径向注浆堵水措施在隧道施工中的应用

摘要：隧道施工中遇到有水地段的事情时有发生，而环境保护又越来越受到民众及政府部门的重视，如何既能保证有水地段隧道施工能够有序开展又不影响周边环境已然成为很多人关注的问题。本文就以某个有水隧道施工中对水资源保护方法为例，阐述径向注浆在施工中的应用。

关键词：隧道施工；环水保；径向注浆；施工工艺；技术参数

中图分类号：U455 文献标识码：A

径向注浆作为隧道施工有水地段施工的主要辅助工法，由于其施工速度快、安全性高、工期短，目前己广泛应用于隧道工程。本文结合某隧道径向注浆具体施工过程，通过其施工工艺、设计参数及效果分析等方面， 对注浆堵水技术作了较为详细的研究。

1 工程简介

某隧道某段设计资料显示为隧道穿越峰峰组下段（O2f1）泥灰岩、含石膏角砾状泥质灰岩等地层。围岩属软岩、极软岩，位于次级褶皱向斜核部，岩体较完整、完整，产状平缓，地下水发育，且可能具有硫酸盐腐蚀性。施工中要及时支护，防止大范围应力重分布造成大变形，防止突水突泥事故。经对隧址区水文地质条件及区域水文地质数据的综合的分析，大气降水、地表水的直接入渗是地下水的主要补给来源。隧道涌水量除了受岩溶发育和水文地质条件控制外，具有季节性变化大的特点。因此预测隧道涌水量时，应分别计算正常用水量与雨季最大涌水量。设计采用小导管注浆加固措施。初期支护完成后采取径向注浆进行支护背后回填密实，封堵地下水，注浆堵水后，地下水状态必须达到无水状态、干燥或者湿润状态后方可施工二次衬砌。

2 施工工艺

2.1 适用范围

径向注浆堵水适用于围岩相对稳定，但初支过后出水量过大。出水量大导致二次衬砌难度较大，且施工达不到环境水资源保护要求。

2.2 工艺特点

径向注浆主要用液浆将围岩破碎带的裂隙等水来源逐一封堵，使得水资源得到最大程度的保持。注浆堵水有效地解决了施工与环境保护的和谐统一问题，即使得隧道施工、运营的安全质量可控，又避免了破坏当地环境状况。径向注浆堵水工艺简单，施做速度快，已然成为有水地段隧道施工必不可少的施工措施。

2.3 施工工艺流程

施工主要工序: 测量放样制作钢花管搭钻孔平台钻孔清孔安装注浆管调试施工配比注浆封孔。

2.4 注浆参数

⑴注浆孔布置

注浆孔按浆液按扩散半径R=2.0m计算布设，注浆孔按梅花型布置，孔底环向间距约300cm，纵向间距260cm，单孔注浆深度1.0m。

注浆孔采用风机钻孔，方向为隧道断面径向，孔径为52mm。钻孔孔位最大允许偏差为50mm，钻孔偏斜率最大允许偏差为0.5%。

⑵注浆管设计参数

注浆管采用φ 50mm（外径），壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长100cm.注浆管安设完成后在孔口用锚固剂锚牢固，外露10cm以便于注浆操作。小导管孔口处焊接闸阀式止浆阀。

⑶注浆压力

注浆压力采用经验公式计算：

初压：P1=P0+(1-3)×0.1=1.3Mpa

正常压力：P2=P0+(3-5)×0.1=1.5Mpa

终压：P3=（5-8）×0.1=1.7Mpa

式中，P0为静水压力估计水头高100m，P0=1.0Mpa，（1-8）为储备压力系数，取最小值，分别为1、3、5 。

注浆初期选择：P1-P3=1.3-1.7MPa作为参考使用值，转入正常注浆后，根据注浆中的具体情况再加以修正，选择合适的注浆压力。

⑷注浆材料及设备

围岩主要特征为两套地层交接地段，且处于向斜地段，围岩较破碎、节理稍发育、地下水发育，因此选择结石强度高、结石率大、凝胶时间可控，准备采用水泥水玻璃双液浆。主要注浆材料和设备如下：

水泥：冀东海天P.042.5；

水玻璃：浓度，35Be＇(玻美度)；模数：n=2.4-2.6；

注浆机：KBY-50/70双液注浆机

⑸浆液配制

①水泥浆配制:

水泥浆要有充分的可溶性和一定的结石强度,根据地层裂隙情况,由实验室确定合理的配合比。

需要注意的是加料顺序、搅拌及放置时间：

加料顺序：水水泥

搅拌时间：不小于5min

放置时间：不宜超过30min

②水玻璃液制

水玻璃出厂浓度一般为50-60Be＇而注浆使用的浓度为35Be＇，因此须稀释后方能使用：

稀释加水量：V水=V原×（ρ原- ρ配）/( ρ配- ρ水)

稀释后的水玻璃体积:V配=V原+V水

⑹浆液配比

经现场试验初步确定:

水灰比(重量)=1:1

水泥浆:水玻璃浆(体积比)=1:0.8

⑺注浆量计算

单孔浆液注入量根据扩散半径及岩层裂隙率按下式计算:

Q=2ΠRLηβ=2×π×2×1×3%×0.9=0.34m33

式中:R—浆液扩散半径,取R=2.0m

L—单孔深度，取L=1.0m

η—围岩裂隙率，破碎带取η=2.5%

β—浆液在裂隙内的有效充填系数，取β=0.9

(8)主要工程数量（见表1）

主要工程数量表 表1

2.5 主要机具

⑴注浆泵：αtgz60/210，排量16～60L/min。

⑵搅拌机：自制

⑶混合器：采用逆止式混合器

⑷贮浆桶：水泥浆桶1～2个、水玻璃桶2个、清水桶1个。

⑸玻美计：用于调节水玻璃浓度。

⑹注浆管：水泥浆管30m，水玻璃管30m。

⑺过滤筛：用于过滤水泥浆液，防止水泥浆粗颗粒堵塞注浆管路。

3 注浆施工

3.1 钻孔

按照注浆设计的要求，一般孔深3.7m，倾角11。~15。，孔间距0.3m,为单排孔。司钻前，先在开挖面定好孔位。使用YT-28风钻钻孔，从拱顶两侧或从底脚向上同时开钻，以互不干扰为准。掌子面的全部注浆孔一次钻完，采用φ50~55mm的同径钻孔结构。钻眼的角度应与钻孔一致，风钻的冲击速度及供水量应与岩性相适当，以减少钻孔事故，提高钻孔质量：钻孔要圆直、角度方向准、深度够，岩粉清洗干净，以利安装注浆管。在碾磨泥带和岩石特别破碎、断层泥密集地段，要严格掌握好钻机的给水量，尽可能地减少水对岩层泥的软化作用，避免注浆管安装不便，造成废孔。

钻孔完毕后，应进行掏孔检查。在确定没有坍孔和探头石的情况下，方可下管，否则，必须用风钻进行扫孔。

3.2 安装注浆管

注浆管的安装方法是：在注浆管预定的位置，用沾有CS胶泥的麻丝绳绕成略大于钻孔直径的纺锤形柱塞，把管子插入孔内，再用风钻把管子顶到要求的深度，使麻丝柱塞与孔壁充分挤紧，然后在麻丝与孔口空余部分，填充CS塑胶泥。这样，就实现了注浆管的固定和止浆。必须注意：顶进注浆管时，必须将钻头换成冲套，注浆管须带护丝箍，以保护管口外丝扣。注浆管为φ外42mm，长3. 7m的钢花管。顶进时，外露的长度一般不小于30~40cm，以便连接孔口阀门和管路，塑胶泥凝固到有足够的强度（2~4h），方可注浆，边样才能有效地止浆。

3.3 注浆

⑴注浆前先检查管路和机械状况, 确认正常后先进行现场注浆试验, 确定合理的注浆参数, 据此施工。

⑵注浆采用双液浆，水灰比(重量)=1:1，水泥浆:水玻璃浆(体积比)=1:0.8，注浆压力为0.5～2 MPa。

⑶注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖较薄部位有无串浆现象, 如发现串浆, 立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口, 也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵, 直至不再串浆时再继续注浆。

⑷注浆时,采取低压力、中流量注入,注浆过程中压力逐步上升,流量逐渐减少,当压力升至注浆终压时,继续压注15min 才结束注浆。如中途注浆压力突然升高, 可能发生堵管,应停机检查，待泵压正常

4 注浆效果的检查

⑴根据现场实际情况，采用如下方法进行注浆效果检查。

⑵钻孔检查。采用径向钻孔，以检查注浆范围；

⑶直接观察注浆后出水量的情况；

⑷注浆情况综合分析判断。根据注浆记录（如压力、注浆量等）和绘制的P—Q—T曲线来判断注浆效果。

围岩变形量测、支护受力量测。以此间接地判断注浆改善地层的效果。

5 结语

隧道径向注浆有效地改善了施工环境，同时也队周边环境水资源保护起到重大作用。开挖过后的径向注浆，为施工后期的竣工交验提供非常好的环境，同时为以后的运营提供强有力的保障，避免的不必要的施工缺陷。径向注浆从施工成本、交验、环水保、以及后期的施工运营都起到了至关重要的作用，是施工单位应对隧道有水地段行之有效的施工措施。

参考文献:

[1] 程骁,张凤祥，土建注浆施工及效果检测[M].上海:同济大学出版社，1998

[2] 中铁一局集团有限公司. TZ204-2008 铁路隧道工程施工技术指南[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2008

[3] 关宝树. 隧道工程施工要点集[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003

[4] 刘文永，王新刚.注浆材料与施工工艺[M]. 北京：中国建材工业出版社，2008

作者简介：张文平（1988.8-），甘肃武威人，2008年毕业于兰州交通大学土木工程专业，本科，助理工程师，现从事隧道及地下工程方面的施工技术。