金煜堃

（中鐵十九局集團第五工程有限公司 遼寧大連 116100）

當隧道開挖施工通過極高風險的富水軟硬巖層接觸帶時，一般多采用超前周邊帷幕注漿的方法進行堵水。我們在建平隧道掘進施工中發(fā)現(xiàn)，使用這種注漿堵水方法效果不佳,掌子面仍然有線狀、股狀出水，巖層依然松散,施工安全隱患較大。針對上述情況，我們使用先壓注“磷酸+水玻璃”注漿液快速堵水，接著再壓注“水泥+水玻璃”注漿液加強止水固結(jié)體強度的創(chuàng)新注漿堵水方法，順利地通過了隧道富水軟硬巖層接觸帶的開挖施工。實踐證明這種施工方法不但堵水效果好,還加固了被開挖的巖體，施工操作簡單快捷，工程造價相對較低，還能保證施工安全。

1 工程概況

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路工程CFSG-3標段的建平隧道全長11340m，主要巖性包括片麻巖、凝灰?guī)r和安山巖，Ⅳ級、Ⅴ級圍巖占隧道全長的66%。其中：DK030+060～DK036+300段為片麻巖，強風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎； DK036+300～DK037+800段為凝灰?guī)r，強風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，呈角礫碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)；DK037+800～DK041+400段為安山巖，弱風化，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體破碎，呈角礫碎石狀，松散結(jié)構(gòu)，易發(fā)生圍巖失穩(wěn)塌方和大變形。隧道正洞里程DK36+550～DK35+360段風險評估表中說此段突泥、突水的概率等級為“很可能”，風險等級為“極高風險”。超前地質(zhì)預(yù)報顯示此段縱橫波速度和動態(tài)楊氏模量出現(xiàn)明顯波動下降。推斷該段圍巖巖性明顯變差，巖體破碎～極破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育～極發(fā)育。推斷此段地層應(yīng)為凝灰?guī)r與片麻巖巖性接觸帶，地下水極發(fā)育。

2 創(chuàng)新的注漿堵水技術(shù)工藝原理

富水段軟硬巖層接觸帶的地下水具有聚集性和貫通性，通過掌子面出水點四周的圍巖裂隙涌出?！傲姿?水玻璃”液漿具有良好的親水性，漿液滲透能力強，能與地下水快速反應(yīng)，固結(jié)速度快，能將出水點附近的圍巖縫隙瞬間凝結(jié)，快速硬化形成不透水的固結(jié)體，達到注漿止水效果。但是用壓注“磷酸+水玻璃”液漿形成的固結(jié)體強度比較低，止水之后必須立即壓注“水泥+水玻璃”液漿來提高不透水固結(jié)體的強度,起到加固的效果。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工操作要點

3.2.1 施工準備

(1)鉆孔、注漿設(shè)備

針對巖層接觸帶處于不同位置采用不同的鉆孔設(shè)備。當巖層接觸帶位于拱部附近時，采用小導(dǎo)管挑頂注漿和徑向注漿方法，使用YT28氣腿式鑿巖機鉆孔；當巖層接觸帶位于掌子面中心或邊墻附近時，使用TXU-200型鉆機成孔，鉆桿采用φ42中空鉆桿和專用鉆頭鉆孔，利用鉆桿進行深孔注漿。

注漿使用ZJS-5型雙液注漿泵，注漿壓力可達10～15Mpa。兩個缸同步運動，行程相同，工作缸端各有一套獨立的吸、排漿系統(tǒng)，兩種漿液經(jīng)過混合器混合后進行注漿。施工中我們在其中一個進漿閥組處增加一個三通開關(guān)，分別連接磷酸漿液和水泥漿液的兩條管道和漿液貯罐，做到不需清洗注漿泵就可以先壓注“磷酸+水玻璃”液漿,只須轉(zhuǎn)換一下三通開關(guān)就可以接著壓注“水泥+水玻璃”液漿。(2)注漿材料[1]、[2]

注漿所用的磷酸、水玻璃、水泥等注漿材料應(yīng)滿足以下技術(shù)指標：水泥：普通硅酸鹽水泥，強度等級P.O42.5；水玻璃：波美度39～41Be′，模數(shù)2.7～3.5；磷酸：密度1.5～1.8g/cm3。。

3.2.2 編制注漿方案

根據(jù)隧道設(shè)計文件提供的地質(zhì)資料和超前地質(zhì)預(yù)報（TSP）資料，結(jié)合現(xiàn)場加深炮孔探測的地質(zhì)情況，判斷巖層接觸帶里程，圍巖巖性，含水情況，編制注漿方案。

3.2.3 注漿孔布置

(1)出水點位于拱部附近

當出水點位于拱部附近時，采用超前小導(dǎo)管挑頂注漿和徑向注漿的方法。超前小導(dǎo)管挑頂注漿能在拱部形成防水固結(jié)體?？v向注漿長度為大于2倍開挖進尺，一般為3.0m～3.5m。超前小導(dǎo)管的環(huán)向間距為0.3～0.5m，孔徑為Φ42～Φ50，用4分無縫鋼管制作注漿管。

當出水量較大，掌子面滲漏水較嚴重時，可用徑向注漿的方法加固后方，確保施工安全。徑向注漿孔按梅花形布置，孔口環(huán)、縱向間距1.0m，孔徑Φ42～Φ50,注漿管用4分無縫鋼管制作。

