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摘要：銅鑼山隧道廖家溝淺埋段地質差、水量大，防止廖家溝淺埋段洞內涌水和坍塌，是保證隧道洞身順利安全施工的關譴．為加快進度、確保注裝質量，將原設計的洞自注漿施工變更為地表注漿施工，由于注漿施工經驗相對缺乏。...

隧道淺埋段巖溶糟苜地表注漿施工方法

張  清

(中鐵二局第四工程有限公司．四川成都610306)

1.工程概況

    銅鑼山隧道起訖里程為K32+243～K37+440，全長5197 m．K33+940～K34+035段為銅鑼山隧道廖家溝埋段，位于梁板鄉清水村。隧道洞跨D為l2.7 m，埋深h為6m- 25m,h<2D，巖性為薄層鈣質泥巖及白云質灰巖，巖體破碎、軟弱，自穩能力及成拱能力差，地表為一沖淘，溝內水量大。本段屬Ⅱ婁圍巖，為典型的淺埋隧道，是銅鑼川隧道施丁重點控制工程。

    在此淺埋段除兩個主體隧道外，還有5+人行橫洞l434+0201# 4豎井、右洞送風道、排風道YK33+950．怪井高l8 m．直徑65 m2#堅井定洞排風遭K33+980，高l7.6m．直徑4m，幾個構造物間縱橫交錯，施工結構復雜。

    1.1地形地貌

    總體屬侵蝕構造地貌，溝谷北側為陡坡，晟大坡度大于60。南側為反向斜坡，嶺脊展布與構造走向一致，為地表分水嶺．橫向沖溝較發育。廖家淘大致沿N25。E延伸，與距右洞東約300 m的長流溝——清水溪交匯。淘谷較穰窄，嶺脊陡峭，切割強烈

    1.2地層巖性

    (1)地層：三疊系雷口坡組Ll-l地層．巖性為鈣質泥巖夾灰巖，白云巖不等厚互層．鈣質泥巖為灰色探灰色，質細密．層厚1—3cm．有的呈幾毫米厚微層．層間裂縫有方解石脈充填．灰巖、白云巖層厚一 般5-10m 。厚者達30cm由于是不等厚互層，形成軟巖中的硬質骨架。

    (2)地質構造：薄層鈣質泥巖，質軟．形成許多柔性微褶曲和斷距5-15的小斷層，巖石破碎成碎渣狀，其中有許多微裂縫，層間結合差。灰巖、白云巖兩組節理發育，組成一組共軛“X”節殫，將巖石分割成小方塊。整個巖石成壓碎碎裂結構。地層傾角6o傾角大。由于巖石破碎和重力作用．巖層極不穩定。

    1.3水文地質

    廖家溝位于高山深各之中，淘內常年有流水，是附近居民牛產，牛活用水水源，東而高差達285 m(400 m至685 m)，西面山高差達140 m(由409 m至543 m)，山高谷辣，彤成的匯水面積范圍大，常年流量為5—10L／s，短時最大洪蜂量可達l3～l5d／s。

    在豎井工程區，廖家溝地表水與地下水瓦補井以地下水補給地表水為主，在廖家淘旁有一流量達l672L/s的泉眼，在上游200—300Ill范圍，溝水漏失量2 8tL/8。

2.施工工藝及方法

    2.1鉆孔

    (1)鉆機就位：采用XY一2PCC．地質鉆機與"IQl00C潛孔鉆機鉆孔，為防止潛孔鉆機倒地，鉆機到場后先把{骨架的兩個前支腿放在地面鉆機支撐牢固。為了下套管方便，地質鉆機鉆孔用腳手架搭設操作平臺。

    (2)孔序安排．鉆孔間距為2 0Ⅲx 2 0 m梅花布置，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序鉆孔，即隔兩個孔，防止竄漿。按設計要求，先施工上游U字型帷幕。

    (3)鉆孔及跟管施工：注漿孔用φ110mm鉆頭開孔由于地質條件較差，鉆孔時常發生塌孔，鉆孔過程中采用邊鉆孔邊下套管的辦法進行施工。套管孔徑為,φ127 mm，導管下至巖右層為止。同時更換鉆機鉆頭為沖擊(直徑為110mm)偏心器，偏心器外安裝套管，鉆孔時偏心器不斷沖擊巖石。由于偏心器的作用，鉆孔孔徑略為大于導管直徑，從而致使套管自動下降。套管安裝到不易坍塌的巖石層為止，再改換 u徑為llo mm潛孔沖擊鉆頭鉆至設計標高。

