袁晏仁 李金求 周 凱

(中國(guó)建筑第五工程局有限公司 長(zhǎng)沙 410004)

1 工程概況

中梁山隧道是重慶市軌道交通1號(hào)線(沙坪壩—大學(xué)城段)雙碑北站—賴家橋站區(qū)間的一部分，兩側(cè)與高架橋線路連接，隧道右線起點(diǎn)里程為K 23+808.000，隧道右線終點(diǎn)里程為K 28+137.000，全長(zhǎng)4.329 km。隧道位于沙坪壩區(qū)，橫穿中梁山脈，整體呈東西走向，最大埋深約270 m，除洞口段外均為深埋隧道。

中梁山隧道出口掘進(jìn)至K 26+522時(shí)出現(xiàn)高壓巖溶裂隙涌水，水量大，水壓力高，涌水中夾帶大量的泥砂，嚴(yán)重威脅施工安全。涌水對(duì)地下水平衡造成威脅，同時(shí)余家灣水庫(kù)水位出現(xiàn)急劇下降，給歌樂山居民的生活用水造成威脅。因此，項(xiàng)目部決定采取注漿措施對(duì)涌水進(jìn)行處理。

注漿采取全斷面注漿堵水方式，本循環(huán)超前堵水注漿范圍為K26+522～+492，縱向長(zhǎng)25 m(不含止?jié){墻)，徑向加固范圍為開挖工作面及開挖輪廓線外6 m，分別在K26+512和K26+504處布設(shè)兩個(gè)補(bǔ)孔斷面加強(qiáng)注漿堵水效果，共設(shè)計(jì)注漿孔96個(gè)，注漿完成后經(jīng)過(guò)效果評(píng)定可滿足設(shè)計(jì)要求則進(jìn)行開挖施工，循環(huán)開挖長(zhǎng)度20 m。

2 超前注漿堵水施工方案

2.1 處理原則

考慮到隧道涌水下穿余家灣水庫(kù)，為避免涌水造成大量地表水損失及環(huán)境破壞，對(duì)該段涌水采用“排堵結(jié)合，以堵為主，綜合治理，保護(hù)環(huán)境，不留后患”的原則治理［1-3］。

2.2 掌子面封閉及作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

為形成封閉的注漿施工環(huán)境，需在掌子面噴射C 25混凝土，厚度30 cm，噴漿后要求掌子面密實(shí)、平整。為滿足大型進(jìn)口鉆機(jī)作業(yè)要求，需要在工作面鋪設(shè)鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)平臺(tái)長(zhǎng)13 m，預(yù)留作業(yè)工作空間高度5 m。鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)需采用洞渣回填密實(shí)，平臺(tái)表面澆筑30 cm厚C 25混凝土與止?jié){墻成為整體，如圖1所示。

圖1 場(chǎng)地布置圖

2.3 超前堵水注漿設(shè)計(jì)

超前堵水注漿設(shè)計(jì)如圖2～圖3所示。

2.4 注漿參數(shù)

超前堵水注漿參數(shù)見表1。

2.5 注漿順序

超前堵水注漿順序總體原則為由外到內(nèi)、由上到下、間隔跳孔，分三序孔施工。

2.6 注漿材料

注漿材料采用普通水泥-水玻璃雙液漿。水灰比為(0.8 ～1.2)∶1，體積比為 1∶1。原材料為普通硅酸鹽水泥、水玻璃(濃度:35Be;模數(shù):2.4 ～2.8)。

圖2 超前堵水注漿開孔布置圖

圖3 超前堵水注漿縱斷面圖

表1 超前堵水注漿參數(shù)

2.7 注漿工藝

超前堵水注漿采用前進(jìn)式分段注漿工藝:

1)標(biāo)定孔位，確定鉆進(jìn)外插角后，采用Φ130 mm鉆頭低速鉆進(jìn)至1.8 m，安設(shè)2 m的孔口管。

2)孔口管采用Φ108 mm，δ 4 mm無(wú)縫鋼管加工，管長(zhǎng)2.0 m，孔口管外壁纏繞50～80 cm長(zhǎng)的麻絲成紡錘形，采用鉆機(jī)沖擊到設(shè)計(jì)深度，并用錨固劑錨固，以保證孔口管安設(shè)牢固、不漏漿。

3)為防止鉆孔過(guò)程中突發(fā)涌水突泥，孔口管安設(shè)完成前端須安設(shè)高壓閘閥，通過(guò)高壓閘閥進(jìn)行鉆孔注漿施工。

4)鉆孔注漿施工過(guò)程，原則上每次鉆深3～5 m后，退鉆進(jìn)行注漿施工，注漿達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，再鉆進(jìn)3～5m，并進(jìn)行注漿，如此循環(huán)直到鉆注到設(shè)計(jì)深度。