（2）出水點位于掌子面中心

當出水點位于掌子面中心時，根據(jù)出水量大小采用出水口周邊注漿的方法。用TXU-200型鉆機成孔，注漿采取橫噴射注漿和回抽注漿方式，將出水區(qū)域分孔分流，逐個封閉，如圖2。

圖2 TXU-200型鉆機成孔、注漿示意圖

采取從出水點下方開始施工分流孔，分流孔成孔注漿后逐層向上施工，如圖3。針對巖層出水量大小的不同，可以先在出水點下方0.5m處設(shè)置第一排下層分流孔，下層分流孔橫向一般布置2～4個，間距0.8～1.6m，上下一般設(shè)置2～3排，間距0.8～1.6m。間距可以根據(jù)圍巖裂隙發(fā)育程度和出水量進行相應(yīng)調(diào)整。

圖3 下層分流孔示意圖

下層分流孔注漿完成后，在出水點左右兩側(cè)分別施工中層分流孔。中層分流孔布置在出水點的兩側(cè)，第一個孔距出水點0.5m，每側(cè)設(shè)置1～3個，中層分流孔的間距0.5～1.0m（間距可以根據(jù)圍巖裂隙發(fā)育程度和出水量進行相應(yīng)調(diào)整），用Φ42中空鉆桿鉆孔。中層分流孔注漿從遠離出水點的孔開始，如圖4。

圖4 中層分流孔示意圖

中層分流孔注漿完成后，在出水點上方設(shè)置上層分流孔。上層分流孔一般設(shè)置一排1～3個，間距1.0～2.0m，可以根據(jù)出水情況相應(yīng)調(diào)整。如圖5。

圖5 上層分流孔示意圖

（3）出水點位于邊墻附近

當出水點位于邊墻附近時，可以根據(jù)出水量大小采取內(nèi)側(cè)設(shè)置所謂的“帷幕”孔，外側(cè)采用超前小導(dǎo)管插邊注漿和局部徑向注漿的方式進行處理。

“帷幕”注漿孔用TXU-200型鉆機成孔、注漿。首先根據(jù)出水點位置在隧道邊墻內(nèi)側(cè)施工“帷幕”孔，距出水點1.0～2.0m，上下孔距0.5～0.8m，（間距可以根據(jù)圍巖裂隙發(fā)育程度和出水量進行相應(yīng)調(diào)整），用TXU-200型鉆機成孔。如圖6。

圖6 “帷幕”孔示意圖

“帷幕”孔鉆孔、注漿完成后進行邊墻超前小導(dǎo)管鉆孔、注漿，形成對出水點的圍堵。對出水點采用單孔高壓注漿的方式進行堵水，在出水點四周0.5m處用TXU-200型鉆機成孔、注漿。需要時對邊墻的初期支護采用徑向注漿的方式進行處理。處理方式如3.2.3節(jié)（1)所述。

3.2.4 鉆孔

（1）YT28氣腿式鑿巖機成孔

用YT28氣腿式鑿巖機鉆孔過程中，通過對鉆進速度的測試和對鉆孔巖芯的觀察獲取隧道掌子面前方巖石的強度指標、可鉆性指標、地層巖性資料、巖體完整程度及地下水大小等各方面的資料。

（2）TXU-200型鉆機成孔

用TXU-200型鉆機鉆孔時用Φ42中空鉆桿慢速鉆進，嚴格控制鉆孔深度，密切觀察鉆孔溢水情況。鉆孔時每鉆進一段，檢查一段，及時糾偏，確保鉆孔準確。退出鉆桿的過程中進行注漿，嚴格控制鉆桿退出速度，每次退出不宜大于200mm。

3.2.5 注漿

注漿漿液用“磷酸+水玻璃”液漿和“水泥+水玻璃”液漿。

“磷酸+水玻璃”液漿中磷酸用稀釋溶液,與水玻璃的體積比為1:1。磷酸稀釋溶液為用水稀釋的磷酸，比例為17L磷酸兌210L水。

“水泥+水玻璃”液漿中水泥漿與水玻璃溶液體積比為1：0.8～1：1，其中：水泥漿為水泥與水的溶液，質(zhì)量比為0.8:1～1:1，水玻璃溶液為水稀釋水玻璃，體積比為1：3。

注漿參數(shù)：（1）注漿終壓：小導(dǎo)管注漿0.5～1.5MPa，TXU-200型鉆機注漿10～15MPa；

（2）凝固時間：“磷酸+水玻璃”液漿為速凝注漿劑，液漿凝固時間1～2分鐘；

（3）鉆桿回抽幅度：約150～200mm；

（4）注漿速度：與地層孔隙及地層密實度有關(guān)，注漿速度應(yīng)為每分鐘10～20L；

（5）注漿結(jié)束標準：注漿量與注漿壓力雙控。每根導(dǎo)管注入規(guī)定漿液、壓力達到注漿終壓即可結(jié)束注漿。如壓力長時間不上升，流量不減少，可能是跑漿，可采用間歇注漿的方法注漿。

4 結(jié) 語

新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路工程建平隧道施工過程中，采用先壓注“磷酸+水玻璃”漿液快速堵水，接著壓注“水泥+水玻璃”漿液加強不透水固結(jié)體強度的注漿堵水方法，止水效果明顯，掌子面上杜絕了線狀、股狀出水的情況，掌子面巖體被注漿漿液固結(jié)，消除了塌方的隱患，開挖施工順利地通過了富水軟硬巖層接觸帶，縮短了工期，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。