丫口寨隧道径向注浆施工方案

摘要：丫口寨隧道开挖过程中，可能会吸夺暗河水，在该段开挖初支完成后，围岩有一定的自稳能力时，先对涌水点进行埋管集中引排，待涌水量及水压减小达到允许排放标准后再采用径向注浆加固围岩堵水。

关键词：隧道 径向注浆 加固围岩 堵水

1 工程概况

新建沪昆客运专线贵州段CKGZTJ-9标段丫口寨隧道，起讫点里程为：D2K845+478～D2K849+975，全长4497m。位于贵州省安顺市关岭县区域内，为单洞双线隧道。该隧道地质条件差，工程风险大，属“Ⅱ级风险”隧道。

其中，D2K847+850～D2K848+150段地质为弱风化泥岩、砂岩及灰岩，且该区域内隧道洞顶发育有2条暗河，隧道开挖可能会吸夺暗河水。

为确保施工及运营期的安全，设计要求在该段开挖初支完成后，围岩有一定的自稳能力时，先对涌水点进行埋管集中引排，待涌水量及水压减小达到允许排放标准后再采用径向注浆加固围岩堵水。

2 径向注浆参数要求

隧道注浆参数以隧道围岩状况及渗水情况确定，注浆孔采用风动凿岩机钻孔，开孔为75mm，终孔不得小于42mm。注浆钻孔深度5m，环向间距1.5m，纵向间距2.5m，并呈交错布置，孔口采用φ42×3.5mm热轧无缝钢管，管长1.0m，管口采取安装止浆阀止浆措施。注浆材料采用水灰比为1：1水泥净浆，必要时采用水泥――水玻璃浆液，水泥采用PO42.5普通硅酸盐水泥，注浆终压为1.5～2.0MPa。

为了满足经济、合理的原则，在开挖过程中对围岩渗水情况进行了详细的调查和记录，并在开挖以后进行了长期的统计，以准确掌握渗水状况，为注浆固结提供基础依据。注浆布置示意如图2-1所示。

注浆根据分区段分序进行注浆，以一个作业台架长度6m左右为一个注浆段落，根据注浆孔在隧道展开面上的布置，分为二序注浆，交错进行，另外应以隧道涌水点为中心，由四周逐步分序向涌水中心点注浆的顺序进行，其1序孔（离出水点远处）的注浆终压取0.8～1.5MPa，2序孔（离出水点近处）注浆终压取1.5～2.0MPa，若因集中涌水压力较大造成浆液随裂隙渗出时可采用速凝辅助措施提高浆液凝结时间，达到堵水效果。

3 注浆施工方案

3.1 施工顺序 注浆施工由集中涌水较大的地段两侧逐步向集中涌水地段逐步靠近的方式进行，为了防注浆串孔，防止浆液从附近钻孔中渗流，施工采用隔排、隔孔施工，注浆顺序按照先底部、再拱部、最后边墙的顺序进行，注浆和钻孔及时紧跟，减少空孔暴露时间，首先对注浆孔位进行测量定位标志和编号，以便钻孔和注浆能够同时作业，具体施工顺序如图3-1所示。

3.2 钻孔施工 注浆孔位布置应遵循“分段，分批，逐步加密”的原则，注浆孔采用YT-28风动凿岩机钻孔，开孔直径75mm，终孔直径42mm，成孔以后及时采用高压水进行清孔。

3.3 孔口管施工 孔口管采用Φ42无缝钢管（壁厚3.5mm）加工，单节长1m，管壁采用台式钻机钻设孔径6～8mm注浆小孔，按10～20cm孔间距呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部预留不小于30cm长度作为不钻孔止浆段。孔口管大样见图3-2。

