隧道巖溶富水區帷幕注漿堵水技術的研究

李 崇

（廣東省南粵交通大豐華高速公路管理處，廣東 梅州 514300）

在復雜的水文地質條件下，特別是在巖溶發育的地區，長公路隧道在施工過程中會有突發性涌水事故，該現象不但會影響隧道工程項目的工期，還會對項目所在區域的地下水和生態環境等造成嚴重破壞，如果未能及時采取措施，就會引起法律方面的糾紛與社會問題[1]。在巖溶水可溶性物質含量較高的情況下，流動水會對隧道結構造成很大侵蝕，從而影響隧道的使用壽命[2]。在地下水流作用下，溶質堆積體崩塌沉降，改變了洞室周圍的應力場，對洞室的穩定性有一定影響。另外，在隧道內，損失地下水可能會導致隧道頂面的巖溶塌陷，對周圍的環境地質產生影響，也會造成隧道失穩[3]。目前，我國巖溶發育地區建造隧道大多采用“以排為主，排堵結合”的方式。在隧道工程中，當遇到降水或地下水時，通常采用暗溝、涵洞、泄水洞和增設輔助引水溝等方式排出工程中的地下水[4]，并采取加強襯砌等措施解決工程中的多數地下水問題，處理工藝大多以加強圍巖為主。

1 隧道巖溶富水區帷幕注漿堵水技術

1.1 注漿堵水材料

為取得較好的堵水效果，根據隧道內巖溶富水區域的特點，選擇不同種類的灌漿堵水劑。第一種灌漿堵水劑是以水泥為主原料，加入定量的速凝劑和水溶性配制而成的單液型灌漿堵水劑[5]。根據灌漿對漿液凝膠時間的要求，在隧道中，可以在不同漿液配比條件下進行凝膠試驗，從而確定不同配比條件下的凝膠時間，見表1。

表1 不同配比條件下單液水泥漿凝膠時間記錄表

表1 中水與水泥的比為質量比。

第二種灌漿材料是以水泥—水玻璃為主體，按一定的配比而成的水泥—水玻璃型灌漿，以雙液體的形式進行灌漿。在灌漿過程中，要適當地添加緩凝劑[6]。與注漿堵水施工對漿液凝膠時間的要求相結合，對不同漿液配比下的注漿材料凝膠效果進行試驗，并記錄不同配比條件下的水泥—水玻璃類漿液凝膠時間，見表2。

表2 不同配比條件下的水泥—水玻璃類漿液凝膠時間記錄表

第三種注漿材料是以特制高性能水泥配適量外加劑的TGRM 水泥基特種灌漿材料。該注漿材料的比表面積＞700m2/kg；凝膠時間＞8min；流動度＞240mm；初凝時間＞15min；終凝時間＜45min；抗壓強度＞50MPa。結合注漿防水對漿液凝膠時間的要求，對該注漿材料的凝膠進行試驗，記錄結果見表3。

表3 不同配比條件下的TGRM 水泥基特種灌漿材料液凝膠時間記錄表

按照表1～表3 中記錄的數據，根據隧道巖溶富水區帷幕實際注漿堵水需要，合理選擇注漿材料，并按照合理的凝膠時間選擇水和水泥的配比。在具體施工中，3 種注漿材料各有所長，可以相互配合使用。

1.2 計算注漿堵水參數

帷幕注漿主要是為降低圍巖的滲透性能，并進一步起到加固的作用。根據帷幕設計需求，隧道開挖的輪廓線應控制在6m 外。注漿壓力作為注漿的重要參數，直接影響注漿過程中的漿液擴散、裂縫充填和灌漿效果。在施工過程中，既要保證注漿材料不受靜水壓影響，又要保證泥漿在不受地層阻力的影響，讓注漿材料進入圍巖，使其在圍巖中形成與圍巖強度相當的加固圈，同時避免泥漿在圍巖中滲出過多，浪費材料和施工時間。注漿壓力值取決于巖體裂縫的發育程度、突水壓力、漿液的性質和成膠時間。注漿壓力為：（2～4）+P0。其中P0為用水壓力。

當注漿時，若采用單孔注入的方式，則假設注漿在地層始終均勻擴散，計算單孔的注漿量如公式（1）所示。

式中：Q為單孔的注漿量；R為注漿材料的擴散半徑；L為注漿的長度；n為地層中的裂隙比例；α為漿液在巖石裂縫中的填充系數；η為漿液的消耗效率。

1.3 帷幕注漿

確定注漿堵水的各項基本參數后，進行帷幕注漿施工，帷幕注漿的基本流程如圖1 所示。

巖盤止漿是否有效，對帷幕注漿的結果有很大影響。在圍巖條件下，隧洞應該按照圍巖條件設置相應的止漿底板，II 類圍巖構造較好，設置厚3m 的止漿底板；IV 類圍巖中留出4m 的空隙；V 級的圍巖留出5m 的空間，以此保證灌漿的效果，同時可以省去每次灌漿周期澆灌，形成一堵漿墻，從而加快施工進程。當埋設孔口管時，應保證較好的密封性，確保不漏漿。打完鉆孔后，用沖孔鉆進3m，鉆孔露出20～30cm，用麻線堵住管壁和孔口接觸面，在雙液漿打孔后對其進行封堵。孔口管有導引功能，在鉆機安裝過程中應注意外插角大小。當鉆孔施工時，按照設計標出的灌漿孔位置在工作面上涂上紅漆。如果單孔排出的水量小于30L/min，就可以繼續；如果單孔涌出的水量大于30L/min，應立即停止鉆井，重新注漿。連接注漿管路如圖2 所示，在連接的過程中，必須保證注漿管路的密封性。

