隧道帷幕注浆技术及控制要点
作者：张瑞
来源：《城市建设理论研究》2014年第08期
摘要：复杂水文地质条件下的长大隧道，在施工过程中 ( 尤其是岩溶发育地区) 如突发涌水，不仅会影响施工进度，而且容易造成隧道穿越区域地下水生态的破坏。
由于地下水的流失，可能使隧道顶部地面岩溶塌陷，导致地质环境破坏。
而帷幕注浆技术以其明显的技术优势在隧道工程中得到了广泛应用。
关键词：隧道；帷幕注浆；钻孔；注浆压力；注入量
中图分类号：TU74文献标识码：A
工程概况
某隧道走向近于垂直穿越所经山脉，属剥蚀低山地貌，最大埋深350m,地势陡峻，地表植被发育，其可溶岩地带形成之洼地平坦开阔，广布水田及旱地，并分布有侵蚀洼地、落水洞等。
隧道穿越山脉受构造控制明显，基岩出露较好。
所经地层为侏罗系泥岩夹砂岩，自流井组泥岩夹砂岩及页岩、珍珠冲组泥岩夹砂岩及三迭系须家河组、雷口坡组、嘉陵江组和飞仙关组，岩性以砂岩、灰岩为主，其次为泥、页岩，核部地层为泥岩、灰岩及白云岩。
两翼地层大致对称，西翼产状陡，局部倒转，构造节理较发育；灰岩地段赋存岩溶洞穴及岩溶水，核部地层产状近于水平。
测区地下水主要为第四系松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水三大类型。
孔隙水和基岩裂隙水水量较小，岩溶水主要分布在观音峡背斜灰岩地层中，以岩溶管道流和岩溶上升泉形式出露，水量大，具承压性，且水位埋藏浅，岩溶水顺层面连通性较好；另在隧顶有一水库，离线路中心距离约400m，离洞顶高度180m，水深15m。
为了提高工程质量，确保隧道安全，若采用哪里渗漏就在哪里造眼注浆的方法，已不可能彻底解决渗漏水问题及加固工程。
若采用从山体边坡打眼往隧道顶灌注浆方法，不但距离远，工程量大，而且效果也会受到影响。
故确定采用帷幕注浆结合个别地段堵渗漏水的方法。
顺序是先帷幕切断水源，再对个别地段堵漏，最后进行帷幕注浆加固。
二、帷幕预注浆范围的选择及注浆试验
（一）帷幕预注浆的范围
帷幕预注浆的范围应根据隧道围岩的工程地质条件、岩体完整性、岩溶发育情况、涌突水位置、水量、水压及岩体的综合渗透系数等情况，在施工前进行初步选定。
在实际施工中根据超前地质预测、预报等措施综合分析的成果进行调整。
该工程确定的初步堵水范围如下:
对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部预测水压大、极可能产生较严重突水突泥地段，预测地下水压力≥3.0MPa 时，预注浆加固圈固结范围可选择为: 正洞为开挖轮廓线外8m; 导坑为开挖轮廓线外5m。
对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部预测水压大、极可能产生较严重突水突泥地段，预测地下水压力
对不同年代地层岩层接触带、物探异常区、预测水压大、可能产生突水突泥地段，预测地下水压力
（二）注浆试验
在正式进行注浆前，首先要进行注浆试验，以便对注浆终压、浆液扩散半径、凝结时间、浆液配合比、注浆量、掌握浆液填充率等参数进行更为合理的选择，在注浆过程中还要保证对有关参数进行动态调整，以便使注浆质量和效果能够达到设计要求的水平。
帷幕预注浆施工过程控制
（一）注浆控制
1、配合比的选择
注浆材料的配合比应按照施工地的地质情况和浆液的初凝时间进行选择，并通过试验验证。
一般来说，在使用水泥浆液进行灌注时，水灰比的范围大致在0.8:1～2:1。
如果需要将凝结时间缩短，则可向浆液中加入氯盐或三乙醇胺速凝剂。
如果使用的是水泥一水玻璃浆液，那么水灰比的范围就应在0.8:1～1.5:1，二者体积的比例最好设置为1:1～1:0.3。
2、凝胶、初凝时间的控制
浆液凝胶时间的选择一般通过此CS浆液压注试验来确定，如果进浆量很大，泵压在很长时间内不升高，那么胶凝时间就可以选在1～2min；如果进浆量一般，泵压也稳定上升，那么初凝时间就应该选在3～4min；如果进浆量较小，泵压升高极快，那么初凝时间就应该选在5～6min。
需要注意的是，双液浆的凝胶时间与凝结时间并非一个概念。
（二）钻孔