    (4)開鉆：開始采用低速鉆進，待鉆機正常鉆進時(進尺0.5 m左右)，將鉆機速度調至正常運行速度。

    (5)清孔：鉆至設計孔底標高或分段高度后，為使注漿通道順暢，用風水聯合沖洗。風水聯臺沖洗的風壓可為注漿壓力的50％，并不大于l MPa；沖洗至回水澄清后l0mm結柬，且總的時間要求，不少于30 min。

    (6)鉆孔垃程中，每孔作了鉆孔記錄。根據鉆孔的推進壓力、鉆孔速度以及不同孔深時的涌水量，以此判斷地質構造巖性、水源位置及水量大小，并繪制了地質柱狀圖，為注漿提供了地質依據。

    (7)鉆孔操作工藝流程：鉆機就位→開孔→接桿鉆孔→清孔→卸桿。

    2.2漿液配置

    采用雙層攪拌機拌制，上層為攪拌桶(規格為φ750 x400)，下層為蓄裝桶(規格為,^2coo x 230)。配制時，先把水加入攪拌桶內，根據設計水灰比，倒入水泥攪拌，攪拌均勻后放人蓄漿桶備用，蓄漿桶的葉輪不停旋轉，確保漿液不沉淀．漿液拌靜時間為3—5mm，然后存儲在自制的漿液槽內，隨拌隨用，并用人工不停攪拌，防止沉淀體糨比采用1：(0. 6，1 .0)(體積比)，水灰比控制在0 8：1之間.水玻璃模數為2.6～2.8水玻璃濃度為35—40BE。

    2.3注漿工藝(圖1）

    (1)注漿方式：采用后退式注漿．注漿分段長約8m，止漿塞靠近套管底部或根據地質條件放在孔壁較規則處，注漿過程中采用注一段拔一段奩管如此循環操作到注漿完畢。

    (2)注漿管連接：采用KZY80型雙漣注漿泵壓漿，水{尼漿和水玻璃漿在距注漿孔10 m位置廂“Y”型結構混合，水玻璃及水泥出漿管上分剮安裝流量計和控制閥門控制流量，然后進入注漿孔，與止漿塞導管相連在注漿管上安裝自動流量計記錄注漿過程中流量、雎力等變化．終端進人電腦自動記錄。

    (3)止漿塞安裝：采用機械式止漿塞控制分段注漿壓力和注漿范圍，其原理是利用中心管穿串膠塞，兩端用托盤限位，固定上端托盤，下端托盤沿中心管移動用注漿鉆桿下端連接止漿塞，下到預定止漿位置，通過鉆桿在孔口施加一個機械壓力使膠塞產生縱向壓縮橫向膨脹與孔壁擠緊，達到封堵與止漿目的。

    (4)孔口管連接：將高壓注漿管與孔口止漿塞注漿導管連接。為排泄鉆孔內空氣，在孔口高壓注漿上連接三通管，主要目的是安裝一個排泄閥，既能排除孔內空氣，使注漿飽滿，也能排除多余回漿液。

    (5)注漿操作：先打開混臺器注漿閥．先注水約2—3 min，使圍巖孔隙暢通。然后注水泥漿約3min至正常后，迅速將兩個吸漿龍頭分別放進水泥漿桶和水玻璃桶，宴施雙液注漿。停止灌注時，先停水玻璃泵，后停水泥漿泵，并用清水清洗管路，以預防堵管。

注漿完成后，止漿塞應在適當的時間撥出、拔出時打開泄漿閥，觀察其凝結情況，如不見還漿，即可試撥，過長時間，漿液凝崮不易拔出。根據現場總結，大致停漿25mm撥管較臺適。

    (6)注漿順序：宴行鉆一孔注-4L的方法注漿，與鉆孔順序一致，注漿也按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序注漿，即隔兩個孔，防止竄漿，先施工上游U字型帷幕，在縱向I-從墊江端向鄰水端進行，以便隧道及早開挖。注漿過程由電腦自動記錄。

    (7)注漿結束標準注漿過程中注漿壓力逐漸升高．最終達到或接近設計的注漿終壓，并維持10min以t或者注漿流量隨時間逐漸減少．最終小于11／(min·m)，并維持10min以上，即結束本孔注漿；遇到大裂隙或溶洞時，壓力上小去，進漿量很大的情況下，經過漿液濃度的變換，仍達不到終壓與注漿流量的標準時，采取間歇注漿，待養護24 h后復注，以達到設計終壓標準。

    2.4注漿效果檢查

    (1)泉眼出水情況觀測，在注漿區中心原一流量達672L/s的泉眼，在注漿前，泉眼常年流水，經過注漿后，泉眼周圍地層經過封堵現在摹本干枯。

    (2)土層含水量試驗情況。注漿的，曾在試驗室進行了上土工實驗。情況是：該區土質為黃泥，含水量高選64％，無法進行顆粒分析及干密度試驗；注漿后，再次取樣進行土工試驗，試驗結果為：土樣為灰黑色，十層含水量9 2％-l35％。含水最較注漿前有大幅度下降，這主要是漿液通過填充、擠壓作川，擠走地層中的部分游離水份，以漿液充填密實，含水量減少，達刊了固結堵水目的二。

