劉京增

（中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250000）

1 工程概況

歇馬隧道地質條件極其復雜，主要的工程不良地質有斷層、軟弱圍巖、溶洞、高壓富水、煤窯采空區(qū)、有毒有害氣體、瓦斯段等。而隧址區(qū)“三山兩槽”的特殊地質構造，使不良地質在槽谷地段集中發(fā)育。槽谷地段長約3000多m，高壓富水，巖溶極其發(fā)育、地表地下水水力聯(lián)系十分直接，施工中極易誘發(fā)涌水、突泥等地質災害，并會迅速地反映至地表，造成隧道施工難度及危險性成倍增加[1-3]。

本研究結合歇馬隧道復雜地質環(huán)境，就不同工程地質環(huán)境下注漿工藝流程進行適應性及工法優(yōu)化研究，以便為類似工程提供借鑒和參考。

2 軟弱破碎圍巖的掃孔控制注漿

2.1 注漿關鍵技術及操作要點

軟弱破碎圍巖掃孔控制注漿施工工法減免了混凝土止?jié){墻的施工，以解決傳統(tǒng)型注漿工藝在軟弱破碎圍巖段壓力上不去、孔口周邊圍巖裂隙溢漿等現(xiàn)象，保障隧道注漿效果。施工前在孔內預先放置一根略短于注漿孔深度的PVC 管或PE 管，并與孔口進漿管連接，注漿漿液通過PVC 管或PE 管直達注漿孔底部，避免注漿漿液在進入注漿孔的過程中被孔內涌水稀釋、沖刷分散，從而改變注漿漿液的化學性能。注漿設計參數(shù)見表1。

表1 注漿設計參數(shù)

該工法適用于超前帷幕注漿、超前局部預注漿、超前環(huán)向加固封堵注漿，特別適用于掌子面圍巖裂隙發(fā)育、軟弱破碎圍巖段的注漿加固施工。其關鍵技術在于對注漿孔位進行專項設計保證設計的科學性及可行性，并對各鉆孔情況做好記錄，掌握巖層性質、出水位置，為控制性注漿用PVC 導管插入孔內深度以及材料的選擇提供依據(jù)。注漿前首先通過試驗確定注漿漿液的凝結時間和強度，其影響因素主要包括注漿材料本身、漿液的水灰比例以及雙液的摻配比例；注漿過程中，根據(jù)圍巖出水情況及地下水壓力大小適時調整注漿壓力，通過漿液的擠壓、滲透作用快速加固周邊圍巖，防止周邊圍巖裂隙溢漿，從而保證注漿質量。

（1）注漿加固方案設計。按照設計文件、地質勘察資料及注漿質量標準等制定合理有效的實施方案。首先通過超前地質預報、孔內成像等技術，對掌子面前方地質情況、地下水壓力及分布范圍進一步驗證；根據(jù)探測結果明確注漿加固范圍[4]、注漿順序以及分段注漿長度等相關參數(shù)。

（2）隧道注漿順序應堅持“由外到內、由下到上，間隔開孔、跳孔注漿”的總體原則，可有效防止?jié){液竄孔，到注漿堵水及加固圍巖的目的，見圖1（a）。

由外到內的順序：B 孔→C 孔→D 孔→E 孔。

B 孔第一循環(huán)注漿：先注B13 孔，再注B11、B15→B9、B17→B7、B19→B5、B21→B3、B23→B1。

B 孔第二循環(huán)注漿：B12、B14→B10、B16→B8、B18→B6、B20→B4、B22→B2、B24。

最外圈注漿孔完成后，參照同樣的注漿順序，由外向內逐圈依次進行C孔→D 孔→E 孔注漿。

A 孔作為補充注漿孔，終孔位置比其他注漿孔后退5～8m 左右，形成一個完整的止?jié){巖盤，見圖1（b）。

圖1 超前帷幕注漿孔位布置示意圖（單位：cm）

（3）注漿材料準備及配比。注漿材料若為單液漿，常用的材料一般有快硬硫鋁酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，見表2；也可采用以單液漿為主雙液漿為輔的注漿方式，解決單液漿凝結時間長、易受沖刷分散的弊端[5]。