2.8 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

1)單孔注漿以定壓定量相結(jié)合。

定壓標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)地層涌水壓力注漿終壓定為5～6 MPa，單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并維持10 min以上可結(jié)束該孔。

定量標(biāo)準(zhǔn):注漿量根據(jù)地層圍巖孔隙率20%，單孔每米設(shè)計(jì)注漿量控制在4.0 m3，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.5～2倍，壓力仍然不上升，可采取調(diào)整漿液配比縮短凝膠時(shí)間或進(jìn)行間歇注漿等工藝使注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，結(jié)束該孔注漿。

2)全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是:設(shè)計(jì)的所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)漏注現(xiàn)象;按總注漿孔的5% ～10%設(shè)計(jì)檢查孔，檢查孔滿足設(shè)計(jì)要求。

2.9 施工監(jiān)測(cè)

為了保證在注漿過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全，防止因注漿或水壓過(guò)大而引起圍巖局部發(fā)生變形，鉆孔注漿施工期間須對(duì)注漿工作面后方30 m范圍進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)［4］。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為拱頂沉降、邊墻收斂、止?jié){墻位移;監(jiān)測(cè)頻率為1次/d?？刂茦?biāo)準(zhǔn)是:收斂速度v＜1 mm/d時(shí)，正常施工;v=1～5 mm/d時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，適當(dāng)采取措施;v=5～10 mm/d時(shí)，應(yīng)調(diào)整施工方案，加強(qiáng)支護(hù);v＞10 mm/d時(shí)，圍巖處于急劇變化狀態(tài)，暫時(shí)停止施工，采取特殊措施進(jìn)行處理。

3 注漿效果評(píng)價(jià)

為查明超前注漿后圍巖的完整性和裂隙情況，保證隧道施工安全，減少因地質(zhì)災(zāi)害或注漿失效而導(dǎo)致突水突泥及塌方的安全事故，采用紅外線探水法系統(tǒng)和超前探孔在掌子面里程K 26+522 m進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作［5］。

3.1 紅外探測(cè)法

3.1.1 紅外探測(cè)法原理

紅外探水法是根據(jù)探測(cè)紅外場(chǎng)強(qiáng)的變化來(lái)預(yù)測(cè)掌子面前方是否有含水體存在。在隧道中，圍巖每時(shí)每刻都在向外部發(fā)射紅外線能量，并形成紅外輻射場(chǎng)，場(chǎng)有密度、能量、方向等信息，巖層在向外發(fā)射紅外輻射的同時(shí)，必然會(huì)把它內(nèi)部的地質(zhì)信息傳遞出來(lái)。當(dāng)隧道掌子面前方及周邊介質(zhì)單一時(shí)，所測(cè)得的紅外場(chǎng)為正常場(chǎng)，當(dāng)前面存在隱伏含水構(gòu)造或有水時(shí)，產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)要疊加到正常場(chǎng)上，從而使正常場(chǎng)產(chǎn)生畸變。據(jù)此判斷掌子面前方一定范圍內(nèi)有無(wú)含水構(gòu)造。

測(cè)試掘進(jìn)工作面和隧道開挖縱向地濕場(chǎng)的變化情況，根據(jù)介質(zhì)的輻射紅外波段長(zhǎng)的能量變化，判定前方是否為隱伏含水構(gòu)造體，有無(wú)發(fā)生突涌水的可能。

3.1.2 超前探水的測(cè)線布置

掘進(jìn)掌子面場(chǎng)強(qiáng)測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。

從掌子面向已開挖方向，每間隔5 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)斷面，在拱頂、兩側(cè)邊墻上各布置兩條測(cè)線，測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于12個(gè)，如圖5所示。

圖4 掌子面測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖5 拱頂及側(cè)幫測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.1.3 注漿前探測(cè)結(jié)果

掌子面測(cè)點(diǎn)中最大場(chǎng)強(qiáng)和最小場(chǎng)強(qiáng)的能量差為4＜10μW/cm2，掌子面紅外輻射場(chǎng)強(qiáng)的差值小于安全值10，但掌子面右側(cè)紅外探測(cè)曲線波動(dòng)較大，初步推斷在一定范圍內(nèi)可能出現(xiàn)涌水。