钻孔完成后，将孔口管加工完成的孔口管插入注浆孔内，外漏15cm，并安装止浆阀，采用锚固剂堵塞注浆管与注浆孔的空隙，堵塞长度控制在15～20cm为宜。

3.4 注浆施工

3.4.1 配合比确定。首先通过室内确定初步配合比，再通过现场试验确定最终配合比；注浆过程中，试验室第三分室现场旁站施工，掌握动态注浆配合比控制。

配合比要求：

水泥为42.5号普通硅酸盐水泥（必要时采用超细水泥）；

水泥浆水灰比为0.8～1：1；

水灰比选用原则遵循“先稀后浓”的原则，隧道注浆配合比见附图1内容，必要时采用水泥――水玻璃双液浆。

一般情况下（水量较小时），外圈孔采用纯水泥浆；水量较大或靠近出水口孔时，采用水泥――水玻璃双液浆。

水泥粒径选择按J.C.King可灌性判式进行。J.C.King可灌性判式如下：

N1=D15/G85≥15或N1=D10/G95≥8

式中：N（通常取N1）――注浆比；

D15、D10――地层的粒径累计曲线的15%，10%的颗粒直径；

G85、G95――注浆材料的粒径累计曲线的85%，95%的颗粒直径（通常采用注浆材料颗粒的85%、95%粒径）作为注浆材料的“最大代表粒径”。

3.4.2 浆液配制。注浆材料采用水泥净浆或水泥―水玻璃双液浆，并根据现场注浆压力及进浆量可作适当调整，当出现集中涌水较大及普通注浆堵水失败时，需采用速凝辅助措施进行补救，以缩短浆液凝固时间，达到迅速止水的效果。

水泥浆液采用NI1200P型制浆机现场制备，并通过滤网过滤后通过浆液池输入注浆机内进行注浆。

3.4.3 浆液压注。拱墙的注浆利用自制台车进行，底板注浆采用左右幅错开施工的方式进行，注浆机选用效率高、耐高压的注浆设备，现场采用ZJB/BP-55型卧式往复单作用三柱塞注浆泵，其排浆量为150L/min，工作压力为22MPa，垂直输送高度为40m，水平输送距离为100m。

根据现场试验数据统计结果，在保证浆液可灌性和有效扩散距离前提下，应根据渗漏水情况、节理裂隙发育情况合理选用浆液配比，并同时在实际施工中根据吸浆量和注浆压力适时作以调整。

在注浆过程中若出现注浆量过大且压力尚未达到预期值时，可以采取在浆液中添加速凝剂的方式减少浆液的流动性，并可以尽可能缩小注浆范围。

在注浆过程中，加强对注浆施工段附近围岩的水文和地质观察，并对注浆施工地段进行监控量测工作。当注浆施工段附近出现集中突水或围岩变形时应暂停施工或调整注浆参数。

3.5 注浆工艺

3.5.1 作业方式。注浆方式采用全孔一次性压入注浆方式进行，便于浆液控制。

3.5.2 注浆压力。采用“分级升压法”进行注浆压力控制，开始注浆时，不宜将压力升至过高，而应由低到高逐渐提高，注浆压力一般控制在水点压力的2～3倍范围内，其具体值还应根据当时注浆量进行调整。

注浆施工工艺如图3-3所示。

3.5.3 主要工艺要求

①注浆要求。a拌制水泥浆：钻孔快完成时，应先加水后加水泥，水泥浆液水灰比按1：1拌和10～20min。b注浆方案：实行跳孔注浆方案，注浆顺序分区从两侧到拱顶，注浆压力1.5～2MPa（注浆前进行压水实验，据此修正注浆参数），注浆孔壁与钢管之间用锚固剂填实，孔口设止浆塞，注浆过程中若发生串浆，则关闭孔口阀门待其他孔注浆完毕后再打开阀门。②注浆结束标准。单孔结束标准：当达到设计终压并继续注浆10min以上，单孔进浆量小于20L/min，检查孔涌水小于0.2L/min。全段注浆结束及评定标准：a所有注浆孔均已符合单孔注浆标准，无漏注现象。b注浆后段内涌水量不大于3m3/min。c注浆有效注入范围大于设计值。

