公路隧道下穿供水管道段注浆止水施工技术

陶峰

摘 要：在公路隧道施工中遇到软弱围岩段采取注浆工艺进行预加固的案例较多，但下穿供水管道的软岩隧道开挖施工及注浆止水施工工艺不常见。在施工中为了施工安全和保证水库及其范围内水资源不流失过大，采取径向小导管注浆堵水工艺，改变围岩的力学性能，同时保证地下水的有效引排。文章从注浆小导管的堵水引排工艺、加固工艺、注浆必要性、施工工艺等方面做了阐述。

关键词：公路隧道；下穿水库；注浆止水；地质监控

1 工程概况

港珠澳大桥珠海连接线第三合同段起点位于南湾隧道，经过银坑水库以西穿越将军山，终点位于洪湾，路线总长5.856km。南湾隧道现改名为加林山隧道，为山岭特长隧道。其中左线长3641m，右线长3650m。我标段承建南湾隧道出口端，左线2178m，右线2190m，工程造价为2.68亿元。采用双向六车道高速公路等级标准，设计速度80km/h。

隧道采用三心圆净空断面设计，主洞建筑限界净宽14.25m、净高5.1m，洞门采用削竹式洞门。按新奥法原理进行施工，以系统锚杆、喷射混凝土、钢筋网、型钢钢架等组成的初期支护与二次模筑混凝土相结合的复合式衬砌型式，路面采用洞口段沥青砼复合结构和洞内水泥混凝土路面结构相结合的路面结构。南湾隧道进口处于竹仙洞水库东南侧，南联路爱高普纯净水处理厂上方，接前山河特大桥；出口位于南琴路东侧，交通条件较便利。隧道沿線上跨对澳供水管道，并以地下隧洞形式穿越一级饮用水源保护区竹仙洞水库、银坑水库饮用水资源保护区。

2 地质水纹情况

隧道与对澳供水管道在本合同段范围与对澳供水隧洞成67°交叉，供水隧洞结构内尺寸为2.0m×2.0m。其中边直墙1.6m高，30cm厚模筑混凝土衬砌。同时，南湾隧道ZK8+600处有银坑水库，水库底部离隧道顶部标高约30.5-26.4m，隧道中段与水库呈52°角穿过。隧道位于水位下方，且花地断裂（F5）在水库东南侧边缘与隧道小角度相交。

隧址区主要由中生界、燕山二期第一次花岗岩组成，隧址基岩岩性主要为花岗闪长岩、黑云母斑状花岗闪长岩，具花岗岩类较为典型的风化不均特点，构造带内后期石英脉填充广泛，中风化岩质坚硬。

3 施工计划

3.1 注浆段围岩情况

3.2 进度计划

南湾隧道下穿供水管道段严格按照进度计划组织施工，具体计划见表2所示。

4 施工方法及工艺

下穿供水管道段采用4.5m长、Φ22超前砂浆锚杆预支护。开挖后采用4.5m、长Φ42径向注浆小导管注浆堵水，径向小导管间距1.0×1.5m，全断面设置，防止地下水流失。初支拱墙部位设置16a工字钢拱架，间距1m；系统锚杆采用L=3.5m长砂浆锚杆，间距1.2×1.0m，梅花型布置；采用C25喷射混凝土，厚度20cm。根据《爆破安全规程》GB6722-2011规定，地表有房屋地段，爆破振动速度不大于2.0cm/s。为确保地表房屋安全，本段隧道爆破设计振动速度不大于1.5m/s[4]。

4.1 超前地质预报

根据对开挖地段的地质调查，推测前方的地质条件，调查的主要内容包括对隧道开挖面的地质素描、岩体的结构面调查和涌水观测等工作。本段隧道施工超前地质预报先采用TSP探测前方围岩情况。若地下水丰富或地质条件较差，围岩破碎。采用C6XP钻机超前钻探抽取芯样分析前方围岩情况。

4.2 超前锚杆

S-Ⅳc支护类型采用Φ22超前砂浆锚杆，施工工艺流程图见图5：

（1）施工方法

采用气腿式凿岩机Ф38钻头钻孔，钻孔钻进至设计深度后，高压风清孔；砂浆锚杆灌浆前先将水注入浆泵内并倒入少量砂浆，然后将灌浆管插到距孔底5-10cm处，开始初压水和稀浆湿润管路，然后再将调好的砂浆倒入泵内，打开风阀开始注浆，注浆管随着浆液的筑入而缓慢匀速拔出，注浆压力控制在0.4MPa以下；浆液筑满眼孔后，把锚杆插入眼孔，最后安装锚杆、封口。

（2）施工要点

a.环向隔开一定距离隔孔钻进，避免注水太多导致围岩面滑坍。b.注浆时若发现压力过高，须立即停风，排除堵塞。c.如发现砂浆不满须重新注浆。d.锚杆入孔长度不得小于设计长度的95%。

