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摘要：文章结合某隧道工程，阐述了帷幕注浆防水技术在隧道工程中的工程应用，分析了隧道帷幕注浆的设计方案以及施工要点。实践证明，该工程防水效果优良，为隧道穿越浅埋过河地段的防水处理提供了宝贵的实践经验，可为相关技术人员参考。
关键词：隧道工程；帷幕注浆；设计；施工
1 工程概况
某公路隧道工程，全长5645m，隧道的最大高差为374m，最大埋深为342.46m，5‰的上坡。线路等级为Ⅰ级单线公路，开挖宽度6.52m，高9.06m。其中DK164+350～DK164+395段45m穿越河流，平均埋深为19m，在DK164+366处埋深仅15m。河流水源主要为大气降水,流速0.5m/s，流量较大。经实际开挖至DK164+350时，揭示过河段地质为全风化～強风化花岗片麻岩，片麻状构造，呈碎块状砌体结构，节理裂隙发育，遇水易坍塌掉块，通过钻探提水试验，其涌水量为1000～1500m³/d。由于隧道埋深浅，围岩差，涌水量较大，施工过程中稍有不慎，就极有可能造成隧道涌水、坍塌,甚至有可能造成河水灌入隧道的严重后果，因此，如何保证隧道安全顺利通过此段过河浅埋段是本工程的关键。
通过钻探，DK164+350～DK164+395段地质情况基本探明：DK164+350～DK164+365段为白灰色花岗片麻岩，全风化，岩体整体破碎，属较软岩，地下水较发育，水量约40m3/h，水压约1.5MPa；DK164+365～DK164+395段为白灰色花岗片麻岩，强风化，岩体整体较破碎～破碎，属较软岩，地下水发育，水量约60m3/h，水压约1.5MPa。
2 隧道帷幕注浆设计方案
（1）超前预注浆注浆段长度
该隧道DK164+350～DK164+395段45m穿越河道段帷幕注浆段长度确定为：注浆加固固结范围为开挖轮廓线外4m，每一注浆段长度按25m，共施作2个循环。
（2）止水止浆墙厚度
根据掌子面涌水的水压及水量的情况，为防止注浆过程中地下水涌向工作面及注浆时跑浆，注浆工作面喷射C20混凝土20cm（加双层钢筋网）进行封闭。第一个注浆段终止处留5m止浆岩盘。
（3）帷幕注浆单孔注浆方式
在隧道施工过程中，由于隧道节理发育、岩体破碎、富水较大，故采用后退式注浆方式进行注浆（见图1）。
图1 后退式分段注浆示意图
（4）浆液扩散半径及钻孔参数
单孔注浆有效扩散半径为2m。孔口管使用直径为120Ф钻头钻深3.5m，孔口管采用Ф108钢管，长3m，用Ф90金刚石钻头钻进注浆孔。
（5）浆液胶凝时间
由于此段富水，浆液胶凝时间选择为30～50S。
（6）注浆终压
注浆终压为1～1.5MPa。
（7）注浆量的计算
浆液的扩散半径与岩层裂隙很难精密确定，注浆量的估算按下式进行：
Q=Anα（1+β）
式中：Q—总注浆量，m3；
A—注浆范围围岩体积，m3；
N—围岩空隙率，％；
α—浆液充填系数（0.7～0.9）；
β—注浆材料损耗系数。
设计中，nα（1+β）统称为充填率，充填率按表1选用。由于隧道浅埋过河段围岩破碎，节理发育，为确保注浆堵水效果，充填率选择5%。
表1 充填率选用表
（8）注浆材料的选择
注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,经实验室试验确定，水泥与水玻璃体积比1：0.5，水泥浆水灰比0.8，水玻璃模数m=3，波美度Be=35。
3 帷幕注浆施工
3.1 帷幕注浆施工工艺流程
帷幕注浆施工工艺：超前地质预报（超前探孔）→注浆参数确定→施工准备→布孔→钻孔→下注浆管→注浆→效果检查。
3.2 帷幕注浆孔位布置及施工
