王 鵠，沈宇鵬

(1.中咨工程建設監(jiān)理公司，北京 100084;2.北京交通大學土木建筑工程學院，北京 100044;3.北京交通大學軌道工程北京市重點實驗室，北京 100044)

化學注漿[1]是將一定的化學原材料(有機或無機材料)配制為真溶液(單液或多液)，用泵送工具將其壓入巖(土)層縫隙內(nèi)，使其擴散、滲透、固化或膠凝，降低巖(土)層的滲透性，提高其強度，減小其變形。自從1802年法國人Charles Berlghy最早把注漿法用于Dieppe沖刷閘以來，注漿技術經(jīng)歷了200多年的發(fā)展歷程，已被廣泛應用于工程建設的各個領域[2]。上世紀60年代末期，我國首次將注漿技術用于礦井水害的預防和治理[3]，白峰青[4]、唐愛松[5]、李治國[6]等學者使用注漿法并通過歸納總結，發(fā)展了注漿技術。1884年印度首先開始使用化學注漿。后來隨著化學注漿技術的發(fā)展，形成了種類繁多、品種各異的注漿材料，主要分為水泥漿液和化學漿液。水泥漿液由于需要一定時間完成初凝才能達到止水目標，且在水壓高的地段由于水泥漿液的流失達不到止水效果，因此在水壓高的地段常用化學注漿替代水泥注漿止水。

本文以佛嶺隧道止水工程為研究背景，分析了該隧道涌水的原因，結合工程條件提出了采用化學注漿的手段，并提出了合適的注漿材料和注漿參數(shù)，達到了止水的目標;最后通過量測的平均收斂值與拱腳下沉量，評價了佛嶺隧道的注漿效果。以期為類似工程提供參考。

1 佛嶺隧道概況

1.1 地質條件

佛嶺隧道跨越兩個地貌單元，K12+555—K15+920屬于構造剝蝕侵蝕中山區(qū)，山勢陡峭，多懸崖陡壁，地層產(chǎn)狀平緩;K12+920—K21+364為構造剝蝕微侵蝕中山區(qū)，基巖裸露。佛嶺隧址區(qū)地層由新到老依次為第四系全新統(tǒng)沖洪積黃土狀土、卵石，第四系中更新統(tǒng)黃土、殘坡積碎石，寒武系中統(tǒng)張夏組泥質條帶灰?guī)r、下統(tǒng)饅頭組和毛莊組泥質頁巖、泥質砂巖及石英砂巖，太古界龍華河群翻梁溝組混合花崗片麻巖和輝理組黑云斜長片麻巖。

1.2 隧道條件

隧道按高速公路標準設計:速度80 km/h，公路—Ⅰ級;正常段隧道建筑限界為凈寬10.75 m、行車道3.75 m×2 m、限高5 m;緊急停車帶隧道建筑限界為凈寬13.25 m、行車道3.75 m×2 m、限高5 m。

2 佛嶺隧道涌水情況及原因分析

2.1 涌水情況

2012年6月21 日上午7:30左右，佛嶺隧道左線掘進至K13+618掌子面時，爆破完成后，在此斷面上臺階左下角處出現(xiàn)劇烈涌水現(xiàn)象，次日上午洞內(nèi)水面高程達到766.99 m，未繼續(xù)上升，初步估計涌水量約3萬m3。2012年6月22日，開始進行積水抽排工作，7月6日積水降至K13+618涌水點處。截止9月18日累計抽水約130萬m3。

左線隧道K13+618處上臺階左側為原涌水區(qū)，存水量大，水壓偏低。左線隧道K13+612處上臺階右側底部，在后期探水過程中，出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，有溶隙、空洞和較大裂縫存在，同時出水量相對左側涌水區(qū)較小，水壓低。

右線隧道K13+634處上臺階左下側掌子面前方17 m附近探明有溶隙、空洞和較大裂縫存在，同時出現(xiàn)涌水，水量較大，水量相對左洞涌水區(qū)較小，壓力低。右線隧道K13+634上臺階右側掌子面上鉆孔時出現(xiàn)淺孔射水，水壓約為0.1～0.2 MPa，出水量衡定，無雜質，屬清水水系。

2.2 原因分析

1)通過涌水前后臨近小河出現(xiàn)間歇斷流，地表自然降雨后涌水量增大，涌水后附近正常飲用井水出現(xiàn)了明顯的水位下降等特征，可以初步判定此地段涌水屬承壓式遠程平衡涌水，與地表水系、地表溪流有泌透貫通跡象，屬低壓大儲水量水系。

2)隧道左洞涌水水系為聯(lián)系水系，與右線隧道相互關聯(lián)。容水方式為巖體裂隙水或連續(xù)分布溶腔、溶槽內(nèi)積水，由多支路水系補給。右洞溢流射水區(qū)域圍巖為泥質砂巖、石英砂巖，巖石表面弱風化，受放炮擾動后遇水易解體。

3)由隧道左洞突發(fā)性涌水位于上臺階與掌子面右邊墻夾角處，可判斷右洞上臺階掌子面與左邊墻存在空洞;左右兩隧道中心相距30 m，左右隧道凈距不超過16 m。因此，推測右洞仰拱背部明顯有富水空洞或貫通性裂隙。

