隧道工程施工中注漿堵水技術(shù)淺析

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摘要：高速鐵路隧道的地質(zhì)、水文、氣候等施工環(huán)境皆較為復(fù)雜，在施工過(guò)程中容易發(fā)生涌水事故，這不僅會(huì)給施工工人的生命安全造成威脅，而且還會(huì)嚴(yán)重影響隧道工程建設(shè)的質(zhì)量，因此，有效解決涌水、滲水問(wèn)題，防止該問(wèn)題的發(fā)生是隧道施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)重視的問(wèn)題。鑒于此，本文對(duì)新建池州至黃山鐵路站前三標(biāo)黃坑隧道的注漿堵水技術(shù)分析，其中包括該隧道工程建設(shè)過(guò)程中注漿堵水的流程、方法、注意要點(diǎn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等，希望能給有關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：高速；鐵路隧道；工程施工；注漿堵水技術(shù)

0引言

注漿技術(shù)是隧道施工過(guò)程中常用的一種輔助工藝，其于處理地下水、加固底層方面均發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是保障施工安全，提高施工質(zhì)量的重要施工工藝技術(shù)。高速鐵路隧道施工可能會(huì)受到當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、氣候、水文、巖層情況等影響，在施工過(guò)程中很容易出現(xiàn)涌水事故，給隧道施工的質(zhì)量、施工進(jìn)程、工程安全等造成負(fù)面影響。因此，施工單位應(yīng)根據(jù)隧道施工的具體情況，選擇合適的注漿堵水技術(shù)，有效規(guī)避該問(wèn)題的發(fā)生，為施工安全提供堅(jiān)實(shí)保障。

1隧道工程實(shí)例現(xiàn)狀

池州至黃山鐵路站前三標(biāo)黃坑隧道的穩(wěn)定水位在1.5m～5.2m之間，高程306.20m～323.44m，點(diǎn)位置隧道底板高程約為143m～149m，明顯低于地下水的水位。其次，區(qū)域內(nèi)地下水對(duì)隧道工程影響較大,巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙水大，容易發(fā)生漏水、涌水等問(wèn)題，嚴(yán)重影響施工的安全性和質(zhì)量。池黃鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速為350km/h，從而對(duì)隧道工程質(zhì)量提出了更高的要求，而隧道的滲漏水對(duì)隧道整體質(zhì)量的好壞又有著深遠(yuǎn)的影響。

2注漿方案設(shè)計(jì)

2.1材料選取及配比

選取注漿材料時(shí)應(yīng)當(dāng)注意：（1）注漿材料流動(dòng)性好、可注入細(xì)小裂隙或粉細(xì)砂層中；（2）注漿材料的穩(wěn)定性要好；（3）注漿反應(yīng)時(shí)間可調(diào)控；（4）漿液應(yīng)當(dāng)是無(wú)毒、無(wú)臭，不污染環(huán)境，對(duì)人體無(wú)害；（5）安全性高、阻燃；（6）注漿材料應(yīng)有較好的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，以及較強(qiáng)的抗?jié)B性；（7）注漿材料應(yīng)耐老化性能好，耐腐蝕。因此，本次施工使用的注漿材料為普硅水泥和水玻璃，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的涌水量、裂隙進(jìn)行篩查，結(jié)合施工場(chǎng)地的溫度、地勢(shì)情況等，并對(duì)漿液的配置比例進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)后，將漿液的配置比例規(guī)定為：水灰比例=0.8:1，水泥與水玻璃的體積比例=1:0.4，加入水泥質(zhì)量3%的磷酸氫二鈉作為緩凝劑。

2.2注漿系統(tǒng)的選擇

本次施工采用的注漿設(shè)備為C4型全液壓鉆機(jī)、耿興80型與120型注漿泵、1.0m3攪拌機(jī)及高壓膠管。為提升注漿過(guò)程的方便性，本次施工主要選擇雙管注漿法進(jìn)行注漿。將水泥漿和水玻璃于裝備機(jī)器的孔口處進(jìn)行混合攪拌，再以高壓將其注入管中，讓漿液能夠進(jìn)入裂縫中，待漿液凝結(jié)后，便達(dá)到填補(bǔ)縫隙防止用水、漏水的目的[1]。

3注漿施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1有效控制參數(shù)