（1）布孔。以隧洞中轴为中心呈伞形布置，共3环，计72个孔（见图2）。
图2 帷幕注浆孔位布置图
（2）开孔。首先根据孔位布置图，测量技术人员在灌浆部位用测量仪器测放出控制点。测放出各灌浆孔位，并用红油漆作出标志，以便在施工过程中记录方便。孔位按照Wm-n-s-k格式进行编号。严格按设计位置、方向进行施钻，埋管钻孔的直径要大于孔口管外径，孔深3.5m。孔钻好后将孔口管置于孔内，外露长度保持30cm。
（3）钻孔。使用Φ90金刚石钻头钻进。孔口位置准确定位，与设计位置的允许偏差为+5cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，每隔10米对钻孔使用JJX-3钻孔测斜仪进行一次测斜，及时纠偏，以保证钻孔质量，在钻孔终孔时对孔底偏斜进行一次测量。孔底位置偏差应小于30cm；施钻时钻机要尽量贴近岩面，以减小钻杆的震动；要用清水钻进，开孔要轻加压，慢速，大水量，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。钻孔时作好记录，主要记录钻孔编号、位置、倾角、开终孔时间、变径情况、钻机异常情况、孔内事故情况、终孔孔深、孔径、孔斜情况、分段钻进返渣、返水或返风情况，以及依据岩屑判断岩石特性的情况。
（4）下管。钻孔完毕，进行清孔检查，在确认没有塌孔和探头石的情况下，方可下管，否则必须用钻杆进行扫孔。在确定注浆管内无阻塞物后，即可进行注浆管安装。把管子插入孔内，再将管顶入孔内到要求深度，使橡胶栓塞与孔壁充分挤压密实，注浆管和止浆塞固定，注浆管外露的长度不小于30～40cm，以便连接孔口阀门和管路。注浆管安放好后，在注浆管管口加上空口盖，以防止杂物进入。
3.3 注浆施工
（1）制浆。根据选定的参数配制浆液，采用ZJ-400高速搅拌机机拌制，搅拌时间不小于30s。制浆时，按规定配比称量材料，控制称量误差小于5%。水泥浆配好后需用1mm的筛过滤一遍，水用水表计量。浆液自制备至用完不超过4h。
（2）注浆。先检查注浆管，确认畅通后再接入注浆系统。注浆系统与孔口混合器接好后，开阀门，启动注浆泵按照先稀后稠、（注浆量）先大后小、先注水泥单液浆再注双液浆的程序注浆。当注浆压力达到设计数量则停止注浆，关闭球阀，随即卸下注浆混合器及注浆系统，并用清水清洗干净。注浆顺序应由外向内，同一圈孔间隔施工。
（3）注浆标准，单孔注浆结束标准：
1）注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min；
2）注浆结束时的进浆量小于20L/min；
3）检查孔的漏水量每m小于1～3 升/min。
全段结束标准：
1）所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；
2）注浆后涌水量小于1m3/d·m；浆液有效注入范围大于设计值。
（4）注浆效果评定
注浆段的注浆孔全部注完后，钻检查孔检查注浆质量，每循环设2个检查孔，对检查孔钻取岩芯后发现浆液充填岩体裂隙饱满，浆液结石强度高，孔内涌水量明显减少，测定检查孔涌水量小于0.2m3/m*min，达到预期注浆效果。
4 结束语
通过对该隧道穿越浅埋过河地段采用帷幕注浆施工，不仅有效填充了节理裂隙，加固了破碎围岩，降低了隧道涌水，明显降低了隧道在开挖过程中坍塌和突水的风险，为安全顺利通过此段浅埋过河地段提供了有力保障。同时在施工中熟练地掌握了该项技术，为穿越浅埋破碎带和涌水大的隧道施工积累了经验。
参考文献：
[1] 张民庆，彭峰.地下工程注浆技术[M].北京：地质出版社，2008.
[2] 杜嘉鸿,张崇瑞,何修荣.地下建筑注浆工程简明手册[M].北京:科学出版社,2005.