從圖6～圖8看，前方的紅外場(chǎng)強(qiáng)，隨掘進(jìn)掌子面的推進(jìn)減小，從數(shù)值曲線上看，整體上變化幅度較大，在起點(diǎn)位置場(chǎng)強(qiáng)較高，呈斜向下直線平緩下降，并且較為一致。

通過(guò)掌子面場(chǎng)強(qiáng)及各側(cè)幫場(chǎng)強(qiáng)曲線判斷，掌子面前方30 m范圍內(nèi)掌子面右半側(cè)紅外探測(cè)曲線波動(dòng)較大，可以判斷掌子面前方30 m范圍內(nèi)紅外輻射場(chǎng)存在異常，該段在施工過(guò)程中可能出現(xiàn)涌水，地下水主要以巖溶水和溶隙裂隙水為主。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料發(fā)現(xiàn)，巖體整體破碎，溶蝕裂隙含水性較好，圍巖整體穩(wěn)定性差，掌子面右下放處有多日連續(xù)涌水。

3.1.4 注漿后探測(cè)結(jié)果

最大場(chǎng)強(qiáng)和最小場(chǎng)強(qiáng)的能量差為10＜16 μW/cm2，可判定前方探測(cè)范圍25 m的范圍內(nèi)存在含水體的可能性較小，巖層含水量極低。

從圖9～圖11可以看到。K 25+481前方的紅外場(chǎng)強(qiáng)，隨掘進(jìn)掌子面的推進(jìn)減小，中部及尾部先小幅下降后又小幅上升，中間拱頂與兩幫探測(cè)曲線下降趨勢(shì)較明顯。

圖6 左側(cè)幫場(chǎng)強(qiáng)曲線圖

圖7 右側(cè)幫場(chǎng)強(qiáng)曲線圖

圖8 拱頂場(chǎng)強(qiáng)曲線圖

圖9 左側(cè)幫場(chǎng)強(qiáng)曲線圖

圖10 右側(cè)幫場(chǎng)強(qiáng)曲線圖

圖11 拱頂場(chǎng)強(qiáng)曲線圖

通過(guò)掌子面場(chǎng)強(qiáng)及各側(cè)幫場(chǎng)強(qiáng)曲線判斷，掌子面K 26+522～+492區(qū)段存在徑流性含水量體的可能性極小，經(jīng)過(guò)超前帷幕注漿，巖體完整性較好，該循環(huán)注漿范圍內(nèi)裂隙水也較少。相比超前注漿前探測(cè)情況，注漿效果顯著。

3.2 超前探孔

在首次完成紅外探水后，施作探孔，鉆探總長(zhǎng)度30 m，探孔情況如表2所示。

表2 K 26+522～K 25+492段探孔情況

根據(jù)探孔的數(shù)據(jù)資料，掌子面富水區(qū)分布以隧道拱頂與拱腰為主，隧底含水體較少，探測(cè)結(jié)果與物探結(jié)果相符。

3.3 檢查孔

注漿結(jié)束后，根據(jù)該循環(huán)探孔和所有注漿鉆孔的出水情況以及地層吸漿的分布情況，對(duì)薄弱區(qū)域進(jìn)行效果檢查，經(jīng)檢測(cè)，檢查孔出水量小于0.2 L/min·m，任一孔出水量小于5 L/min。對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行成像，發(fā)現(xiàn)孔壁較為光滑，成孔性較好，無(wú)塌孔現(xiàn)象，已達(dá)到注漿效果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 注漿效果揭露情況

經(jīng)過(guò)多種手段檢驗(yàn)注漿效果均符合開挖要求和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行開挖施工，對(duì)開挖后裸露的巖體進(jìn)行地質(zhì)素描，發(fā)現(xiàn)注漿有效地封堵了巖溶裂隙和管道，起到了很好的加固封堵效果。開挖后的裸露巖體見圖12。

4 結(jié)語(yǔ)

圖12 超前帷幕注漿劈裂、填充擴(kuò)散情況

通過(guò)多項(xiàng)檢測(cè)和評(píng)價(jià)，認(rèn)為中梁山隧道下穿余家灣水庫(kù)高壓富水區(qū)巖溶裂隙、管道基本被帷幕注漿漿液所填充，堵水加固效果明顯，帷幕注漿的質(zhì)量較好，可發(fā)揮顯著的截流作用，達(dá)到了帷幕注漿的目的。同時(shí)，也說(shuō)明紅外線探水法能夠有效地進(jìn)行隧道施工的超前探水的定性預(yù)報(bào)，結(jié)合其他地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，超前探水預(yù)報(bào)結(jié)果和實(shí)際開挖揭露的情況一致性較好，地下水探測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性較高。

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