深孔预注浆在明月山隧道施工中的应用

昝廷东

（中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵州 贵阳 550001）

1 概述

重庆忠垫高速公路明月山隧道重庆境施工至YK5+398时，拱部发生坍方，形成长6m，宽10m，高2-10m的坍腔;拱部右侧掌子面发生突水，水量达39m3/min,水质较浑浊，水流夹带泥灰岩、碎石流出，粒径5-10cm。该段处于雷口坡组与嘉陵江组的接触带，即将进入富水性好、岩溶发育的嘉陵江组。隧道由南向北，穿越一由东向西水平径流带，径流带水通过断层及前后破碎带300m范围向隧道补给地下水，影响范围小为7～8公里，大至44.3公里，该段围岩涌水更为复杂和严峻。初步判断该段涌水为岩溶管道水，补给量大，短时间内无法干涸，并对左洞施工有较大影响，为确保隧道施工顺利进行参建各方对明月山隧道的实际情况进行了现场研究，确定了对隧道左洞K5+374（右洞YK5+398）段涌水实施注浆堵水，对右洞已开挖的部份地段实施加固注浆（掌子面50m范围）后，对掌子面实施全断面深孔预注浆堵水;对左洞已开挖的部份地段实施加固注浆（掌子面40m范围）后，对掌子面实施全断面深孔预注浆堵水的方案。

2 涌水段周边地质构造

2.1 F1断层

在该地区地表沿斜轴部发育一条走向断层（F1），在三叠系雷口坡组下段灰岩地层中并向深部延伸，倾角NW46～55°属小型层间挤压断层，为逆断层，隧道与该断层相交。

2.2 挤压破碎带

在K5+515～+773和YK5+527～+782为断层破碎带及挤压破碎带，受构造作用十分严重，围岩岩体碎裂、呈角砾状、土状、鳞片状松散结构，稳定性差;位于断层下盘强烈挤压带属岩溶较强发育带，富水性好，地下水影响严重，隧道开挖后地下水易沿破碎带上下层间接触带涌出，局部地下水呈股状或大股状产出，遇岩溶管道、溶洞将产生较大涌水或突水、突泥。该段围岩稳定性极差，易于坍塌，当遇有地下水活动时，特别是涌水时，会发生大坍塌或滑移，侧壁失稳坍塌。

3 注浆目的、要求

注浆的目的是封堵地下水，加固隧洞周边破碎围岩及填充对隧洞结构有影响的溶洞、溶蚀裂隙，并确保施工期安全。

4 注浆材料选择

一般注浆工法应根据注浆施工目的和地层的情况来选定浆液类型。选定恰当的浆液，不仅对取得满意的注浆效果至关重要，而且还直接影响注浆造价。所以必须在考虑堵水、加固等目的和受注地层的状态的同时，考虑满足所需目的而选定最适合的浆液。结合本工程灰岩地层溶蚀裂隙、溶洞发育、岩石较破碎，地下水丰富的特点，考虑采用水泥系浆液富渗透性，既能充填大孔隙，又能填充微细空隙，强度较高，堵水效果好；并具有价格便宜，易操作的特点最终决定采用水泥浆液。

5 浆液的配合比

地层裂隙较宽、岩溶发育，为使浆液完好地充填孔洞和裂隙并与岩层较好的结合以达到预期的加固堵水效果，因而在浆液配比设计上，根据所注地层情况，浆液浓度(W／C)采用了 1：1、0.8：1、0.5：1 三个等级。

6 注浆孔布置

隧道掌子面深孔预注浆时，考虑现场施工场地限制，注浆孔布置由工作面向开挖方向呈伞形辐射，内外环按梅花形排列，达到注浆充分、不留死角为目的。注浆孔的间隔约0.5～1.0m，布置方式如图1所示。

7 注浆压力确定

为了注入浆液，注浆压力必须高于周边地层水压力。但两者之差不宜太大。注浆压力太高时，浆液就会注入注浆处理范围以外，增加不必要的注浆投资。现场测得净水压力为0.8MPa，考虑注浆处理的范围及目的，最终确定注浆终压为1.5MPa。

8 注浆方案设计

注浆范围：开挖轮廓线外5m；注浆段长：30m；注浆孔深；30-32m；注浆孔径：75mm；注浆终压：1.5MPa；浆液扩散半径：2.5m；终孔间距：1m～5m；开挖段长：25m。