    (3)注漿區鉆芯情況。在注漿區采用雙管單洞法進行了鉆芯取樣，由于甭口坡組泥灰巖層薄，鉆孔取芯極易破碎，部分芯樣完整性較差，成型：不好，部分芯樣完整性較好，但芯樣密實，漿液滲透飽滿、裂隙填充密實，充填效果明顯。共鉆取了8個孔4個鉆芯成型較好．2個一般．2個較差。取出～塊較完整的芯樣進行抗壓試驗．漿液固結強度達到0. 4 MPa以上。

3.分析及結論

    3.1注漿參數

    (1)往袋壓力：注漿壓力是灌注工藝重要的控制指標，壓力過高，漿液擴散過遠，引起漿液消耗量增加，壓力過低，影響注漿堵水質量。在確定注漿壓力時豐要弩慮，裂隙巖層賦存的水文地質條件，含水層的流動速度及靜水壓力，巖層的透水性。

    在現場，由于開始注漿時，吸漿量大壓力在前30 min，基本都小于10 MPa。隨著漿液填充孔隙，壓力注漿上升至1MPa．當流量小于l L／rain時，壓力基本能達到1.2 MPa以上。終孔壓力是控制注漿結束標準的重要指標，因為孔內無壓力，證明注漿孔漿掖未滿。

    為了控制注漿量，盡量都把注漿壓力控制在1.5 MPa以漿量均無明顯壹化，換濃一級的漿液，②注漿壓力上升較快而吸漿量減少時，如非管路堵塞．換稀一級的漿液。

    3.2注漿壓力廈流量與時間之間的關系(圖2)

    根據P-t和Q-t曲線分析，漿液擴散主要分三十階段。

    (1)滲透階段：從l=0開始到t=30 rain．P從0.3 MPa上升1.0 MPa；O值為50L，此時漿液處于擴散滲透階段。

    (2)平穩階段：隨著注漿施工進行，注漿壓力和流速基本保持不變。這主要起到了補充注漿的作用，并正在進一步擠壓強化注下。在注漿孔表士層壓力較小，低壓洼漿，深屢土注漿壓力增大。

    (2)注裝量：漿液在壓力作用下沿裂隙流動和腔凝，并在壓力作用下繼續脫水壓實形成致密的結石捧，充塞巖體裂隙，注漿縮小過留斷面，增加流動阻力．其充塞過程就是克服流動阻力的過程。當壓力過大及漿液濃度較稀時．漿液擴散距離遠，注漿量大．壓力上升較慢．會造成漿液的浪費；注漿壓力過小及漿液濃度較稠時，擴散距離較近壓力上升較快，漿液消耗量小．會造成裂隙封堵不嚴：因此．注漿量與注漿和地層裂隙大小及發育情況有關，現場每孔注漿量最大值為175m，最小值為709m，平均值為11.78m3。

    (3)擴散距離：漿液擴散距離與裂隙發育程度、裂隙開度與溝通狀況、注漿壓力與注漿方法、漿液的種類與性質等有關。合理的孔距應等于有效擴散距離，以保證漿液有二次充填的機會，避免漏水；現場2m的孔距，擴散半徑l3 m，通過鉆芯檢查，與現場基本較吻合。

    (4)漿液濃度調整：注漿過程中，出現下列情況應調整漿液濃度。①某一濃度連續注漿一個小時左右，注漿壓力和吸漿效果。

    (5)結束階段：隨著維持一段時間，注漿壓力上升，注漿量下降。說明漿液基本達到飽和狀態，終孔注漿壓力15 MPa，多數孔注漿壓力在12 MP且，同時注漿流速急劇下降到4～10L/NUn．維持8-10ram后地層基本不能進漿．達到了注漿結束標準．即流量l L／(min/m)。

4.結束語

    注漿工程涉及物理、化學、地質學及地下結構等多門學科，且有大量的管理問題，是一項復雜的系統工程，面廣、環節多且工序多變。本次注漿達到了設計要求．在注漿范圍大，山坡與溝谷、上游與下游的地層各不相同的情況下，通過壓力、漿液等調整，使漿液在巖層中充填密實，封堵了地下水滲流路徑，加固了圍巖，提高了圍巖強度，杜絕了坍方及涌突水事故發生。

參考文獻

[1]黃德發．王宗敏．楊彬，地層注漿堵水與加目施工技術[M]徐州：中國礦業大學出版．2003

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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