某隧道DK2154+130～DK2154+360段帷幕注浆施工

秦生华

1 工程概况

武广客运专线大窝山隧道全长3 893 m,根据设计图地质资料显示,隧道范围内地层燕山期花岗岩,岩石差异风化明显。DK2154+130 m～DK2154+360 m段线路大角度穿富源水断层,该断层长约15 km,断层破碎带宽约150 m～200 m。线路通过富源水断层与伯公坳水库相连,伯公坳水库位于线路左侧,距线路较近,最近处约442 m,隧道底标高低于水库常年蓄水位约50 m。由于在此段施工存在不可预见的水压较高、无自稳能力、涌水量大于控制值、可能突水突泥等隐患,为了在一定范围内加固围岩,减少加固圈岩体空隙率及渗透系数,控制围岩涌水量,采用全段面帷幕注浆堵水。

大窝山隧道穿越断层带DK2154+130 m～DK2154+360 m段设计采用围岩帷幕注浆止水,注浆范围为开挖轮廓线外4 m。

2 帷幕注浆预加固施工方案

在大窝山隧道受左侧水库水压力较大的岩层,由于水压较高、无自稳能力、涌水量大于控制值、可能突水突泥等,为了在一定范围内加固围岩,减少加固圈岩体空隙率及渗透系数,控制围岩涌水量,采用全断面帷幕注浆堵水。注浆范围为开挖轮廓线外4 m,纵向长 30 m一环,开挖25 m,保留5 m长止浆岩盘,压注水泥浆液。注浆开孔直径不小于108 mm,终孔直径不小于90 mm。每循环设8环注浆孔,共163孔,孔长4 002 m。

2.1 注浆孔布置

按纵向长30 m一环布设注浆孔,每循环设8环注浆孔,共163孔,孔长4 002 m。

2.2 注浆管加工

为防止注浆过程中产生大量串浆,严重影响注浆质量,注浆钢花管宜加工成TSS管模式。

注浆钢花管采用φ 89 mm×4.5 mm×6 m(3 m)焊接钢管加工制作。注浆管前端加工成尖锥状并焊死,后端加工成丝扣,用于连接注浆管路。距注浆管后端10 cm处焊接一道管箍,缠上棉纱后顶入地层用于止浆。

2.3 注浆材料

主要采用水泥浆液,水泥为425号普通硅酸盐水泥,水灰比为 0.8∶1～ 1∶1。

在封孔或涌突水时采用水泥水玻璃双液浆作为注浆材料,采用425号普通硅酸盐水泥,水玻璃波美度为40;水泥浆∶水玻璃浆液为 1∶0.8,水泥浆的水灰比为 0.8∶1～ 1∶1。

2.4 注浆参数

1)单孔有效扩散半径1.5 m,终孔间距2.0 m。钻孔孔径为108 mm。2)注浆范围为隧道开挖轮廓线外4 m。3)注浆压力为1.5 MPa～ 2 MPa。

2.5 施工方法及工艺流程

2.5.1 施工方法

1)钻孔和注浆机具由钻机、双液注浆泵、流量控制阀、双桶浆液搅拌机组成,浆液在钻进前端孔口混合,进行分段前进式注浆。

2)超前探水,确定注浆地段：开挖前,首先采用 TSP203系统进行地质预报,红外线探水仪探测前方围岩含水情况,再打超前探水孔,根据探水孔钻孔的地质信息,结合其他探测手段获取的信息进行全面综合分析,据此确定施工方案。

3)掌子面处理：注浆钻孔前,对掌子面进行加固处理,保证注浆时能承受注浆压力。围岩较好时,采用喷混凝土20 cm～30 cm厚封闭掌子面;围岩破碎、地质较差时,浇筑1.5 m～2.0 m厚的混凝土止浆墙。每环注浆止水盘长度为5 m。

4)钻机就位：按设计的孔口坐标在掌子面上用红油漆标出孔口位置,并注明孔号;利用钻机首尾坐标差值控制竖直及水平角。

5)埋设孔口管：牢固密实,保证不漏浆、不串浆的孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素。其埋设方法：先用XY-2PC钻机钻3.2 m深,再将3 m长一端焊上法兰盘,插入孔口管,外露20 cm～30 cm,管壁与孔口接触处用麻丝填塞,再向孔口管内注浆固结。