止浆墙：预留5m已注浆段作止浆岩盘，第一次注浆循环采用砌筑6m厚C30砼作止浆墙。

注浆方式：采用分段前进式注浆，段长为5～10m。

注浆结束标准：单孔注浆压力达到设计终压，当注入率≤10L/min时，延续10min，即可结束。

9 注浆设备

9.1 钻孔设备：采用杭探SGZ-IIIA型钻机。

9.2 注浆设备：采用杭探SGB9-12型灌浆泵，其压力为 0～10MPa。

9.3 搅拌机：采用JJS-2B型浆液搅拌机。

9.4 其它：有储浆桶，清水桶，孔口法兰。球阀和泄浆阀等。它们与上述设备配套成注浆设备系统。

10 注浆工艺流程

10.1 注浆工艺流程(见图2)；

10.2 钻孔注浆施工操作要点

10.2.1 注浆孔定位、定向。采用经纬仪、水平仪等在混凝土止浆墙上按设计的孔口坐标参数定好相应的孔位，并标注孔口。

10.2.2 注浆作业顺序：先外圈。后内圈间隔钻孔注浆。上方的大水区域先钻孔注浆封堵，再钻孔注浆封堵小水区域或无水区域。

10.2.3 异常情况的处理：在注浆钻孔过程中发生突水及跑浆、窜浆现象。主要对策是：外部封堵结合间歇注入，并辅以改变浆液配比及加入掺合料；对窜浆孔则须重新钻孔注浆。

10.3 注浆效果检查、分析；

10.3.1 依据注浆压力、注入量、注入时间和跑、窜浆情况，综合分析和判断单孔注浆效果。

10.3.2 全段注浆完毕后作钻孔检查，依据前述标准并结合各钻孔钻注作业状况来分析和判断检查注浆质量。

10.3.3 注浆段开挖后进行直观检查，了解浆液在地层的扩散、充填和固结状况，以及堵水和加固效果。

10.4 注浆后开挖要求：严格控制注浆后的开挖，是巩固注浆效果的最后一“关”。

10.4.1 必须采用对围岩弱扰动的开挖方法。

10.4.2 必须留足下段止浆岩墙厚度（5～6m），严禁超长度开挖，以防止下段注浆达不到设计压力。

11 注浆拖工注意事项

注浆结束后的耐久效果在很大程度上取决于浆液的水灰比。水是浆液流动必不可少的条件，但如果过量，部分水分就会从浆液中析出，导致水泥充填物连续性的中断，形成空囊、水泡及泌水通道。这种裂隙的不完全充填会导致泌水通道不停的渗水，以至存在浆体被逐渐冲刷掉的危险。最佳水灰比的选择应基于经验与现场观察，一旦注浆开始，随后的配比稠度取决于该孔的吸浆情况。根据经验，当裂隙相对较宽，起始水灰比通常为1：1。当注浆开始后。必须考虑浆液配比是否需要变稠。如果起始浆液的灌注较慢。则很明显。更稠的浆会过早的堵塞裂隙。所以此时应坚持注起始浆液；直至不能再注入浆液为止。然而，如果孔内进浆速率适中。则下步应采用较稠的浆液，如果表明有大裂隙或孔洞，那下几步则要用更稠的浆液。

按照常规间隔时间，每隔15min进行吸浆量的比较，理想情况是吸浆量逐渐减少，直到吸浆停止。若情况不是这样，则会有：

(1)延时等量进浆，最初15rain的进浆量连续不变，如三段时间内不见减少，则应稳定地注较稠的浆液，这样灌浆质量会更好(更好的耐久性)。

(2)进浆量突然减少，则要检查注浆管路是否堵塞。

(3)吸浆量突然增加，除了及时采用变稠浆液以外，还应根据地勘资料及时判断出是否因为浆液注到溶洞、溶孔、溶槽中了，否则应减少注浆压力。

12 施工对注浆效果的检验

在该段开挖施工中，发现断层破碎带段注浆浆体成脉状，充填密实，浆液在宽缝中渗透的距离较远，窄缝中渗入的较近；溶槽、溶洞、溶孔段充填注浆效果良好，强度较高。施工中有少量渗漏水，岩体经注浆加固后，自稳性较好。该隧道现已顺利通车。

结束语

在工程实践中，作者认为注浆施工的关键：①要有准确的地质勘查报告；②浆液和注浆工法的合理选用；③良好的注浆施工管理；④注浆效果的检查和分析；⑤严格控制注浆后的开挖支护。在岩溶地区隧洞施工中，由于岩层的不均一性，注浆加固堵水的实际范围很难做到与设计一致；岩层的吸浆量也很难准确预估；实际注浆的效果检查通过仪器也只能进行个别点的检查，很难在注浆过程中准确、全面了解注浆的真正效果，只能依靠工程经验。要做到经济合理、准确地达到预定目标的注浆施工还需要做很多工作。

[1]常师斌，深孔注浆技术在软弱围岩隧道施工中的应用[J].