（1）結(jié)合堵水施工過(guò)程中的進(jìn)水量和注漿泵的壓力，控制漿液凝固的時(shí)間，若進(jìn)水量較高，注漿泵的壓力小幅度上升時(shí)，則將凝膠的時(shí)間控制在1～2min之間，若進(jìn)水量較少，注漿泵的壓力于短時(shí)間內(nèi)上升時(shí)，則將凝膠的時(shí)間控制在5～6min左右。（2）本次施工采用的注漿機(jī)器為雙管注漿機(jī)器，其注漿量若超過(guò)300L/min，且注漿泵的壓力處于小幅度上升的狀態(tài)，則可選用大進(jìn)漿量進(jìn)行注漿，若注漿量在100L/min之間，且注漿泵的壓力處于穩(wěn)定上升的狀態(tài)，則可采用正常的進(jìn)漿量進(jìn)行注漿；若注漿量低于100L/min，且注漿泵的壓力在短時(shí)間出現(xiàn)大幅度上升的情況，則應(yīng)在注漿過(guò)程中采用小進(jìn)漿量進(jìn)行注漿。（3）在漿液能夠順利進(jìn)入裂縫中時(shí)，施工人員則可測(cè)取推動(dòng)作用時(shí)的注漿壓力，因而就可對(duì)注漿壓力進(jìn)行合理控制。注意在控制壓力時(shí)，應(yīng)考慮施工場(chǎng)地巖層裂縫的規(guī)模、漿液的性能（即：漿液的濃度、擴(kuò)散半徑、凝結(jié)時(shí)間等）和施工場(chǎng)地的具體情況進(jìn)行。由于本次施工場(chǎng)地中的巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，裂縫較大，本次施工的注漿壓力在2.0～3MPa之間。（4）當(dāng)填充率達(dá)到10%時(shí)，則可測(cè)定注漿的注漿量，即：以Q=πrHna(1+β)計(jì)算注漿量。該公式中Q代表注漿量,m3；H代表注漿段的總長(zhǎng),m；r則代表注漿液的擴(kuò)散半徑，m；a為注漿系數(shù)（結(jié)合本次施工的具體情況a取值為3），β為漿液的損失率（取值為20%）。根據(jù)公式計(jì)算出，本次施工的注漿量=2.71m3。（5）待注漿的壓力與設(shè)計(jì)的終壓相同，且吸漿率在18～35L/min時(shí)，則可結(jié)束注漿[2]。