表2 注漿常用材料規(guī)格

（4）外接法蘭盤加工制作。根據(jù)孔口管直徑選擇外接法蘭盤型號，在其中心部分焊接出漿口、進漿口，在進漿口末端連接變徑套環(huán)，之后連接PVC管。

（5）制作：注漿孔口管可根據(jù)注漿孔徑大小，選擇適宜直徑的無縫鋼管制作，為保證孔口管安裝效果以及使用方便，長度一般加工為2～3m?？卓诠芘c法蘭盤連接，連接采用焊接的方式，距法蘭盤約30cm 處開始纏繞麻絲成仿錘型，纏繞長度100cm 以上，完成后在麻絲表面敷設水泥凈漿，見圖2。

圖2 孔口管加工示意圖

2.2 注漿工藝流程

軟弱破碎圍巖掃孔控制注漿工藝流程：

（1）測量放線、孔位標注：根據(jù)注漿實施性施工組織設計所指孔位布置要求，在巖面上測量定位，并做好各孔標記。

（2）鉆淺孔：采用多功能地質鉆機，根據(jù)開孔位置及鉆孔參數(shù)調整鉆機角度且孔位必須符合設計鉆孔要求，鉆孔直徑φ130mm，鉆孔深度3.0m。

（3）孔口管安裝：退出鉆桿，鉆機移位，安裝孔口管，孔口管采用無縫鋼管加工制作，一端焊接與外接法蘭盤同型號的快速接頭，距快速接頭約30cm 處開始纏繞麻絲成仿錘型，纏繞長度100cm 以上；完成后在其麻絲表面使用硫鋁酸鹽水泥凈漿敷設，采用鉆機將孔口管頂入鉆孔中，孔口管外留長度30cm。

（4）外接法蘭盤及注漿管路安裝：將PVC 管插入孔內，PVC 管長度應根據(jù)鉆孔深度確定，其管口末端距鉆孔底部距離≤60cm，另一端連接至已加工完成的外接法蘭盤的變徑套環(huán)上，出漿口、進漿口分別連接對應型號閥門。

（5）后退式注漿：混合器上兩個進漿口連接單向閥，以防止?jié){液回流堵塞各進漿管道；單向閥后分別連接水泥漿進漿管、控制液進漿管；各管路及注漿機械準備就緒后開始注漿，兩種漿液經混合器沿PVC 管噴出，一部分進入加固巖層，一部分返流至孔口管周邊；因本工法取消止?jié){墻的施作，其孔口管周邊存在裂隙，一部分漿液返流的主要目的即為加固封堵該裂隙；當孔口管周邊巖層裂隙溢漿后，持續(xù)注漿，水泥漿管路進漿量不變，增大控制液進漿管流量，使其縮短漿液凝結時間；當調整后的混合漿液從孔口管周邊巖層裂隙溢出后，打開出漿口閥門，降低孔口管周邊巖層裂隙溢漿壓力，當溢漿現(xiàn)象由大變小直至停止后，將控制液進漿管流量調整回初始狀態(tài)，繼續(xù)注漿，當單位時間內進漿量逐漸減小、注漿壓力逐漸，則暫停該孔注漿。

（6）分段掃孔：將各進漿管路及外接法蘭盤上各部件及閥門移除，鉆機就位，按照步驟2 中所述，重新對該孔進行掃孔，孔徑φ90mm，掃孔深度8～10m；然后重復步驟4、步驟5 的操作過程，通過重復注漿→鉆孔→注漿→鉆孔，達到注漿加固封堵的目的。

3 圍截式控制注漿

3.1 注漿關鍵技術及操作要點

隧道開挖后在集中涌水處，如采取直接堵漏法從出水口頂水注漿，雖然涌水被封堵，但水仍會從薄弱處用涌出，造成大面積涌水。圍截式注漿是從出水口一定范圍成環(huán)狀逐層向內布孔注漿，層層縮小包圍圈，將水逐步趕至出水口，然后對出水口進行高壓頂水注漿，將地下水封堵在隧道外部的一種堵水注漿方式。圍截注漿的目的是設法把大的涌水變成較小的滲漏水，當涌水被堵在巖層深部時，如果繼續(xù)排出將通過較長的細小裂隙排出，水壓、水量都會大大減小，從而減小隧道襯砌承受壓力。因此，圍截式控制注漿特別適用于局部徑向注漿。

