岩溶段帷幕注浆堵水施工

李磊 崔叶

(中铁十八局集团有限公司，天津 300000)

1 工程概况

重庆轨道交通六号线二期工程铜锣山隧道位于重庆市南岸区，隧道全长5 633.373 m，其中钻爆法施工长度为2 600 m，隧道最大埋深371 m。隧道洞身穿过的槽谷区灰岩段Y(Z)DK9+640～Y(Z)DK10+800可能发育有岩溶、溶洞，根据详勘资料，钻孔探明的溶洞侵蚀面发育高程为300 m～320 m，高于隧道顶50 m左右。因钻孔数量有限，不能涵盖整个岩溶段溶洞的具体分布情况，其他段落、高程也有存在溶洞的可能。

2 制定帷幕注浆方案的背景

2.1 超前钻孔出水

左线(ZDK10+809):钻孔深度30 m，12 m，17 m ～18 m，26 m ～28 m存在裂隙通道;单孔出水量1 200 m3/d，断面总出水量2 600 m3/d;

右线(YDK10+822):钻孔深度30 m，15 m ～18 m，24 m ～27 m存在裂隙通道;单孔出水量 1 100 m3/d，断面总出水量2 400 m3/d。

2.2 红外探水

掌子面前方30 m范围内红外探测曲线波动明显，可以判断掌子面前方30 m范围内左侧红外辐射场存在异常，且结合掌子面出水的测定和观测，判断掌子面前方一定范围内可能大量含水，在施工过程中导致掌子面出现股状涌水，地下水主要以岩溶水和溶隙裂隙水为主。需注意对裂隙发育带或岩溶通道的观测，加强探放水工作，制定防治水措施。

2.3 TSP超前地质预报

右线:YDK10+816～YDK10+795段反射波强烈，表明岩体较破碎或存在较大结构面，水量丰富，结合现场超前钻孔对比分析，推测该段为主要倒水通道;YDK10+795～YDK10+778段岩体节理裂隙十分发育，可能存在大量裂隙水;在ZDK10+784～ZDK10+778附近存在较大结构面或软弱夹层。

左线:左右线间岩柱仅为10 m，地质情况近似。

综上，从地质、地下水情况来看，均达到了设计采用帷幕注浆的条件，且从环境保护等方面考虑，该段涌水应以堵为主，经动态设计小组多次会议讨论研究决定，采用帷幕注浆。

3 帷幕注浆方案

3.1 注浆材料和压力

采用普通水泥浆、水泥—水玻璃双液浆相结合的方法进行超前预注浆，由于帷幕段基岩裂隙发育强烈，且帷幕浆液扩散半径不小于2 m。注浆压力的大小与岩石的完整性程度、注浆孔深度、涌水压力、注浆材料等有关。本项目结合注浆试验，最终确定注浆压力不低于3.5 MPa，且随着钻孔的深度加深，注浆压力逐渐增大。

首轮试注浆过程中，由于涌水压力在1.3MPa左右，且涌水量大，采用普通单液浆进行注浆时，水泥浆还未凝固就已被稀释，导致浆液配比改变，水泥浆无法凝固，达不到止水效果。之后采用设计图纸中的参考水泥—水玻璃双液浆配比(1∶0.6)进行注浆试验，浆液凝结速度很快，扩散半径达不到要求。经过反复多次现场试验，得出水泥与水玻璃比在1∶0.3～1∶1的范围内时，浆液凝结很快，扩散半径小;水玻璃掺量小于10%时，终凝时间很长，被稀释，达不到止水效果;水玻璃的掺入量在水泥浆的1.75倍～2倍之间时，终凝时间在3min～5 min，这样既保证了浆液的扩散半径，又达到了很好的止水效果。