3.6 注浆量计算

3.6.1 总注浆量。Q=Anα（1+β）

式中：Q为总注浆量（m3）；A为注浆范围围岩体积 （m3）；nα（1+β）为填充率，在裂隙带取3%，断层带取8%，溶蚀带取25%。

3.6.2 单孔注浆量。Q=πRhnα（1+β）×2

式中：Q 为单孔注浆量（m3）；R为浆液扩散半径（m） 取2.0m；h为注浆段长（m）取30m；n为地层裂隙度（孔隙率）；α为浆液填充率；β为浆液损失率，n、α、β由表3-1确定。

浆液配合比的选择要考虑岩石裂隙情况及浆液的扩散半径，由试验室通过试验确定，一般情况下可选择：①水泥浆：水玻璃浆=1：0.8（体积比），水玻璃用量一般是水泥重量的1/4～1/3。②水泥浆的水灰比=0.8～1.1。

浆液凝胶的确定一般采用CS浆液作压注试验，当进浆量很大、泵压长时间不升高时，胶凝时间选1～2min；当进浆量中等、泵压稳定上升时，胶凝时间选3～4min；进浆量较小、泵压升高很快时，胶凝时间选5～6min。

经上述内容，计算得出：每环钻注浆孔19、20个交错布孔，每米注浆岩体体积为202m3，压注水泥浆50.5m3/每延米。

4 机械设备配置

主要机具设备见表4-1内容。

5 施工控制要点

5.1 埋孔口管 埋管钻孔的直径要大于孔口管外径，施钻要严格按设计位置、方向进行。孔钻好后将孔口管置于孔内。所有孔口管（包括注浆管）都安好后，关闭孔口阀，埋管结束。

5.2 测涌水量及前方地下水的连通性 当遇到较大的涌水时，应停钻测涌水量，方法是用容器接任孔口管中流出的水，用秒表计时测得每分钟容器接到的水量。如无特殊情况，探孔钻至设计深度后也要测一下涌水量，涌水量小于0.2L/min的孔可不注浆。

为了解前方地下水的连通性，在测涌水量的过程中可分别测量各单孔涌水量；然后分别关闭其中某一孔口闸关闭后，测剩余探孔涌水量以及全部孔口闸阀打开时的涌水量。

5.3 测涌水压力 钻好孔口后关闭孔口闸阀，安上水压表，然后开闸放水，当水压表的指针稳定时记下其读数。

5.4 注水试验 孔钻好后，在孔口管的阀门上安上浆液混合器并连接注浆泵，启动注浆泵向孔中压注清水，逐步加大水量和压力，当注水压力达到设计注浆压力时，维持2～3min，检查注浆系统有无串水、漏水现象，测得注水量后卸压，此注水量即为岩石吸水量。

6 径向注浆施工注意事项

①钻进过程中遇涌水或岩层破碎造成卡钻，应停止钻进，进行注浆，扫孔后再行钻进。②注浆过程中，若压力突然升高，应停止注浆，检查后，再行注浆。③注浆过程中，注意观察初期支护的变形情况，准备好加固措施。④钻孔：钻孔位置要准确，施钻时钻机要尽量贴近岩面，以保证开孔质量；换钻杆时要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通等。⑤注浆时如遇窜浆或跑浆，采用间隔一孔或几孔注浆方式。⑥注浆中，注浆量和注浆压力是两个关键参数。一般规律是：初始阶段压力较低，注入量增大；正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏状态，但总的比较平稳；压密注满阶段注入量迅速递减而压力迅速升高；在注浆中根据设计注浆量和压力按照上述规律进行控制。⑦为减小对围岩的扰动，施工中宜采用微震爆破开挖，原则上采取短进尺、密布眼、少药量、弱爆破，同时，要加强爆破震动监测。⑧在围岩破碎及富水段钻孔注浆施工，必须安设反压防喷装置，以确保施工人员安全。⑨施工排水沟要及时疏排，严防积水。

参考文献：

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