巖溶段帷幕注漿堵水施工

李磊 崔葉

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300000)

1 工程概況

重慶軌道交通六號(hào)線二期工程銅鑼山隧道位于重慶市南岸區(qū)，隧道全長(zhǎng)5 633.373 m，其中鉆爆法施工長(zhǎng)度為2 600 m，隧道最大埋深371 m。隧道洞身穿過(guò)的槽谷區(qū)灰?guī)r段Y(Z)DK9+640～Y(Z)DK10+800可能發(fā)育有巖溶、溶洞，根據(jù)詳勘資料，鉆孔探明的溶洞侵蝕面發(fā)育高程為300 m～320 m，高于隧道頂50 m左右。因鉆孔數(shù)量有限，不能涵蓋整個(gè)巖溶段溶洞的具體分布情況，其他段落、高程也有存在溶洞的可能。

2 制定帷幕注漿方案的背景

2.1 超前鉆孔出水

左線(ZDK10+809):鉆孔深度30 m，12 m，17 m ～18 m，26 m ～28 m存在裂隙通道;單孔出水量1 200 m3/d，斷面總出水量2 600 m3/d;

右線(YDK10+822):鉆孔深度30 m，15 m ～18 m，24 m ～27 m存在裂隙通道;單孔出水量 1 100 m3/d，斷面總出水量2 400 m3/d。

2.2 紅外探水

掌子面前方30 m范圍內(nèi)紅外探測(cè)曲線波動(dòng)明顯，可以判斷掌子面前方30 m范圍內(nèi)左側(cè)紅外輻射場(chǎng)存在異常，且結(jié)合掌子面出水的測(cè)定和觀測(cè)，判斷掌子面前方一定范圍內(nèi)可能大量含水，在施工過(guò)程中導(dǎo)致掌子面出現(xiàn)股狀涌水，地下水主要以巖溶水和溶隙裂隙水為主。需注意對(duì)裂隙發(fā)育帶或巖溶通道的觀測(cè)，加強(qiáng)探放水工作，制定防治水措施。

2.3 TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

右線:YDK10+816～YDK10+795段反射波強(qiáng)烈，表明巖體較破碎或存在較大結(jié)構(gòu)面，水量豐富，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)超前鉆孔對(duì)比分析，推測(cè)該段為主要倒水通道;YDK10+795～YDK10+778段巖體節(jié)理裂隙十分發(fā)育，可能存在大量裂隙水;在ZDK10+784～ZDK10+778附近存在較大結(jié)構(gòu)面或軟弱夾層。

左線:左右線間巖柱僅為10 m，地質(zhì)情況近似。

綜上，從地質(zhì)、地下水情況來(lái)看，均達(dá)到了設(shè)計(jì)采用帷幕注漿的條件，且從環(huán)境保護(hù)等方面考慮，該段涌水應(yīng)以堵為主，經(jīng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)小組多次會(huì)議討論研究決定，采用帷幕注漿。

3 帷幕注漿方案

3.1 注漿材料和壓力

采用普通水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿相結(jié)合的方法進(jìn)行超前預(yù)注漿，由于帷幕段基巖裂隙發(fā)育強(qiáng)烈，且帷幕漿液擴(kuò)散半徑不小于2 m。注漿壓力的大小與巖石的完整性程度、注漿孔深度、涌水壓力、注漿材料等有關(guān)。本項(xiàng)目結(jié)合注漿試驗(yàn)，最終確定注漿壓力不低于3.5 MPa，且隨著鉆孔的深度加深，注漿壓力逐漸增大。

首輪試注漿過(guò)程中，由于涌水壓力在1.3MPa左右，且涌水量大，采用普通單液漿進(jìn)行注漿時(shí)，水泥漿還未凝固就已被稀釋，導(dǎo)致漿液配比改變，水泥漿無(wú)法凝固，達(dá)不到止水效果。之后采用設(shè)計(jì)圖紙中的參考水泥—水玻璃雙液漿配比(1∶0.6)進(jìn)行注漿試驗(yàn)，漿液凝結(jié)速度很快，擴(kuò)散半徑達(dá)不到要求。經(jīng)過(guò)反復(fù)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出水泥與水玻璃比在1∶0.3～1∶1的范圍內(nèi)時(shí)，漿液凝結(jié)很快，擴(kuò)散半徑小;水玻璃摻量小于10%時(shí)，終凝時(shí)間很長(zhǎng)，被稀釋，達(dá)不到止水效果;水玻璃的摻入量在水泥漿的1.75倍～2倍之間時(shí)，終凝時(shí)間在3min～5 min，這樣既保證了漿液的擴(kuò)散半徑，又達(dá)到了很好的止水效果。