3.2注漿堵水施工的流程及方法

（1）配置注漿液。采用“由稀至濃”的調(diào)配原則進(jìn)行配漿工作，根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)的進(jìn)漿量為參考，合理控制漿液的濃度、體積、凝膠時(shí)間等漿液參數(shù)。（2）注漿。使用雙管注漿機(jī)器進(jìn)行注漿工作，在開(kāi)啟機(jī)器時(shí)應(yīng)先開(kāi)啟水泥注漿泵再開(kāi)啟水玻璃注漿泵。其次，在注漿的過(guò)程中還應(yīng)時(shí)刻注意注漿泵中的壓力，若注漿泵的壓力的上升速度較為緩慢，應(yīng)及時(shí)減少進(jìn)漿量，防止在施工過(guò)程中因壓力不平衡而出現(xiàn)意外事故。（3）合理設(shè)定注漿段的長(zhǎng)度。根據(jù)施工場(chǎng)地的水文條件、地勢(shì)條件、注漿機(jī)器的性能等，將單次注漿段的長(zhǎng)度設(shè)定為30m。通過(guò)測(cè)試后，本次施工挖掘注漿段的長(zhǎng)度在24m～26m之間，并預(yù)留4m～6m作為注漿堵水工作的止?jié){帶，不進(jìn)行挖掘。（4）止?jié){墻的施工。本次施工選用現(xiàn)澆法進(jìn)行止?jié){墻的建設(shè)，墻體包括上、中、下臺(tái)階三個(gè)部分，墻高分別為2.4m、2m和2m，厚度分別為1m、1.5m和2m，嵌入底板的深度控制為0.55m，邊墻與拱部的深度為0.35m。在止?jié){墻周?chē)贾玫纳皾{錨桿的長(zhǎng)度為3.38m，環(huán)向間距為1.14m，進(jìn)入圍巖的長(zhǎng)度為1.97m，止?jié){墻的長(zhǎng)度1.53m。在墻體與圍巖接觸區(qū)域所布置的導(dǎo)管長(zhǎng)度為4.23m，該導(dǎo)管與隧道出現(xiàn)的夾角為45°，其次，在以C25的混凝土噴射在導(dǎo)管周?chē)纬珊穸葹?.26m的保護(hù)層。（5）設(shè)立孔口管。孔口管是注漿施工中的關(guān)鍵部分，因此，在設(shè)置期間應(yīng)保證其精準(zhǔn)性，為施工質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)保障。本次施工所鉆開(kāi)的孔口深度為3.3m，置入的Ф108孔口管為3.1m，外露的孔口管長(zhǎng)度為0.2m。其次，使用麻絲填充關(guān)閉與孔口的間隙，再向孔口管中注入注漿液。（6）布置注漿孔。注漿孔對(duì)于堵水效果至關(guān)重要，在布置注漿孔時(shí)應(yīng)結(jié)合施工場(chǎng)地內(nèi)具體情況（即：巖層裂縫、含水量等）進(jìn)行。本次施工的場(chǎng)地存在巖層縫隙多、縫隙種類(lèi)豐富、含水量較大等特點(diǎn)，難以正常布控，因此，在設(shè)置注漿孔的過(guò)程中，應(yīng)是注漿孔穿過(guò)巖層縫隙，并根據(jù)縫隙情況設(shè)立長(zhǎng)短不一、呈傘狀輻射的注漿孔。其次，在邊墻和拱部的區(qū)域內(nèi)呈梅花狀布置4～5圈的注漿孔，保證注漿液的擴(kuò)散半徑可至3m及以上。另外，注漿孔之間的孔距應(yīng)＜4.5m。（7）鉆孔。確定注漿孔位置，并以紅色油漆作標(biāo)記，使用鉆機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行鉆孔。在鉆孔初期，施工人員應(yīng)緩慢加壓、緩慢進(jìn)行，并讓另一位施工人員記錄起止時(shí)間、孔號(hào)、涌水位置、涌水量等。若單孔的涌水量≤30L/min，則可繼續(xù)進(jìn)行鉆孔工作，若＞30L/min，則需及時(shí)停止鉆孔作業(yè)。（8）注漿的速度控制。注漿時(shí)的速度應(yīng)根據(jù)鉆孔的涌水量控制，即：若涌水量≥50L/min時(shí)，則將注漿的速度控制在80～150L/min之間；若涌水量＜50L/min時(shí)，則應(yīng)將注漿的速度控制在35～80L/min之間。（9）注漿的順序。在進(jìn)行注漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)遵循“從外至內(nèi)，從上至下”的注漿原則，即：先進(jìn)行外圈注漿孔的注漿，在進(jìn)行內(nèi)圈注漿孔的注漿，同圈注漿時(shí)應(yīng)自下而上地進(jìn)行注漿工作。其次，注漿工作具有較高的系統(tǒng)性，因此在注漿過(guò)程中應(yīng)根據(jù)圖1所示的流程進(jìn)行注漿[3]。

3.3注漿施工的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

（1）注漿孔深度的誤差必須≤5cm，鉆孔的角度誤差必須≤0.5°，每段注漿的長(zhǎng)度必須≤32m，成型注漿帷幕的厚度必須≥6m。（2）注漿分段的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行分段注漿前，應(yīng)將鉆孔注漿的長(zhǎng)度控制在5m左右；如果施工場(chǎng)地存在斷層、持軟弱破碎帶時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取注漿安全處理措施，有效避免突泥、用水等安全事故的發(fā)生。（3）注漿完成的標(biāo)準(zhǔn)。①單孔注漿完成的標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)際測(cè)量的注漿壓力已達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙的要求，且在壓力穩(wěn)定的時(shí)長(zhǎng)需要超過(guò)10min，且在注漿過(guò)程的進(jìn)漿量須在20～30L/min之內(nèi)。②注漿施工完成的標(biāo)準(zhǔn)：每一個(gè)注漿孔皆達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)，未出現(xiàn)漏漿的情況，且施工后隧道內(nèi)的涌水量在1m/(m.d)之內(nèi)。（4）注漿效果的評(píng)定。注漿工作結(jié)束后，需在輪廓線的范圍之內(nèi)設(shè)立檢查孔，檢驗(yàn)注漿施工的情況。每個(gè)循環(huán)的檢查孔數(shù)量為5個(gè)，即：拱部2個(gè)、兩側(cè)邊墻各一個(gè)、底部1個(gè)，每個(gè)檢查孔的孔徑為110mm。若每個(gè)孔內(nèi)的出水量≤0.2L/min，且固體的抗壓強(qiáng)度＞3MPa，則代表逐漸施工的質(zhì)量較高，可繼續(xù)開(kāi)挖，反之，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)處理，直至達(dá)標(biāo)為止[4]。