通過對隧道圍巖及內(nèi)部水量、水壓和水路基本情況分析，結合地表水調查以及地貌觀察，初步判定6月21日出現(xiàn)的涌水屬不透水的泥質砂巖與富水的石英砂巖接觸帶大的裂隙或孔隙涌水。

3 化學注漿

為了杜絕隧道施工過程中出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，結合涌水原因，采用化學注漿的方式，快速隔斷隧道仰拱與地下水的聯(lián)系。

3.1 注漿前的調查

①對地層做詳細的調查和勘察。②調查巖溶間隙的大小、均質性、長度，巖層間隙的性質，有無障礙物，含水狀況如何，以便選擇注漿材料。③為了防止發(fā)生串漿和跑漿現(xiàn)象，使注漿效果滿足要求，要了解地下水的性質與流動方向，包括地下水位、滲透性、水溫、流速、間隙水壓等指標。④有堿性物質、酸性物質、有機物質等存在于注漿地層中時，會導致注漿材料的性質發(fā)生變化，即使?jié){液注入，也達不到需要的注漿目的。因此，要測定PH值，通過灼燒堿量、蒸發(fā)殘渣等試驗來證實所選材料的適應性。⑤經(jīng)濟核算。

3.2 注漿材料的選擇

針對佛嶺隧道涌水和地質情況，擬采用以下3種不同的注漿堵水材料:水泥—水玻璃雙液漿、丙烯酸樹脂注漿材料、高強類聚氨酯。

漿液類型的選擇根據(jù)巖溶水賦存情況和涌水量大小確定:當遇到斷層破碎帶或正常裂隙時選用雙液漿(水泥—水玻璃);當遇到大的裂隙、空腔涌水時，選取丙烯酸樹脂進行體積置換，并選取高強類聚氨酯進行補強。以上3種注漿材料各有所長，在注漿過程中配合使用。

3.3 注漿施工流程

具體注漿施工流程見圖1。

圖1 注漿施工流程

3.4 注漿參數(shù)的選取

考慮實際涌水位置和涌水量，設計隧道注漿參數(shù):在距左線隧道掌子面20 m時，采用直徑89 mm的注漿孔，注漿孔長度控制在隧道開挖輪廓線(下導坑及仰拱)以外6 m，橫向單排，俯角28°布孔;每序列靠邊墻的注漿孔向隧道開挖輪廓線外傾10°成孔。注漿孔采用梅花形布置，孔距為2.0 m×2.0 m(注漿過程中可根據(jù)實際測定的漿液擴散半徑對孔距進行調整)。對于鉆孔過程中有溢水、流水、涌水的注漿孔，采用快速膨脹式注漿材料進行裸孔化學注漿;對于無流動水的注漿孔安設長度不小于3 m的φ89 mm鋼管，選用水泥—水玻璃雙液漿進行注漿。注漿順序為依序列跳孔式鉆孔注漿。詳見圖2。

圖2 上臺階仰拱橫向加固注漿孔布置(單位:m)

4 注漿效果

1)圍巖分析試驗

為了驗證注漿對圍巖的改善情況，對注漿區(qū)域進行了鉆芯取樣，進行結石率和抗壓強度測試。結果表明:圍巖結石率達到了97.4%，28 d平均抗壓強度達到了10.3 MPa，均滿足規(guī)范要求。

2)平均收斂與拱頂下沉

為測定注漿效果，對平均收斂與拱頂下沉進行了量測。結果見圖3。

圖3 注漿后隧道平均收斂與拱頂下沉情況

由圖3可見:隧道斷面平均收斂在注漿后穩(wěn)定較快，大約在15 d就完成總變形量的75%，30 d后基本沒有出現(xiàn)收斂變形，收斂值不到7 mm。隧道拱頂下沉與平均收斂表現(xiàn)基本一致，即在前15 d就完成總變形量的75%，30 d后基本沒有出現(xiàn)變形。拱頂沉降較小，最終沉降量不大于13 mm。

從開挖過程來看，漿液劈裂效果顯著，劈裂厚度為0.4～1.0 mm，并有滲透現(xiàn)象。

5 結論

1)當遇到斷層破碎帶或正常裂隙時選用水泥—水玻璃雙液漿;當遇到大的裂隙、空腔涌水時選取丙烯酸樹脂進行體積置換，并采用高強類聚氨酯進行補強。

2)注漿后圍巖結石率達到了97.4%，28 d平均抗壓強度達到了10.3 MPa，均滿足規(guī)范要求。隧道斷面凈空收斂和拱頂下沉在注漿后穩(wěn)定較快，大約在15 d就完成總變形量的75%，30 d后基本沒有出現(xiàn)收斂變形。平均收斂和拱頂沉降量均較小。

本工程實踐證明化學注漿能有效抑制巖溶地區(qū)隧道突水，為隧道的安全施工提供保障。

[1]馬國彥，林秀山，崔志芳，等.灌漿與地下水排水新技術研究[C]//新世紀巖石力學與工程的開拓和發(fā)展——中國巖石力學與工程學會第六次學術大會論文集.北京:中國水利水電出版社，2000.

[2]蔣碩忠.我國化學灌漿技術發(fā)展與展望[J].長江科學院院報，2003，20(5):25-27.

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[6]李治國.隧道巖溶處理技術[J].鐵道工程學報，2002(4):61-67.