[3] 李文锋. 超前帷幕注浆技术在高压富水隧道中的应用[J] .山西建筑, 2009, 35( 11) : 286-287.
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看
关键词：隧道工程；帷幕注浆；设计；施工
1 工程概况
某公路隧道工程，全长5645m，隧道的最大高差为374m，最大埋深为342.46m，5‰的上坡。线路等级为Ⅰ级单线公路，开挖宽度6.52m，高9.06m。其中DK164+350～DK164+395段45m穿越河流，平均埋深为19m，在DK164+366处埋深仅15m。河流水源主要为大气降水,流速0.5m/s，流量较大。经实际开挖至DK164+350时，揭示过河段地质为全风化～強风化花岗片麻岩，片麻状构造，呈碎块状砌体结构，节理裂隙发育，遇水易坍塌掉块，通过钻探提水试验，其涌水量为1000～1500m³/d。由于隧道埋深浅，围岩差，涌水量较大，施工过程中稍有不慎，就极有可能造成隧道涌水、坍塌,甚至有可能造成河水灌入隧道的严重后果，因此，如何保证隧道安全顺利通过此段过河浅埋段是本工程的关键。
通过钻探，DK164+350～DK164+395段地质情况基本探明：DK164+350～DK164+365段为白灰色花岗片麻岩，全风化，岩体整体破碎，属较软岩，地下水较发育，水量约40m3/h，水压约1.5MPa；DK164+365～DK164+395段为白灰色花岗片麻岩，强风化，岩体整体较破碎～破碎，属较软岩，地下水发育，水量约60m3/h，水压约1.5MPa。
2 隧道帷幕注浆设计方案
（1）超前预注浆注浆段长度
该隧道DK164+350～DK164+395段45m穿越河道段帷幕注浆段长度确定为：注浆加固固结范围为开挖轮廓线外4m，每一注浆段长度按25m，共施作2个循环。
（2）止水止浆墙厚度
根据掌子面涌水的水压及水量的情况，为防止注浆过程中地下水涌向工作面及注浆时跑浆，注浆工作面喷射C20混凝土20cm（加双层钢筋网）进行封闭。第一个注浆段终止处留5m止浆岩盘。
（3）帷幕注浆单孔注浆方式
在隧道施工过程中，由于隧道节理发育、岩体破碎、富水较大，故采用后退式注浆方式进行注浆（见图1）。
图1 后退式分段注浆示意图
（4）浆液扩散半径及钻孔参数
单孔注浆有效扩散半径为2m。孔口管使用直径为120Ф钻头钻深3.5m，孔口管采用Ф108钢管，长3m，用Ф90金刚石钻头钻进注浆孔。
（5）浆液胶凝时间
由于此段富水，浆液胶凝时间选择为30～50S。
（6）注浆终压
注浆终压为1～1.5MPa。
（7）注浆量的计算
浆液的扩散半径与岩层裂隙很难精密确定，注浆量的估算按下式进行：
Q=Anα（1+β）
式中：Q—总注浆量，m3；
A—注浆范围围岩体积，m3；
N—围岩空隙率，％；
α—浆液充填系数（0.7～0.9）；
β—注浆材料损耗系数。
设计中，nα（1+β）统称为充填率，充填率按表1选用。由于隧道浅埋过河段围岩破碎，节理发育，为确保注浆堵水效果，充填率选择5%。
表1 充填率选用表
（8）注浆材料的选择
注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,经实验室试验确定，水泥与水玻璃体积比1：0.5，水泥浆水灰比0.8，水玻璃模数m=3，波美度Be=35。
3 帷幕注浆施工
3.1 帷幕注浆施工工艺流程
帷幕注浆施工工艺：超前地质预报（超前探孔）→注浆参数确定→施工准备→布孔→钻孔→下注浆管→注浆→效果检查。
3.2 帷幕注浆孔位布置及施工
（1）布孔。以隧洞中轴为中心呈伞形布置，共3环，计72个孔（见图2）。
图2 帷幕注浆孔位布置图