注浆工程的第一步就是钻孔，既可采用旋转式钻机，也可使用冲击式钻机，主要应根据成孔效果和地层条件进行合理选择。
钻孔位置要符合工程设计要求，将偏差控制在5cm的范围内，钻孔底部的偏差不得超过孔深的1%。
开孔时要保持低速，当孔深不少于30cm后，即可转入正常转速，工作人员要注意将钻机尽可能的贴近岩面，从而降低钻杆的震动，提高精度。
在更换钻杆时，要对其是否出现损伤和弯曲及水孔是否通畅等进行检查。
（三）注浆
1、压（放）水试验
压水实验方法采用双塞正水法，压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取静水压力的1.5倍～2.0倍，试验时每间隔10分钟观测一次流量和压力，流量和压力保持相对稳定，流量连续四次读数，其最大值与最小值之差小于最终值的10%，试验工作即可结束，以最终流量为计算流量。
2、钻孔冲洗
当决定钻进孔段需注浆时，必须立即进行钻孔冲洗工作,以清除钻孔中的残留岩粉、岩石裂隙中所充填的粘土杂质等物。
冲孔方式采用压力骤升骤降的放水方式，冲洗结束的标准为: 出水管的水洁净后再延续10min，总冲洗的时间不低于30min，对个别特殊情况还要增加冲洗时间，冲孔时应测记出水量。
在溶洞、断层、岩层破碎等地质条件复杂孔段冲洗视方法视具体情况确定。
3、注浆压力选择
注浆压力是浆液流动、充塞、压实脱水的总动力。
浆液流动阻力大小与空隙度及其充填程度、浆液浓度（粘度）有关。
在正常情况下，注浆压力也与浆液的扩散距离成正比关系。
注浆压力包括注浆初始压力，注浆终压力及在注浆过程中的压力变化。
方案确定了本次注浆压力选择不得大于2MPa。
在施工过程中，根据实际情况对压力作了适当调整。
浇筑混凝土较厚且空隙度较小地段，终孔压力采用1.5MPa～2MPa；空隙度较大，终孔压力不得超过1MPa；浇筑混凝土较薄且质量差的地段，注浆终孔压力控制在0.5MPa之内。
实践证明，以上注浆压力的选择是正确的，收到了好的效果。
4、注入量及有效扩散半径
浆液注入量包括总的注入量和单位注入量，从总体来看，单位注入量最有经济技术价值。
本次注浆采用单位注入量控制在3m3/孔～5m3/孔是比较合适的。
达到了预期注浆的目的，起到了帷幕加固之作用及堵渗漏水的效果。
若单位注入量过大，不但浪费材料，加大成本
还延长了施工工期。
各种注浆一般均要考虑浆液的有效扩散半径。
正常情况下，浆液的扩散半径是假设在同一高度上下均匀向各方向扩散一致计算而得。
对于基岩裂隙注浆，是考虑裂隙发育不均匀，以及裂隙开度大小不一等原因，浆液在各方面扩散距离极不一致。
而隧道拱部帷幕注浆，不但要考虑拱部是弧型体，且浇筑混凝土厚薄不均、密度不一致；还要考虑浆液的扩散向两侧速度快，距离也相对较远，而向进深方向扩散的距离就近等。
5、注浆过程中的技术措施
（1）一个孔段的注浆作业一般应连续进行直到结束，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、制止串浆冒浆等而有意中断,则应先扫孔至原设计深度以后进行复注。
（2）注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工。
岩层破碎容易造成坍孔时，采用前进式注浆，否则采用后退式注浆。
（3）当注浆中断时间超过浆液的凝胶时间，应在浆液凝胶之前把浆液从注浆管路系统中排出，用清水冲洗干净，查明中断原因，排除故障，处理好以后再恢复注浆。
（4）注浆中出现注浆压力突然下降、流量增大，属跑浆或超扩散，可采用缩短凝胶时间，增大浆液浓度或采用低压、间歇注浆方法，及时调整处理。
（5）为减小对围岩的扰动和不破坏注浆帐幕，施工中宜采用微震爆破开挖，原则上采取短进尺、密布眼、少药量、弱爆破，同时，要加强爆破震动监测。
6、判定结束条件
单孔注浆的结束条件为：注浆压力达到设计值，浆液的注入量达到设计要求的80%以上。
全段注浆的结束条件为：全部注浆孔均符合单孔注浆的结束条件，保证没有漏注现象。
注浆结束后要对各孔的注浆效果进行复查，如果发现有未达到要求的现象，应立即补孔注浆。
参考文献
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