6)注浆：注浆采用水泥浆液,水泥水玻璃双液浆主要在封孔或涌突水时用。

7)注浆方式：采用前进式注浆。

8)钻孔注浆顺序及注浆速度：先内圈后外圈,同一圈孔间隔施工。钻进过程中遇涌水或因岩层破碎造成卡钻时,则停止钻进,进行注浆扫孔后再行钻进。

9)注浆程序：注浆管接通后,先压水 2 min～5 min,检查注浆泵及管路系统工作是否正常。注浆开始后将吸浆龙头快速从清水池中放入各自的浆液池中,即开始注浆;当压力达到终压时(一般控制在1.5 MPa～2 MPa),并继续注浆 10 min以上,即注浆封孔。注浆结束后,关闭逆止阀,泄压阀打开,用水冲洗管路干净为止。

10)检查：待每个环节注完后,在本注浆循环(30 m)开挖轮廓线内钻3个检查孔检查注浆效果：a.单孔结束：当注浆压力达到终压时并继续注浆10 min以上,进浆量小于20 L/min,检查孔的涌水量小于0.2 L/min,钻取岩芯浆液充填饱满,则注浆达到效果,否则补注浆。b.全段结束：所有注浆孔均符合单孔结束条件,无漏浆现象,注浆后预测涌水量小于3 m3/(m◦d),浆液有效注入范围大于设计值。所有注浆参数均通过试验确定,符合现场情况,达到预期效果。

洞室开挖后,如局部还有漏水,进行局部径向注浆止水。

2.5.2 施工工艺流程

超前帷幕注浆施工工艺流程见图1。

2.6 主要机械设备配置

主要机械设备配置如表1所示。

2.7 安全质量注意事项

1)认真做好超前地质预报和围岩量测工作,并及时将信息反馈到施工中,随时指导施工,确保安全。

2)保证洞内新鲜空气供应,照明充足,有一个良好的作业环境。

3)钻机钻孔时严禁无关人员触摸钻机,作业过程中接换钻杆严禁开机回缸,钻进时要保证水压达到0.8 MPa以上,严禁低水压及无水作业,注意钻机的运转情况,发现电机过热,立即停机冷却、检修。

4)注浆时,作业人员要求戴口罩、防护眼镜和手套,并与作业面保持5 m以上距离。观察记录人员应站在注浆混合器的侧面,以防浆液喷出伤人。注浆过程中不得停泵,如确需停泵且时间较长,应重新钻孔再进行注浆。

5)注浆量不得少于设计量的80%,全部注浆孔都要符合单孔注浆标准。

6)严格按照设计的注浆长度和注浆范围进行施工,要求注浆堵水率不低于90%,注浆结石体的7 d单轴抗压强度不小于4.5 MPa。

7)开挖后若发现漏浆或出水量达不到要求,则实施补注浆后开挖,严禁在出水量不满足要求的情况下继续掘进。

8)每循环注浆段开挖,必须确保预留5 m以上的止浆岩盘作为下一循环预注浆孔的工作面,严禁超挖、多挖。

9)注浆后,严格按照Ⅴ级围岩掘进方法进行施工,双侧壁导坑法或微台阶法开挖,仰拱铺底超前,二衬紧跟,确保安全。

表1 主要机械设备配置表

3 注浆效果

隧道帷幕注浆情况较为复杂,在施工中应根据实际情况进行多次反复的钻注。从实际施工结果分析,其灌注效果一次比一次明显,最终经多次打钻检验及雷达仪器的检测,帷幕注浆达到了堵水止水的要求,隔断了水源,治住了渗漏水的现象,提高了施工的安全性。

帷幕注浆不仅是一项施工技术问题,且有大量的管理问题,应该把它看成是一个复杂的系统工程,面广、环节多且工序多变。它涉及到工程施工方法及质量;地质及水文地质条件的再分析;方案设计及确定;各种参数选择及在施工过程中因素多变而进行参数的合理调整;施工人员的组织与素质;钻注设备、器材的选择、加工等方面,必须应用科学的施工管理方法,进行质量控制和环节衔接才能达到效果好、进度短的目的。

[1]何成应,赵 斌.大红山矿帷幕注浆工程实践及治水效果[J].岩土工程界,2007(4)：56-57.

[2]宋抗常,吴 冰.渝怀铁路施工技术与管理[M].北京：中国铁道出版社,2004.

[3]李 杰.隧道渗漏的注浆堵漏技术研究[J].山西建筑,2008,34(9)：317-318.