1、隧道全断面注浆技术圆梁山隧道全断面注浆技术摘 要：圆梁山隧道是渝怀线上最长的铁路隧道，隧道出口掘进至PDK355+020时遭遇岩溶涌水突泥，导致开挖面被淹，严重影响了正常施工，通过地质钻探等综合预测预报手段并结合涌出物分析，决定采用全断面预注浆技术进行封堵，有效地堵住了地下水，并对围岩进行了加固，恢复了正常施工。 关键词：隧道岩溶涌水突泥全断面注浆 1 概述 圆梁山隧道全长11068m，是新建铁路渝怀线上最长的单线隧道，隧道主要穿越毛坝向斜和桐麻岭背斜，其中毛坝向斜高压富水区总长2200m，向斜翼部最大埋深780m，核部最小埋深550m。该段岩溶和岩溶水异常发育，岩溶、高压富水是地质难题。根据
2、设计资料，毛坝向斜段正常涌水量为55000m3/d，最大涌水量83000m3/d，且洞身处存在4.6MPa的高静水压力。毛坝向斜高压富水区大量排水将会引起地下水位大幅度下降，甚至可能被疏干，直接影响居民的生产、生活用水，也可能引起局部地面的塌陷或开裂。为了减少隧道修建对周围环境的影响。针对圆梁山隧道高压富水区采取了“注浆堵水，限量排放”的施工原则。 2 开挖面超前地质探测及涌出物分析 为确保圆梁山隧道的安全优质、快速顺利施工，有效地采取施工方案，选择合理的注浆方法，在圆梁山隧道施工中采取了多种地质超前预测预报手段，如超前探水孔钻探、红外线、TSP地质雷达超前地质预测预报和地质素描等手段，通过对
3、地质预报信息的综合分析，可以比较准确地判明前方地质情况。 2.1探测过程 圆梁山隧道出口端平导掘进到毛坝向斜高压富水区后，独头掘进达7133m，并在PDK355+058处开始进行反坡开挖，为了确保施工安全，每30m进行一次超前钻孔，以探明前方地质情况，圆梁山隧道出口端平导开挖至PDK355+019时，于2003年6月27日6点开始在掌子面采用MKD-5S地质钻机进行常规超前探测工作。超前探孔布置如图1所示。 图1探水孔横断面布置图2注浆段地质情况示意Fig.1Layoutofwater-exploringholesFig.2Geologicprofileofgroutingsegment 在探
4、水孔施作过程中，探1在整个钻进过程中，岩粉为深灰色颗粒，有白色方解石颗粒，有刺激性气体逸出；钻至3m处为破碎岩层，宽度约0.20.3m，钻孔内有水涌出，涌水量为20m3/h，充填有黄泥；840.6m岩粉为深灰色，较坚硬，局部有破碎灰岩，发生卡钻。探2有少量水，钻进过程岩石破碎。探3孔深30.20m，当探水孔钻至15m处有0.30.5m岩溶管道，有岩溶水涌出，充填有泥砂和粘土，并含少量砾石，6月27日测得钻孔涌水压力为1.4MPa，全孔涌水量实测100m3/h左右。于2003年6月28日结束探孔。通过探孔情况和地质资料分析掌子面前方3m处有一宽度较小的破碎带，在15m处发育一小型岩溶管道。由于泥
5、砂太多及停电影响，同时洞外大量降雨，导致探3#孔涌水量及水压急剧增大，7月 图5掌子面涌水量变化曲线图6水压力变化曲线Fig.5CurveofwatersprayingonthefaceFig.6Curveofhydraulicpressure 3 注浆设计及施工 3.1注浆方案的确立 根据超前探孔过程中涌水状况，从安全性、经济性考虑，结合该工程实际情况，针对前方出现的岩溶管道水，经过反复研究，制订了“以堵为主”的施工原则，采用了“注浆堵水，封堵岩溶管道，加固破碎地带”的施工方案。根据溶洞区工程及水文地质复杂，选用“深浅孔结合复式全断面注浆”堵水措施。 3.2顶水注浆和小导管周边注浆 根据二院
6、要求及现场实际，在掌子面施作厚2.53m砼止浆墙，两个探水孔的孔口管预埋入止浆墙，然后对其进行顶水注浆。由于砼止浆墙与开挖面周边密封施做的不够严密，导致顶水注浆时周遍跑浆严重，于是决定在止浆墙周边进行小导管注浆。如图7所示。 小导管注浆管长L=3m，采用32mm焊接钢管。注浆管前端加工成圆锥状并封死。花管部分长2m，在花管段上间隔30mm40mm，按梅花型布设46mm的溢浆孔。管尾部分采用两道8mm的圆型钢筋焊箍，其中一道用于缠上60cm左右的麻丝后用于止浆，另一道采用丝扣和注浆管连接。 小导管沿隧道开挖轮廓线布置，略向外倾斜，外插角为50100。 注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆和HSC浆液，
7、其配比为W:C=0.8:1，C:S=1:1，凝胶时间为30s3min。超细水泥MC浆，其水灰比为1:10.6:1，HSC浆液水灰比为1:10.8:1，凝胶时间为30min60min。 注浆结束标准采用定压结合定量的原则，注浆终压为23MPa，单孔注浆量为0.20.4m3。 图7顶水注浆和小导管注浆布置(单位：mm)Fig.7Layoutofwithstand-watergroutingandsmallpipe-grouting 3.3超前预注浆加固 全断面超前预注浆是在整个断面上布孔，通过注浆形成截水帷幕，并加固周围岩体，注浆加固范围为隧道开挖面及开挖轮廓线外5.0m，注浆段长30m，即PDK