圖2 注漿管路布置圖

1.4 施工中的突發涌水處理

針對突發的涌水問題，可以用?38mm 有閘門閥門的管子，并將水口插入水管中進行引流。用麻筋填滿出水口和鋼管間的空隙，在此基礎上砌筑擋漿墻。可以對閉水和井眼進行灌漿。選用長度為4m 的?38mm 帶閘閥孔口管，分別在1.1m 和1.2m 處用焊條焊接鋼筋與鋼管，在1.5m 的位置上焊接規格為?6mm 的盤條鋼筋。在孔口管的末端，用十字卡連接2 根鋼管，有利于插管推進時加力。在孔口管末端處提前安裝閘閥。制作孔口管如圖3 所示。

安裝上述結構可以起到導水效果，解決突發涌水問題。

2 帷幕注漿堵水效果分析

2.1 隧道工程概況

該工程項目是粵東地區高速公路控制工程項目之一，該項目隧道全長超過6km，隧道的進口位置與地區收費站距離超過5km。

在對該項目進行現場勘查的過程中發現，項目的進口368m、出口293m 均位于隧道曲線上，洞身位于隧道的直線段上，從進口位置開始測量，160m 內為上坡路段，超過160m 的路段為下坡路段。經過現場勘查，該項目的中間位置可能出現集中性突水現象，根據工程項目設計方與施工方的綜合商議與決策，決定采用帷幕注漿的方式進行現場堵水施工。但該隧道的巖溶水發育十分不規律，導致隧道整體止水施工難度較大。

在此基礎上，勘查隧道施工前，使用布置超前探孔的方式對該隧道所在地的地形和地貌進行分析，發現隧道幾乎垂直穿過中梁山區，該區域為一片剝蝕的低矮山地，最大深度為275m，該項目的地形十分陡峭，表面覆蓋豐富的植被，可溶巖層形成的凹地是一片平坦廣闊的稻田，還有一些侵蝕凹地和水洞等。隧道表面有大量的房屋，根據人口普查統計，該區域常年居住人口約為6 萬人，同時，該區域有200 多個企事業單位，還有很多中小型水庫、池塘和水井。

2.2 堵水效果觀測點布設

掌握該工程項目的基本情況后，按照該文提出的施工技術，在現場進行帷幕注漿堵水施工，完成施工后，采用布置堵水效果觀測點的方式，對該技術的應用效果進行評價。

根據現場實際情況，明確監控線路為隧道線路南側7.82km～北側6.1km 對應的線路。隧道東西側沿著軸向2.5km 的位置為灰巖區域，面積約為35km2。經過現場規劃，該項目的監測對象包括暗河出口、泉井、地表水庫和隧道內敏感出水點等。

在確定觀測點所在位置的初始水位后，在對應的觀測區域設定標志，并在完成前期準備工作后正式進行觀測工作。從隧道施工開始對觀測點進行觀測，并在竣工后3～5個月內停止觀測。在隧道施工過程中，須安排技術人員每天觀測一次觀測點，如果發現地下水的水位和水流有異常變化，就需要根據具體情況，適當縮短觀測的周期，根據具體情況，可在必要時，對觀測點進行24h 監控。在隧道工程項目完工后，可以將每天1 次的監測頻率，調整到3d監測1 次或5d 監測一次，但在隧道出現滲漏后要注意隧道監測的周期或增加監測頻率。

2.3 堵水效果分析

通過觀測現場堵水觀測點，發現隧道貫通后，流水幾乎都集中在出口，根據現場統計，測量隧道測點流量，如圖4 所示。

圖4 隧道堵水效果觀測點的流量測量

3 結語

通過上述研究，得到以下2 個結論：1）從圖4 可以看出，在所選的測點中，任意測點的涌水量，均滿足＜1.0m3/d·m 的限量排放標準，說明隧道注漿施工比較成功，即應用對應的施工技術后可以達到預期效果。綜合上述結果可以說明，該文設計的施工技術可以有效防止地下水流失，并在一定程度上可以保護隧道工程的施工和項目所在地的自然生態環境。2）該文研究的隧道工程項目具有施工工期緊張、巖溶發育顯著和所在地的地質條件復雜等特點，在施工中，如果該項目出現涌水方面的問題，不僅會對隧道工程的工期造成影響，還會影響附近居民和企事業單位的生活和日常用水。該研究提出的施工技術可以解決該問題，通過該方式，可以規范隧道工程項目的施工，避免隧道施工涌水造成施工現場安全事故。