余 剛 重慶科信渝建筑工程咨詢有限公司工程師

超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)在巖溶隧道工程施工中的應(yīng)用需要準(zhǔn)確研究注漿機(jī)理、合理選擇注漿材料，做好止?jié){墻澆筑、開(kāi)孔工作、鉆孔工作以及注漿施工工作，保證每個(gè)環(huán)節(jié)的操作都能符合標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)的作用價(jià)值。

1 超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)在巖溶隧道施工中應(yīng)用的必要性

新圓梁山隧道位于既有圓梁山隧道右側(cè)30 m，由既有貫通平導(dǎo)擴(kuò)挖修建。既有隧道于2005 年建成通車，與既有平導(dǎo)之間設(shè)置有28個(gè)橫通道和兩個(gè)封堵墻。其中1#溶洞、2#溶洞以及3#溶洞穿越毛壩向斜核部，溶洞填充介質(zhì)為粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土，夾雜塊石、碎石，自穩(wěn)能力較差。為確保巖溶隧道施工的質(zhì)量，需要采用超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)，增強(qiáng)帷幕的建設(shè)穩(wěn)定性和強(qiáng)度，保證工程項(xiàng)目的高質(zhì)量建設(shè)[1]。1#、2#、3#溶洞地質(zhì)縱斷面如圖1 所示。

圖1 1#、2#、3#溶洞地質(zhì)縱斷面（單位：m）

2 超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)在巖溶隧道施工中應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容

2.1 注漿機(jī)理分析

超前帷幕注漿主要沿著工程項(xiàng)目所開(kāi)挖的輪廓線根據(jù)軸向輻射的狀態(tài)設(shè)置孔位置，結(jié)合間距標(biāo)準(zhǔn)鉆孔操作，利用注漿泵設(shè)備將已經(jīng)配置完成的漿液材料沿著注漿孔輸送到地層的裂隙內(nèi)部，通過(guò)漿液材料起到水裂隙的填充作用，預(yù)防裂隙中的細(xì)小顆粒流失出現(xiàn)溶洞隧道工程結(jié)構(gòu)滲水的問(wèn)題，改善地層原本的透水性能，增強(qiáng)周圍區(qū)域破碎巖塊、軟弱夾泥層的固結(jié)效果，形成強(qiáng)度符合要求的結(jié)構(gòu)。在隧道周圍區(qū)域和開(kāi)挖面前方創(chuàng)建預(yù)加固區(qū)和堵水帷幕系統(tǒng)，減小透水系數(shù)，增強(qiáng)隧道穩(wěn)定性、施工安全性[2]。超前帷幕注漿縱向布設(shè)如圖2。

圖2 超前帷幕注漿縱向布設(shè)（單位：cm）

2.2 注漿材料及設(shè)備的選用

本工程項(xiàng)目中溶洞填充介質(zhì)為粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土，夾雜塊石、碎石，且溶洞地段富水，地層中有流動(dòng)水，具有一定水壓力。應(yīng)選擇雙液漿，膠凝材料選擇P.O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥和超細(xì)水泥，早期強(qiáng)度較高，配合水玻璃迅速凝結(jié)、隔離裂隙水。隧道洞內(nèi)預(yù)開(kāi)挖洞室，設(shè)置制漿站，采用臥式散裝水泥罐集成一體式自動(dòng)制漿機(jī)組，注漿機(jī)采用高壓雙液注漿機(jī)，保證壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求形成漿液劈裂泥砂層和擠密空隙層的效果。

2.3 超前帷幕預(yù)注漿工藝

2.3.1 止?jié){墻

帷幕注漿止?jié){墻厚2 m，采用C30混凝土澆筑。為保證止?jié){效果及鉆孔施工條件，止?jié){墻需要一次澆筑成型，全斷面設(shè)置。為確保止?jié){墻穩(wěn)定，在掌子面施作Φ22 砂漿錨桿，同時(shí)保證錨桿間距1.5 m×1.5 m，錨桿外露1 m 澆筑于止?jié){墻內(nèi)，植入巖層不小于3 m。

2.3.2 布孔和開(kāi)孔

本工程執(zhí)行開(kāi)孔工作之前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖布置相應(yīng)的孔位、孔數(shù)及開(kāi)孔直徑。本案溶洞帷幕注漿設(shè)置5 環(huán)注漿孔、8 個(gè)檢查孔。開(kāi)孔處5 環(huán)注漿孔設(shè)置于止?jié){墻輪廓內(nèi)，環(huán)與環(huán)之間的間距為40 cm。終孔斷面處，開(kāi)挖輪廓線外5 m 范圍設(shè)置3環(huán)注漿孔，另兩環(huán)設(shè)置于斷面輪廓內(nèi)，并靠近輪廓線。溶洞帷幕注漿利用既有平導(dǎo)采用兩端相向施作，兩邊鉆孔注漿搭接長(zhǎng)度為5 m。鉆孔直徑為90 mm，開(kāi)孔采用110 mm 鉆頭鉆入止?jié){墻2 m，開(kāi)孔時(shí)嚴(yán)格控制每個(gè)孔的角度，并入孔安裝φ108 鋼管。安裝前鋼管一端焊接法蘭盤(pán)起連接作用，并于鋼管外壁纏繞麻索，增加與孔壁的摩擦，防止漏漿。