（1）孔位布置。注漿孔間距根據(jù)圍巖裂隙發(fā)育情況不同通常按1.5～2.5m梅花形布置。

①對于初支面點、片狀出水，布孔應在出水點周邊縱向各延伸3.0～5.0m范圍，按照1.5m×1.5m 梅花形布設孔位。

②對于初支表面大面積滲水，應在滲水面縱向各延伸5.0～8.0m 范圍按環(huán)向間距1.5m，長度按現(xiàn)場實際情況進行布孔。

③根據(jù)現(xiàn)場實踐，鉆孔方向不應沿隧道噴射混凝土面法線徑向開孔，該開孔方法只是理論上可行，應根據(jù)隧道圍巖產狀，盡可能垂直巖面開孔，使其穿過更多的巖層交界面或裂隙，應斜向開孔。

（2）鉆孔方式。因多功能鉆機高度受限，鉆孔鉆具可采用RPD-180C多功能鉆機與風槍配合開孔；RPD-180C 多功能鉆機主要對仰拱面以上5m范圍開孔，5m 以上至拱頂部分采用風槍開孔。

（3）注漿參數(shù)。注漿施工前應通過試驗確定漿液的性能及各項指標，包括漿液的配合比、擴散半徑、凝結時間等指標，見表3。

表3 注漿設計參數(shù)表

止?jié){可采用充水膨脹式止?jié){塞，通過注水使止?jié){塞橡膠筒膨脹，膨脹到一定程度后受注漿孔壁的限制，最終與孔壁擠壓密實，實現(xiàn)止?jié){的作用。為確?，F(xiàn)場施工安全，防止在注漿過程中因漿液或地下水的壓力作用使其滑脫，止?jié){塞放入孔內深度必須≥60cm。

3.2 注漿工藝流程

3.2.1 鉆孔

開孔堅持“輕、慢”的操作要領，確保開孔位置和角度精準。“輕、慢”則指在開孔鉆進時，鉆壓要輕、轉速要慢；在鉆進過程中根據(jù)地質情況和鉆進深度選擇合適的鉆壓和轉速，均勻給進。在地質不均或巖層交接處鉆進時應減小鉆壓和轉速，減緩給進速度，并做好鉆孔記錄。根據(jù)鉆進速度初步判斷圍巖變化情況，根據(jù)孔口出水情況判斷富水段落，從而進一步指導注漿參數(shù)優(yōu)化。

注漿施工時應根據(jù)注漿孔出水量大小、進漿量的快慢，適時調整漿液的配合比。注漿初期可選擇凝結時間較短的配合比，對孔口周邊圍巖裂隙進行快速封堵，預防大面積漏漿；涌水量較大則優(yōu)先選用濃度較大、不易離散的注漿材料。鉆孔順序：根據(jù)現(xiàn)場施工實際，按照圍截注漿原則，堅持以出水點為中點，先遠后近，由下而上間隔鉆孔的施工順序。

3.2.2 注漿

注漿程序：隧道注漿按照地質水文分析、注漿施工準備、壓水試驗、注漿掃孔、檢測評價、檢測合格后進行下一循環(huán)施工的注漿程序。正式注漿前應進行壓水試驗，檢查注漿設備及管路系統(tǒng)是否正常；判定巖體透水性的強弱。

注漿方式：主要有分段掃孔注漿（包括前進式和后退式）、全孔一次性注漿。在鉆孔施工中若未出現(xiàn)較大股狀涌水或塌孔現(xiàn)象，一次成孔直至設計深度；反之，鉆孔中出現(xiàn)股狀涌水或塌孔、卡鉆，難以成孔等現(xiàn)象，則鉆一段注一段后在原位掃孔繼續(xù)鉆進直至設計深度。

注漿速度：當鉆孔涌水量＞0.8L/s，注入速度80～120L/min；當涌水量＜0.8L/s，注入速度30～80L/min。

注漿結束標準：進漿量＜20L/min；注漿壓力＞4MPa，同時無明顯漏漿現(xiàn)象，則單孔注漿結束。

按注漿設計方案完成注漿后，通過鉆芯檢查其注漿效果。檢查孔涌水量＜0.2L/min；檢查孔巖芯飽和達到一定強度；同時加固范圍大于設計值則可結束本段注漿施工。若不滿足要求，則需通過補注漿進一步加固封堵。

4 結束語

在歇馬隧道注漿施工中，針對不同的地質及水文情況，研究了多種注漿堵水及加固方式。軟弱破碎圍巖掃孔控制注漿、圍截式控制性注漿、管道型高壓涌水控制加固注漿是針對不同地質、出水情況總結形成的注漿工法，解決了傳統(tǒng)隧道注漿工藝效率低、效果差的難題。可有效保證隧道富水段施工安全、保證工程質量、加快施工進度、降低工程建設成本。