最终确定采用的浆液配比如表1所示。

表1 最终确定采用的浆液配比

3.2 钻孔注浆

3.2.1 工艺流程

钻孔注浆流程见图1。

图1 钻孔注浆流程图

3.2.2 钻孔

钻孔前，用全站仪对设计开口位置进行精确放样，并用红油漆做好标记。钻机就位后，先钻孔3m～5 m深，安装孔口管，孔口管口连接法兰盘，安装止浆阀，并采用双液浆对孔口段进行注浆，以锚固孔口管，并加固止浆岩盘。孔口管安装严格控制外插角度，并逐孔记录。孔口管锚固牢固后，重新定位钻机，进行注浆孔钻进角。钻机定位时，保证钻杆角度与之前记录的孔口段角度吻合(不吻合增大钻进阻力，影响钻进速度)。钻孔过程中对钻孔数据进行实时监控，并进行分析，便于调整注浆参数。注浆孔孔位偏差不大于10 cm，孔底偏差值不大于孔深的1/40。

3.2.3 浆液制备

1)所有制浆材料都进行了称量，采用重度比进行配置，水泥采用称重法称量，加水采用自动计量器，称量误差不大于5%。

2)水泥浆液采用高速搅拌机搅拌，纯水泥浆液的搅拌时间不少于5 min，浆液在使用前过筛;浆液自制备至用完的时间不超过1 h。

3)为了保证浆液质量，采用集中制浆，水泥单液浆水灰比0.6∶1，现场技术员根据钻孔地质情况和试验室提供的浆液参数选取胶凝时间最佳的配合比，注浆泵司机在技术员的指导下控制副缸行程开关调整副缸的行程，确定水泥浆和水玻璃在同段时间内的体积比。

3.2.4 注浆

1)注浆方式采用分段后退式注浆。先钻制孔底然后后退3m～10 m注浆，当注浆压力达到设计要求时，再后退3m～10 m继续注浆，依次循环注至孔口。根据现场孔内出水量大小及地质情况选择注浆材料及配比。

注浆方式与分段长见表2。

表2 注浆方式与分段长

2)钻孔注浆顺序:根据设计要求，先注外圈，后内圈，先近后远，同一圈的孔由下而上间隔施作以及跳孔注浆，同时外孔各孔间距离要尽可能大一些。

3)注浆记录。此循环注浆应做记录，包括概况数据，每孔的水流量、孔深、浆液配比、开始和结束压力、时间、总注浆量、流速以及其他出现的异常情况等。全部注浆孔注浆完成后，在掌子面设置4个检查孔，测孔内涌水量，要求单孔出水量小于0.2 L/(min·m-1);若达到上述标准则进行开挖，否则进行补孔注浆，直到满足上述要求为止。开挖过程中因震动导致围岩松散，而出现在渗漏水可进行后期的径向注浆措施。

4)钻孔注浆的控制要点:

a.注浆止水左线超前，左右线交替进行;

b.注浆过程中对水进行控制性排放;

c.钻孔位置及外插角纠偏控制;

d.开始注浆浆液由稀到稠，注浆量先大后小;

e.钻孔和注浆顺序应由外向内，同一圈孔间隔施工;注浆时如遇窜浆或跑浆，采用间隔一孔或几孔注浆方式;一个孔段的注浆作业应连续进行到结束，不宜中断，应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断，对于因实行间歇注浆、制止串浆冒浆等有意中断，应先将钻孔清理至原深度以后再进行复注。

3.2.5 注浆效果检查

全部注浆孔注浆完成后，按设计要求，在掌子面施作4个φ89检查孔，成孔后放置15 min后的涌水量，若大于0.2 L/min则注浆效果没有达到要求，应及时进行补浆，注浆压力保持在2 MPa左右;若小于0.2 L/min则注浆结束。

4 结语

自开工以来，本工程已进行8个循环的帷幕注浆施工，施工时间长达10个月，根据地质勘查资料显示，标段剩余段落还有几个岩溶段，为此，岩溶段帷幕注浆堵水施工是本工程也是合同总工期的关键控制性工程。本工程难点在于注浆浆液配比的确定，配比决定注浆浆液扩散范围及初凝速度，这要根据现场实际涌水情况来确定，才能达到最好的注浆效果。本文所论述岩溶段帷幕注浆施工，可为同类工程提供相关经验和借鉴。