4防水施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1隧道表面的防水施工

在對(duì)隧道開(kāi)展防水措施施工的過(guò)程中，首先要對(duì)隧道內(nèi)部周邊的基礎(chǔ)進(jìn)行有效的處理，通常會(huì)采取對(duì)隧道內(nèi)表面噴射混凝土的方法來(lái)對(duì)隧道內(nèi)壁進(jìn)行防水處理，為了提升隧道內(nèi)的防水工作通常會(huì)在隧道內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的防水板，因此防水板的質(zhì)量就決定了后期的防水效果，在選擇防水板時(shí)應(yīng)保證其符合施工設(shè)計(jì)要求，并將防水板的裸露鋼筋以及錨頭進(jìn)行切除清理后用砂漿抹平，然后進(jìn)行封閉施工。在完成封閉處理后，要保證初期支護(hù)平整度應(yīng)符合D/L≤1/20的要求（D為初期支護(hù)基面相鄰兩凸面凹進(jìn)去的深度；L為基層相鄰兩凸面間的距離，且L≤1m），在完成這些施工后要再次對(duì)防水板進(jìn)行質(zhì)量檢查，以提升隧道內(nèi)部的排水效果，參與施工的施工人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)進(jìn)行施工，避免在施工中埋下安全隱患（見(jiàn)圖2）。在對(duì)隧道內(nèi)部進(jìn)行基礎(chǔ)處理施工后，可以進(jìn)行土工布施工，搭接長(zhǎng)度＞5cm，施工流程是通過(guò)操作車(chē)運(yùn)送土工布通過(guò)射釘槍與襯墊配合將土工布固定在隧道內(nèi)部的設(shè)計(jì)部位。在固定土工布的過(guò)程中，要保證土工布和混凝土之間有良好的貼合，熱熔墊片按梅花型布置，拱頂中心左右2m范圍布設(shè)間距0.4m，起拱線至左右2m布設(shè)間距0.5m，邊墻布設(shè)間距0.7m，距防水板環(huán)向施工縫0.2m，左或右設(shè)置兩道(左右間隔設(shè)置)。再通過(guò)射釘進(jìn)行控制土工布與混凝土的切合程度時(shí)，要注意調(diào)整射釘槍的力度避免因?yàn)榱Χ冗^(guò)大使得射釘出現(xiàn)斷裂的情況（見(jiàn)圖3）。

4.2管道防水

拱墻環(huán)向盲管(直徑中50mm，外包土工布的雙壁打孔波紋管)沿初支環(huán)向設(shè)置，打孔側(cè)與初支面密貼,每隔1.2m使用條狀防水板與初支面通過(guò)釘子固定。拱墻環(huán)向盲管一般地段縱向間距12m，富水地段縱向間距6m，與仰拱縱向透水盲管連接，保證連接牢固?？v環(huán)向盲管、泄水管、排水管應(yīng)按設(shè)計(jì)連通，管體間應(yīng)采用變徑三通連接，組成完整的排水系統(tǒng)。拱墻環(huán)向塑料排水板安裝在每板襯砌縱向盲管流水下坡端，距盲管彎頭按50cm控制，每板襯砌按設(shè)計(jì)要求設(shè)置2環(huán)塑料排水板。環(huán)向施工縫按全防水考慮，不在施工縫處設(shè)置塑料排水板（見(jiàn)圖4）。

5結(jié)束語(yǔ)

施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況、水文情況、巖層情況等都會(huì)對(duì)高速鐵路隧道施工造成不利影響，施工場(chǎng)地內(nèi)存在巖層間縫隙較大、土質(zhì)含水量高等問(wèn)題，則有可能出現(xiàn)涌水事故，威脅施工和后續(xù)使用安全。注漿技術(shù)在解決這一問(wèn)題上的效果較為顯著，因此，在施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，制定行之有效的注漿堵水施工方案，保證物資配置的合理性，并由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行注漿堵水作業(yè)，以確保注漿堵水工作的有效性，進(jìn)而保證整個(gè)高鐵隧道施工的質(zhì)量，為施工人員和后續(xù)使用者的安全提供堅(jiān)實(shí)的保障。

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作者:王華 單位:中鐵建大橋工程局集團(tuán)第五工程有限公司