采用正常進漿量；該值在100 L/min以內且泵壓在短時間內大幅度上升時，可采用小進漿量。

（3）注漿壓力。

漿液順利進入縫隙內部，可獲得注漿壓力的推動作用，在注漿壓力的控制工作中，需充分考慮巖層裂隙規模、漿液的性能（濃度、擴散半徑），根據項目實際情況，將其設定為2～3 MPa。

（4）注漿量。

在填充率為10%時，確定注漿量：

式中：Q——注漿量（m3）；H——注漿段總長（m），取30 m；r——擴散半徑（m），取3 m；n——地層孔隙率，取值區間5%～20%；a——注漿系數，取值區間0.7～0.9，結合實際施工條件，取0.8；β——漿液損失率，取0.2。

確定前述各項參數后，結合式（1）展開計算，求得注漿量為2.713 m3。

（5）注漿結束的標準。

在注漿壓力與設計終壓一致，且吸漿率為18～35 L/min時，穩壓20 min，結束注漿作業。

3.2 注漿操作

（1）配漿。

漿液的使用遵循“從稀到濃”的原則，期間靈活調整；以進漿量為準，合理控制漿液的關鍵參數，包含體積比、濃度、凝膠時間。

（2）注漿。

雙液注漿施工中，依次開啟水泥注漿泵、水玻璃注漿泵，注漿施工過程中均應密切關注注漿壓力，若該值提升速度較為緩慢，應適當減小進漿量參數，以保證各項參數的均衡性。

（3）注漿段長的設定。

綜合考慮現場地質條件、水文條件、設備的工作性能（注漿能力），將單次注漿長度設為30 m。經過注漿作業后，開挖23～25 m，預留5～7 m（不予以開挖），該部分作為后續注漿堵水施工的止漿帶而使用。

（4）止漿墻。

止漿墻施工采用現澆法，墻體含上、中、下臺階三部分，高度分別為2.4、2、2 m，厚度分別為1、1.5、2 m。為了保證墻體的穩定性，其嵌入底板的深度按0.5 m控制，邊墻與拱部嵌巖深度均為0.3 m。在墻體周邊布設長度為3.5 m的砂漿錨桿，環向間距1 m，進入圍巖、止漿墻的長度分別為2、1.5 m。對于墻體與圍巖形成的接觸區域，該部分設置4 m長的導管，使其與隧道軸線呈45°夾角關系，并噴射C25混凝土，形成厚度為25 cm的防護層，充分發揮防護的作用，以免在注漿時漏漿。

（5）埋設孔口管。

施工人員操作沖擊式鉆機，鉆深度為3.2 m的孔，向其中置入3 m長的Ф108孔口管，外露部分20 cm，管壁與孔口的間隙使用麻絲填塞，確保其具有緊密性，再向孔口管內注入雙液漿。孔口管為注漿施工中的關鍵裝置，具有導向作用，在安裝期間應精準控制外插角。

（6）注漿孔的布置。

注漿孔的布置情況將影響注漿堵水效果，具體需以巖層的裂隙及含水層的實際情況為準，合理布孔。巖層存在較豐富的裂隙，缺乏明顯的規律，難以正常布孔，應在含水層上均勻布孔[1]。

為了切實提高注漿堵水施工效果，應使注漿孔從裂隙中穿過，遵循長短結合的布置原則，呈傘狀向內部輻射，邊墻和拱部兩個區域均布置四圈，拱部增加至五圈，且均呈梅花形布置。為確保漿液的擴散半徑可達到3 m以上，要求孔底間距＜4.5 m。

（7）鉆孔。

確定注漿孔的孔位后，在指定工作面使用紅油漆標記，作為作業基準點，再移動鉆機，調整鉆頭的姿態，使其對準孔位。鉆孔初期遵循“輕加壓、慢速度”的原則。鉆孔過程中，有關人員應完整記錄信息，包含空號、起止時間、涌水的位置、涌水量等。若單孔涌水量在30 L/min以內，可繼續鉆進；反之，需隨即暫停注漿作業。

（8）注漿順序和速度。

優先對外圈注漿，再注內圈，同一圈的注漿遵循由下而上間隔施作的原則。

根據鉆孔涌水量匹配注入速度，涌水量≥50 L/min時，速度以80～150 L/min為宜；涌水量≤50 L/min時，需要在該基礎上減小注入速度，以35～80 L/min為宜。

注漿施工是一項系統性的工作，涉及材料的生產、轉運、注入等環節，需按照流程有序推進，具體如圖1所示。

圖1 注漿程序示意圖

3.3 質量檢驗標準

注漿孔平面的誤差不超過5 cm；鉆孔的角度誤差不超過0.5°；每段注漿的長度不超過32 m；成型的注漿帷幕厚度不小于6 m。

（1）注漿分段的長度。

分段前進式注漿，嚴格控制鉆孔注漿的長度，以5 m為宜；遇斷層和持軟弱破碎帶時，需采取注漿處理措施，避免發生突泥、涌水事故[2]。

（2）注漿完成的標準和質量檢查。

強壓富水隧洞注漿期間，應加強對實際情況的檢查，判斷是否具備結束注漿的條件。單孔結束的標準為實測注漿壓力達到設計終壓的要求，在該狀態下穩壓10 min，期間進漿量在20～30 L/min以內。

全段結束注漿的標準為各孔的實際表現，均滿足結束單孔注漿的標準，無漏漿現象，且涌水量未超過1 m/（m·d）。在組織水壓試驗時，壓力通常可設定為1.0 MPa，此條件下的進水量不宜超過2 L/min。

在完成注漿作業后，需要對比前后的涌水量，根據所得結果判斷裂隙漿液填充的情況，進行客觀評價，若不滿足要求，需分析原因，采取針對性的處理措施，如補孔注漿；若滿足要求，按照既定施工路線繼續開挖。

（3）注漿效果檢查。

落實注漿工作落實后，在輪廓線范圍內打設檢查孔，可明確注漿施工情況。每循環的檢查孔數量以5個為宜，具體分配方式為拱部2個+兩側邊墻各1個+底部1個，孔徑均保持一致，即110 mm。

需要充分關注孔的平均出水量，不超過0.2 L/min，加固體的抗壓強度需達到3 MPa以上。若實際結果均滿足前述要求，表明注漿施工質量較佳，取得較好的注漿效果，可繼續開挖；若某項或多項指標不滿足要求，需要加強處理，直至達標為止。

4 結語

綜上所述，高鐵隧道施工易受地質、水文等多項因素的影響，易誘發涌水事故，影響工程各項工作的開展，是高鐵隧道施工中較為嚴重的問題。通過注漿堵水技術的應用，可改善圍巖的物理力學性能，取得較佳的堵水加固效果。在工程實際施工中，若存在涌水問題，工作人員應準確掌握實際情況，制定切實可行的注漿方案，合理配置物資，由專員組織鉆孔注漿作業，施工全流程中均應加強檢查，確保施工無誤。