8、354+0209DK355+990。注浆设计如图8、9所示。 注浆孔采用MKD-5S型钻机成孔。开始用大直径钻头钻进2m后安设108mm无缝钢管作为孔口管。再改用90mm钻头钻至1530m。孔口管长度150cm，孔口处缠60cm的麻丝。并用HSC浆锚固。 钻孔深度以达到钻入岩层23为原则，采用前进式分段钻进和注浆工艺。 在岩溶管道段注浆是以堵水加固为目的，在岩石破碎带（少量水）注浆是以加固地层为目的。因此在浆液配置及单孔注浆顺序上予以区别对待。 用引水管将水引出后，封闭掌子面。注浆时关闭阀门，形成静水压力注浆。 对破碎无水岩层，初始注浆可注入稀浆（1.5:11:1）,因稀浆中的水泥颗粒在脉冲压
9、力的作用下对冲开及沟通裂隙能够起到润滑剂的作用,一旦裂隙冲开后即进入正常的双液浆注浆。 对于涌水量较大岩层，凝胶时间可适当缩短，使浆液进入地层后能较快凝固，避免浆液随水流失，达到控制注浆的目的。 图8超前预注浆孔位布置(单位:cm)Fig.8Crosssectionofadvancedpre-groutingholes图9超前预注浆纵断面布置(单位:cm)Fig.9Longitudinalsectionofadvancedpre-grouting 3.4注浆材料 注浆材料采用普通水泥单液浆或普通水泥水玻璃双液浆（CS）。 注浆孔无水时采用普通水泥单液浆，水灰比W:C=0.8:11:1；有水孔则
10、采用单液水泥浆、普通水泥水玻璃双液浆（CS浆）和超细水泥浆、HSC浆，根据水量大小选择配比和浆液凝胶时间。涌水量小时，水泥C浆：水灰比W:C=1.:10.8:1，C:S=1:10.8:1,水玻璃S浆浓度30Be。孔内水量较大时，水灰比W:C=0.8:10.6:1，C:S=1:0.30.6,水玻璃S浆浓度3540Be，当双液注浆压力上升到3MPa左右时，开始注入超细水泥（MC）或HSC浆，直到达到设计终压7MPa。 3.5注浆工艺 采用前进式分段注浆工艺，钻一段，注一段。分段长度根据钻孔情况确定，若出现大的涌水或泥砂（Q10m3/h）则按12m分段；若涌水涌泥（砂）较小（Q10m3/h）或轻微卡
11、钻，则钻孔注浆段长度可适当加大至35m。如无涌水涌泥（砂）和卡钻的情况发生，则可采用全孔一次性注浆方式进行。以保证注浆质量和减少扫孔作业，增加作业时间和效率。 3.6注浆参数 注浆参数主要依据设计加固范围和经验选定，本段注浆纵向加固长度30m，主要参数如表1所示 表1注浆参数表Table1Parametersofgrouting参数名称全断面深孔超前预注浆备 注加固范围掌子面及开挖轮廓线外5m钻孔深度15m30m浆液扩散半径2m凝胶时间30s2min30s普通水泥水玻璃双液浆注浆速度10100L/min注浆分段岩层完整且有水35m、岩层破碎且有水12m根据钻孔情况确定注浆终压69MPa单段注浆
12、量1.13.32m3/m单段注浆量按Q=R2Ln计算参数取值n=0.10.3=0.8 =1.1 3.7注浆顺序 注浆顺序原则上先施作短孔，再施作长孔，最后施作检查孔。注浆孔顺序按由外到内，从下往上分三序孔施工。三序孔的设计原则是水平方向上采取跳孔原则（序孔采取跳孔，序孔采取间隔跳孔，序孔为余下孔位），垂直方向上采取隔行跳排原则。同时结合涌水水源点位置和水流方向，按由有水孔到无水孔的顺序施工，检查孔施工顺序待注浆孔注浆结束后视现场情况而定。 3.8注浆结束标准 采用定量定压相结合方式进行注浆结束标准控制，当注浆量达到设计注浆量时，而注浆压力不上升则调整浆液配比，缩短凝胶时间，并采取间歇注浆措施，
13、控制注浆量。或注浆压力达到设计终压，且注浆量达到设计注浆量的80%以上，即可结束注浆。 3.9效果检查与补孔注浆 根据现场钻孔所揭示的地质状况，结合注浆过程中P-Q-t曲线分析，选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查。检查孔初步布设参见图9。检查孔应不坍孔、不涌砂，单孔涌水量应小于0.2L/mmin。若达不到效果则将检查孔作为注浆孔进行注浆，注浆结束后再钻检查孔进行效果检查，直至达到设计要求。必要时可取芯检查。 4 注浆效果评定 圆梁山隧道出口平导PDK355+020PDK354+990岩溶管道裂隙段全断面注浆，自2003年7月6日开始至8月6日结束，历经30天，注浆完成后，岩溶管道水被完全封堵，堵水效果很好，9个检查孔均无水无砂，成孔良好。在随后的开挖中岩壁干燥无水，溶管水得到有效的封堵，破碎带得到了明显的加固。同时浆液扩散较远，距离平导30m的8#通道YK0+058处左侧拱顶的一处裂隙水也得到了有效的封堵，为保证迂回导坑和平导顺利贯通创造了有利的条件，说明此次注浆堵水和加固是非常成功的。