4.3 Ф42径向注浆小导管施工

（1）施工工艺

在初喷混凝土后，按设计间距和长度及时施作中空注浆锚杆。采用气腿凿岩机φ48mm钻头钻孔，小导管安装采用锤击打入。小导管与系统锚杆错开布置。

径向注浆小导管采用Φ42×5注浆小导管，径向垂直岩面打设，与系统锚杆纵向错开布置，小导管长度5m，环向间距100cm，纵向间距200cm，每环30根。注浆材料主要采用水泥浆，地下水量较大时采用水泥-水玻璃双液浆。

注浆前先用水或风检查孔体是否畅通。注浆管及泵用快速接头连接好。配置注浆液，水泥浆水灰比为1：1。双液浆水泥浆与水玻璃体积体采用1：0.25，开动泵注浆，注浆整个过程连续不停顿，一次完成。注浆压力保持在1.0-3.0MPa，当注浆压力达到2MPa，进浆量小于100L/min，且压力升高较快，则可停止注浆，最大注浆压力不能超过3MPa。注浆后，总出水量小于23/h且一处出水量小于0.63/h，即可结束注浆。注浆结束后，密封排气孔。完成一根小导管注浆后，迅速卸下注浆软管并安装至另一根小导管，进行注浆。

（2）施工控制要点

a.钻孔深度以设计小导管长度控制，钻孔方向尽量与开挖轮廓线垂直。b.高压风清孔并检查，如有掉渣、卡孔或坍孔，进行二次扫孔。c.小导管孔位允许偏差±15mm，钻孔深度允许偏差±50mm。e.小导管入孔长度不小于设计长度的95%，锚杆数量不少于设计值。f.小导管与岩面的接触面用M20砂浆填平。

4.4 注浆堵水施工

下穿供水管道段施工时，为避免隧道开挖导致地下水流失，引起地表环境变化并影响到居民生产生活用水，采取“以堵为主”的防水措施。超前探孔出水量大于3m3/h，判定为有局部突水可能，采取超前局部注浆；超前探孔有2/3孔满孔，总出水量大于15m3/h，判定为有全断面突水可能，采取超前帷幕注浆；若地表水量有明显下降时，隧道内立即采取注浆堵水，地表采取注浆防渗及地表引流，避免地表水下渗通过隧道排出。

（1）超前局部注浆

超前局部注浆采用Φ108mm注浆管，在出水通道范围内，隧道开挖轮廓线以外5-6m，注浆材料主要采用单液浆，水灰比=0.6-1.0。若注浆堵水效果为达到要求，采用水泥-水玻璃双液浆，水泥采用425普通硅酸盐水泥，水泥浆与水玻璃体积比为1：0.5。注浆后，总出水量小于2m3/h，且一处出水量小于0.6m3/h，即可结束注浆[3]，见图3。

（2）全断面帷幕注浆

全断面预注浆分两次进行，第一次钻孔数22个，第二次钻孔数24个。第一次注浆孔位离开挖边界0.5m，第二次注浆孔位离开挖边界1m，注浆孔外插角为9°。

全断面注浆前[1]，先采用20cm厚喷射混凝土封闭掌子面，然后钻孔施工。注浆段长度35m，采用Φ108管注浆，注浆材料主要采用单液浆，水灰比=0.6-1.1。若注浆堵水效果为达到要求，采用水泥-水玻璃双液浆，水泥采用425普通硅酸盐水泥，水泥浆与水玻璃体积比为1：0.5。

为防止串浆，第一次注浆与第二次注浆之间间隔2-3h。当注浆压力达到3MPa，进浆量小于100L/min，而且压力升高较快，则可停止注浆，最大注浆压力不能超过5MPa。注浆后，总出水量小于2m3/h，且一处出水量小于0.6m3/h，即可结束注浆。

（3）地表注浆

a.标注注浆加固范围。在地表水下渗断流范围3-5m内采用木桩圈定注漿范围。

b.清理注浆地表。清除注浆坡面上的妨碍注浆的杂物，清理中尽量不破坏地表植被，保持山体的自然风貌。

c.地注浆坡面上按间距1m，进行注浆布点。布点按梅花型布置，并在各注浆点钉设小木桩。

d.注浆管用外径φ42mm，壁厚3.5mm热轧无缝钢管加工制成。导管长根据现场实际情况确定，前端加工成锥形。加固范围内注浆管四周钻四排φ8mm的注浆孔，加固范围以外管段不钻孔，作为注浆用导浆管。

e.注浆采用P.O42.5水泥单液浆，小导管注浆参数有：水泥浆水灰比：1：1；注浆压力：0.5-1.0Mpa；注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，注浆量按施工实际情况作相应调整；配制时先在搅拌机内放入定量清水进行搅拌，水泥浆宜边拌边用，停留时间不多于半小时以内，超过半小时，重新拌浆使用；注浆。注浆方式采用分段注浆，注浆按从低至高的顺序进行注浆。注浆过程时刻观注注浆情况，观察注浆地表的变化，并根据注浆情况调整注浆的浆液浓度。