最終確定采用的漿液配比如表1所示。

表1 最終確定采用的漿液配比

3.2 鉆孔注漿

3.2.1 工藝流程

鉆孔注漿流程見(jiàn)圖1。

圖1 鉆孔注漿流程圖

3.2.2 鉆孔

鉆孔前，用全站儀對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)口位置進(jìn)行精確放樣，并用紅油漆做好標(biāo)記。鉆機(jī)就位后，先鉆孔3m～5 m深，安裝孔口管，孔口管口連接法蘭盤(pán)，安裝止?jié){閥，并采用雙液漿對(duì)孔口段進(jìn)行注漿，以錨固孔口管，并加固止?jié){巖盤(pán)?？卓诠馨惭b嚴(yán)格控制外插角度，并逐孔記錄。孔口管錨固牢固后，重新定位鉆機(jī)，進(jìn)行注漿孔鉆進(jìn)角。鉆機(jī)定位時(shí)，保證鉆桿角度與之前記錄的孔口段角度吻合(不吻合增大鉆進(jìn)阻力，影響鉆進(jìn)速度)。鉆孔過(guò)程中對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并進(jìn)行分析，便于調(diào)整注漿參數(shù)。注漿孔孔位偏差不大于10 cm，孔底偏差值不大于孔深的1/40。

3.2.3 漿液制備

1)所有制漿材料都進(jìn)行了稱量，采用重度比進(jìn)行配置，水泥采用稱重法稱量，加水采用自動(dòng)計(jì)量器，稱量誤差不大于5%。

2)水泥漿液采用高速攪拌機(jī)攪拌，純水泥漿液的攪拌時(shí)間不少于5 min，漿液在使用前過(guò)篩;漿液自制備至用完的時(shí)間不超過(guò)1 h。

3)為了保證漿液質(zhì)量，采用集中制漿，水泥單液漿水灰比0.6∶1，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員根據(jù)鉆孔地質(zhì)情況和試驗(yàn)室提供的漿液參數(shù)選取膠凝時(shí)間最佳的配合比，注漿泵司機(jī)在技術(shù)員的指導(dǎo)下控制副缸行程開(kāi)關(guān)調(diào)整副缸的行程，確定水泥漿和水玻璃在同段時(shí)間內(nèi)的體積比。

3.2.4 注漿

1)注漿方式采用分段后退式注漿。先鉆制孔底然后后退3m～10 m注漿，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，再后退3m～10 m繼續(xù)注漿，依次循環(huán)注至孔口。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)孔內(nèi)出水量大小及地質(zhì)情況選擇注漿材料及配比。

注漿方式與分段長(zhǎng)見(jiàn)表2。

表2 注漿方式與分段長(zhǎng)

2)鉆孔注漿順序:根據(jù)設(shè)計(jì)要求，先注外圈，后內(nèi)圈，先近后遠(yuǎn)，同一圈的孔由下而上間隔施作以及跳孔注漿，同時(shí)外孔各孔間距離要盡可能大一些。

3)注漿記錄。此循環(huán)注漿應(yīng)做記錄，包括概況數(shù)據(jù)，每孔的水流量、孔深、漿液配比、開(kāi)始和結(jié)束壓力、時(shí)間、總注漿量、流速以及其他出現(xiàn)的異常情況等。全部注漿孔注漿完成后，在掌子面設(shè)置4個(gè)檢查孔，測(cè)孔內(nèi)涌水量，要求單孔出水量小于0.2 L/(min·m-1);若達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)則進(jìn)行開(kāi)挖，否則進(jìn)行補(bǔ)孔注漿，直到滿足上述要求為止。開(kāi)挖過(guò)程中因震動(dòng)導(dǎo)致圍巖松散，而出現(xiàn)在滲漏水可進(jìn)行后期的徑向注漿措施。

4)鉆孔注漿的控制要點(diǎn):

a.注漿止水左線超前，左右線交替進(jìn)行;

b.注漿過(guò)程中對(duì)水進(jìn)行控制性排放;

c.鉆孔位置及外插角糾偏控制;

d.開(kāi)始注漿漿液由稀到稠，注漿量先大后小;

e.鉆孔和注漿順序應(yīng)由外向內(nèi)，同一圈孔間隔施工;注漿時(shí)如遇竄漿或跑漿，采用間隔一孔或幾孔注漿方式;一個(gè)孔段的注漿作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行到結(jié)束，不宜中斷，應(yīng)盡量避免因機(jī)械故障、停電、停水、器材等問(wèn)題造成的被迫中斷，對(duì)于因?qū)嵭虚g歇注漿、制止串漿冒漿等有意中斷，應(yīng)先將鉆孔清理至原深度以后再進(jìn)行復(fù)注。

3.2.5 注漿效果檢查

全部注漿孔注漿完成后，按設(shè)計(jì)要求，在掌子面施作4個(gè)φ89檢查孔，成孔后放置15 min后的涌水量，若大于0.2 L/min則注漿效果沒(méi)有達(dá)到要求，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿，注漿壓力保持在2 MPa左右;若小于0.2 L/min則注漿結(jié)束。

4 結(jié)語(yǔ)

自開(kāi)工以來(lái)，本工程已進(jìn)行8個(gè)循環(huán)的帷幕注漿施工，施工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月，根據(jù)地質(zhì)勘查資料顯示，標(biāo)段剩余段落還有幾個(gè)巖溶段，為此，巖溶段帷幕注漿堵水施工是本工程也是合同總工期的關(guān)鍵控制性工程。本工程難點(diǎn)在于注漿漿液配比的確定，配比決定注漿漿液擴(kuò)散范圍及初凝速度，這要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際涌水情況來(lái)確定，才能達(dá)到最好的注漿效果。本文所論述巖溶段帷幕注漿施工，可為同類工程提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和借鑒。