2.3.3 鉆孔

鉆孔的工作環(huán)節(jié)中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況處理，鉆孔的環(huán)節(jié)中應(yīng)按照設(shè)置注漿孔的長(zhǎng)度、角度及孔徑等要求鉆進(jìn)，開(kāi)孔處孔環(huán)向間距控制為1.5 m，終孔處孔環(huán)向間距控制為3 m，相向施作，每一端的注漿長(zhǎng)度控制為25 m，搭接的長(zhǎng)度控制為5 m，每一端鉆入注漿孔88 個(gè)。鉆孔后及時(shí)注漿，應(yīng)先施作周邊孔，后內(nèi)環(huán)孔，先有水孔，后無(wú)水孔，且應(yīng)跳孔施作，防止串漿。

鉆進(jìn)需時(shí)刻觀察鉆機(jī)的抖動(dòng)頻率和幅度、鉆進(jìn)速度、孔口出土巖性以及地下水的滲流等異常情況。鉆機(jī)抖動(dòng)嚴(yán)重可能在軟硬圍巖過(guò)渡，需要減少轉(zhuǎn)速，減小給進(jìn)力；鉆進(jìn)速度異常緩慢甚至出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，可能進(jìn)入破碎帶或泥夾碎石的情況，需要終止本輪鉆進(jìn)，待注漿過(guò)后再進(jìn)行掃孔；根據(jù)孔口出土的樣本分析調(diào)整當(dāng)前鉆進(jìn)參數(shù)，若為巖屑則巖層穩(wěn)定，若為泥土或粘土則可能進(jìn)入溶洞溶槽充填區(qū)域，需要密切關(guān)注，減緩鉆進(jìn)速度；若孔內(nèi)出現(xiàn)地下水，視水流大小選擇繼續(xù)鉆進(jìn)、減速鉆進(jìn)或停止鉆進(jìn)。另外尤其注意鉆進(jìn)異常過(guò)快，可能進(jìn)入溶腔，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，及時(shí)注漿，避免出現(xiàn)鉆頭鉆桿掉落入空腔的現(xiàn)象。

2.3.4 制漿

根據(jù)溶洞充填性質(zhì)及涌水情況，本工程采用普通水泥雙液漿及超細(xì)水泥雙液漿相結(jié)合的漿液搭配方案。漿液制作前，需要對(duì)漿液配置程序、拌和時(shí)間、漿液密度、流變參數(shù)、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間以及漿液結(jié)石的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)確定，保證漿液從拌和、運(yùn)輸、施工到凝結(jié)后等環(huán)節(jié)都滿足工程需要。

本案雙液漿的拌制采用臥式散裝儲(chǔ)存罐集成一體式自動(dòng)制漿系統(tǒng)，儲(chǔ)存、傳送、拌和及運(yùn)輸一體化，保證漿液從拌制到入孔等每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量穩(wěn)定。完成拌制的漿液通過(guò)管道運(yùn)輸自一個(gè)管口進(jìn)入高壓雙液注漿機(jī)，從另一個(gè)管口輸入水玻璃，兩種漿液在注漿機(jī)內(nèi)部匯合形成雙液漿，然后把混合的雙液漿通過(guò)壓力輸出。

2.3.5 注漿

帷幕注漿分為后退式注漿和分段前進(jìn)式注漿。本工程特點(diǎn)為巖溶充填及地下涌水，應(yīng)采用分段前進(jìn)式注漿，鉆孔長(zhǎng)度視成孔效果而定，遇破碎帶卡鉆、充填區(qū)塌孔或較大涌水時(shí)應(yīng)停止鉆進(jìn)，立即進(jìn)行注漿，待漿液凝固后進(jìn)行原位掃孔，繼續(xù)鉆進(jìn)，再次注漿，然后掃孔，直到鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后完成最終注漿[3]。

（1）注漿過(guò)程中應(yīng)密切關(guān)注壓力表變化，參照設(shè)計(jì)壓力值。當(dāng)壓力值長(zhǎng)時(shí)間或注入大量漿液仍未達(dá)到設(shè)計(jì)值，則應(yīng)及時(shí)停止注漿，查看是否有跑漿、串漿現(xiàn)象；若壓力值突然升高，則應(yīng)只注清水，若仍無(wú)下降，則應(yīng)查看是否管路堵塞。