4.5 注浆质量要求

（1）注浆施工质量控制

a.注浆钻孔位置偏差不超过5cm，孔身垂直度不小于98%。b.钻孔深度必须达到设计要求，终孔后及时安装钢管。c.注浆过程中，压力必须达到稳定确定值，否则应通过反复注浆直至满足要求。d.严格按照设计要求的水灰比及水泥浆和水玻璃配合比制作浆液，浆液应随时搅拌随时灌注，搅拌好超过2h尚未压注的浆液应废弃不用。

（2）排水系统质量控制

a.排水管质量必须满足设计要求，不得使用非标准的材料。b.排水管的接头必须规范，接头和排水管必须配套使用。接缝要密实。c.仰拱排水管必须保证畅通。

5 隧道监控量测

5.1 洞外监控量测

为降低隧道施工对水库的影响，以保证降低隧道施工对山体自然环境，结合本项目的实际工程情况，对下穿水库段地表进行了地表沉降观测及地表水流观测。

地表观测采用全站仪观测，在隧道主线范围内纵向每20m布置一个断面，每个断面3个点，观测两天进行一次，采集观测点的坐标及高程。地表水水流观测主要采用量测法，主要观测地表水位高程及水流流速，以判断水流的增减。水位观测采用立杆观测水位高度。若发现某区段突然出现水流减小，核实原因后对该处进行地表加固注浆，防止地表水下渗流失。

5.2 洞内监控量测

（1）爆破震动监测

通过爆破震动检测掌握供澳水管的实际震动速度，针对实际监测情况和安全判据及时对爆破方案做出修正；同时可利用实测数据进行拟合回归本爆破场地的爆破震动衰减规律，进而预测进行爆破设计，测点应布置在距离下部供水隧洞最近的位置。

（2）地质及支护状况观察

隧道掌子面每次爆破后通过肉眼观察，描述和记录围岩地质情况：岩性、岩层产状、裂隙、地下水情况、围岩完整性与稳定性。判断围岩级别是否与设计相符，填写围岩级别判定卡。必要时测量地下水流量，观察支护效果。掌子面观察：每次开挖后进行一次。对已施工区段观察，每天至少进行一次[2]。观察编录的主要内容包括：地层岩性编录的内容，岩石名称、矿物成分、结构构造、厚度、岩性变化及界线，岩石的软硬和破碎程度，岩层的产状及与隧道轴线的关系。地质构造编录的内容，断层和破碎带的出露位置、断层和破碎带的宽度、延充填物资、胶结程度、透水情况，节理的产状、力学性质和成因、充填物资、闭合程度，节理与洞室轴线的交角，地下水编录的内容，出水点的位置、水量、出水类型。洞内观察特别注意记录的情况，溶洞和溶蚀裂隙的位置、高程、填充物的稳定情况，喷层稳定、开裂和受力情况。

（3）拱顶下沉量测

拱顶下沉量测在隧道开挖后拱顶及轴线左右各2～3m共设3个带挂钩的锚桩，测桩深度30cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定。用精密水准仪、钢卷尺量测拱顶下沉。

（4）围岩周边收敛量测

在预设点的断面，隧道开挖后，沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙部位分别埋设测桩。测桩埋设深度30cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头设保护罩。采用周边收敛仪量测周边收敛变形，周边收敛断面布置根据施工方法的不同而布置。当施工后，根据现场实际情况仍需继续监测，断面需按图再进行布置并继续监测。各测点在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5-2m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数在开挖后12h内读取，最迟不超过24h。而且在下一循环开挖前，完成初期变形值的读数。

5.3 量测数据整理分析

现场量测数据及时整理，绘制量测数据与时间的关系曲线及量测数据与开挖面距离的关系曲线，并应进行数据处理或回归分析。

特殊情况处理措施，当围岩周边位移或地表下沉速率超过5mm/d、累计位移超过100mm时。建议停止施工，封闭交通。分析原因，制定特殊处理方案。

信息反馈方式：现场量测人员发现异常情况经核实后立即以电话方式通知监理、项目部、现场施工技术人员，及时整理数据形成正式报告并上报管理处。

6 注浆效果评价与体会

（1）通过开挖掌子面显示，浆液扩散，封堵了水流通道，达到了止水的目的。开挖过程中拱部土层稳定，未出现塌方，堵水效果较好。

（2）经过管道段部位钻孔前后检查水位和水质检测可知，水位无明显下降，水质经化验各项指标均合格。两项指标表明，采用此种注浆工艺效果明显。

（3）在下穿供水管道段隧道施工过程中，选择合理的注浆堵水工艺，能确保地下工程中施工的安全和质量，同时达到了减少水资源流失和保护环境的效果。

参考文献

[1]刘百成.北京地铁十号线无收缩双液注浆工法施工技术[J].铁道建筑技术，2008（3）：89-92.

[2]JTJ042-94公路隧道施工技术规范[S].2009.

[3]张民庆，彭峰.地下工程注浆技术[M].北京：地质出版社，2005.

[4]张民庆，彭峰.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，1995.