（2）开孔。首先根据孔位布置图，测量技术人员在灌浆部位用测量仪器测放出控制点。测放出各灌浆孔位，并用红油漆作出标志，以便在施工过程中记录方便。孔位按照Wm-n-s-k格式进行编号。严格按设计位置、方向进行施钻，埋管钻孔的直径要大于孔口管外径，孔深3.5m。孔钻好后将孔口管置于孔内，外露长度保持30cm。
（3）钻孔。使用Φ90金刚石钻头钻进。孔口位置准确定位，与设计位置的允许偏差为+5cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，每隔10米对钻孔使用JJX-3钻孔测斜仪进行一次测斜，及时纠偏，以保证钻孔质量，在钻孔终孔时对孔底偏斜进行一次测量。孔底位置偏差应小于30cm；施钻时钻机要尽量贴近岩面，以减小钻杆的震动；要用清水钻进，开孔要轻加压，慢速，大水量，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。钻孔时作好记录，主要记录钻孔编号、位置、倾角、开终孔时间、变径情况、钻机异常情况、孔内事故情况、终孔孔深、孔径、孔斜情况、分段钻进返渣、返水或返风情况，以及依据岩屑判断岩石特性的情况。
（4）下管。钻孔完毕，进行清孔检查，在确认没有塌孔和探头石的情况下，方可下管，否则必须用钻杆进行扫孔。在确定注浆管内无阻塞物后，即可进行注浆管安装。把管子插入孔内，再将管顶入孔内到要求深度，使橡胶栓塞与孔壁充分挤压密实，注浆管和止浆塞固定，注浆管外露的长度不小于30～40cm，以便连接孔口阀门和管路。注浆管安放好后，在注浆管管口加上空口盖，以防止杂物进入。
3.3 注浆施工
（1）制浆。根据选定的参数配制浆液，采用ZJ-400高速搅拌机机拌制，搅拌时间不小于30s。制浆时，按规定配比称量材料，控制称量误差小于5%。水泥浆配好后需用1mm的筛过滤一遍，水用水表计量。浆液自制备至用完不超过4h。
（2）注浆。先检查注浆管，确认畅通后再接入注浆系统。注浆系统与孔口混合器接好后，开阀门，启动注浆泵按照先稀后稠、（注浆量）先大后小、先注水泥单液浆再注双液浆的程序注浆。当注浆压力达到设计数量则停止注浆，关闭球阀，随即卸下注浆混合器及注浆系统，并用清水清洗干净。注浆顺序应由外向内，同一圈孔间隔施工。
（3）注浆标准，单孔注浆结束标准：
1）注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min；
2）注浆结束时的进浆量小于20L/min；
3）检查孔的漏水量每m小于1～3 升/min。
全段结束标准：
1）所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；
2）注浆后涌水量小于1m3/d·m；浆液有效注入范围大于设计值。
（4）注浆效果评定
注浆段的注浆孔全部注完后，钻检查孔检查注浆质量，每循环设2个检查孔，对检查孔钻取岩芯后发现浆液充填岩体裂隙饱满，浆液结石强度高，孔内涌水量明显减少，测定检查孔涌水量小于0.2m3/m*min，达到预期注浆效果。
4 结束语
通过对该隧道穿越浅埋过河地段采用帷幕注浆施工，不仅有效填充了节理裂隙，加固了破碎围岩，降低了隧道涌水，明显降低了隧道在开挖过程中坍塌和突水的风险，为安全顺利通过此段浅埋过河地段提供了有力保障。同时在施工中熟练地掌握了该项技术，为穿越浅埋破碎带和涌水大的隧道施工积累了经验。
参考文献：
[1] 张民庆，彭峰.地下工程注浆技术[M].北京：地质出版社，2008.
[2] 杜嘉鸿,张崇瑞,何修荣.地下建筑注浆工程简明手册[M].北京:科学出版社,2005.
[3] 李文锋. 超前帷幕注浆技术在高压富水隧道中的应用[J] .山西建筑, 2009, 35( 11) : 286-287.
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看