（2）注漿完成后，查看注漿范圍是否有涌水、涌泥，放置一段時(shí)間后查看有無(wú)塌孔現(xiàn)象。對(duì)取得的芯樣進(jìn)行評(píng)定，判斷取芯率和芯樣強(qiáng)度是否滿足要求。

3 超前帷幕預(yù)注漿在巖溶段預(yù)加固效果及缺點(diǎn)分析

本工程項(xiàng)目中采用超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)進(jìn)行巖溶的加固處理，操作方式非常便利，設(shè)備的選擇較常規(guī)，隧道內(nèi)適用性強(qiáng)，各個(gè)環(huán)節(jié)可以按照地層狀況、注漿效果等優(yōu)化調(diào)整。巖土結(jié)構(gòu)已經(jīng)被漿液膠結(jié)成為整體結(jié)構(gòu)，漿液滲透并且凝固后，巖體的孔隙率有所減小，內(nèi)聚力力學(xué)參數(shù)和摩擦角力學(xué)參數(shù)得到改善，力學(xué)性能快速提升。完成相關(guān)的注漿工作后，在結(jié)構(gòu)區(qū)域形成厚度符合標(biāo)準(zhǔn)的止水圈結(jié)構(gòu)，有著一定的防滲、隔水作用，還能起到一定的堵水作用。

工程項(xiàng)目施工后，滿足新奧法施工的受力性能有所改善，可針對(duì)開(kāi)挖輪廓線外的大孔隙及軟弱地層通過(guò)漿液擴(kuò)散進(jìn)行充填加固，應(yīng)用效果良好。

另外，施工技術(shù)在高效化、高質(zhì)量應(yīng)用的過(guò)程中還能形成良好的巖溶加固作用，提升了1#溶洞、2#溶洞以及3#溶洞的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度，具有推廣的意義。但是在技術(shù)應(yīng)用期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題。

（1）局部位置漿液無(wú)法順利填充。

（2）帶水操作需要謹(jǐn)慎入微，尤其是2#溶洞中有著承壓水，日均涌水量很高，一直處于流水的狀態(tài)，施工操作的過(guò)程中很容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷問(wèn)題[4]。

4 超前帷幕預(yù)注漿的延展措施及研究

4.1 超細(xì)水泥材料的使用對(duì)粉細(xì)砂地層加固的補(bǔ)充作用

施工過(guò)程中，普通水泥對(duì)低透水層的擴(kuò)散半徑難以達(dá)到理想效果，因此在采用劈裂擴(kuò)散注漿技術(shù)時(shí)使用超細(xì)水泥材料，在粉細(xì)砂地層加固過(guò)程中起到很好的滲透作用。主要原因就是超細(xì)水泥模度細(xì)數(shù)更小，對(duì)粉細(xì)砂地層更有滲透和劈裂作用，借助高壓力可實(shí)現(xiàn)粉細(xì)砂地層良好的固結(jié)性和整體性。因此，企業(yè)在施工中建議引進(jìn)質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)、性能符合要求、規(guī)格合格的超細(xì)水泥材料，通過(guò)特殊材料的引進(jìn)確保相應(yīng)疑難地層的加固處理得以高質(zhì)量的完成。

4.2 雙液漿帶水注漿的時(shí)效性研究

建議在施工過(guò)程中結(jié)合帶水注漿作業(yè)按照現(xiàn)場(chǎng)情況、施工狀況等合理配置雙液漿的材料與比例，保證每種材料質(zhì)量合格、比例符合標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)結(jié)合帶水注漿的作業(yè)特點(diǎn)選擇使用性能符合標(biāo)準(zhǔn)的材料。

雙液漿在靜水狀態(tài)中可以形成團(tuán)絮，凝固具有一定時(shí)效性，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)良的漿液配合比可以將凝固狀態(tài)維持在3 個(gè)月左右，確保帷幕注漿后的加固地層在一定時(shí)間內(nèi)存在足夠的強(qiáng)度和質(zhì)量。爭(zhēng)取在有效時(shí)段內(nèi)盡快完成注漿段落的開(kāi)挖和支護(hù)，使得時(shí)效性與標(biāo)準(zhǔn)相符，超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)滿足地層加固和止水帷幕的基本要求[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)在巖溶隧道的工程項(xiàng)目領(lǐng)域中具有一定的應(yīng)用價(jià)值，能夠打破傳統(tǒng)注漿技術(shù)的局限性。因此在巖溶隧道的項(xiàng)目中應(yīng)重視超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)的使用，遵循因地制宜的應(yīng)用原則與要點(diǎn)，結(jié)合不同巖溶隧道結(jié)構(gòu)的特征和情況等，適應(yīng)性使用技術(shù)，發(fā)揮超前帷幕預(yù)注漿技術(shù)措施及技術(shù)方式的作用價(jià)值，滿足當(dāng)前的項(xiàng)目加固與穩(wěn)定性需求。