·84·2017年4月隧道岩溶富水断层带施工中注浆止水施工技术的应用

宋国振

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京 101400）

摘 要：隧道穿越区节理裂隙发育、褶皱、断层十分发育，溶蚀严重，溶洞、岩溶发育，隧道施工过程中，很可能遇到岩溶区及溶洞，通过富水断层带施工时，采用超前预注浆堵水，可以有效防止水资源流失、地表水下降、影响当地村民用水、破坏生态环境，也大大降低突泥突水的风险。

关键词：断层；岩溶地质；富水断层带施工；隧道施工

中图分类号：TV334 文献标志码：A 文章编号：2096-27（2017）04-0084-02

在富水断层带修建隧道是国内外隧道工程界极具挑战性的技术难题。较早之前这样的地区被喻为“隧道工程的禁区”。但这几年，穿越高水压富水断层带修建的铁路、公路隧道越来越多，如渝怀铁路圆梁山隧道、宜万线多条隧道、关角隧道等。富水断层岩溶地段的修建技术及理论还不成熟，岩溶的处理技术有待发展，如堵水处理措施中注浆材料、注浆方式、注浆参数仍需进一步试验和研究。红岩湾隧道是达陕高速公路上一条特长瓦斯隧道、岩溶富水隧道，穿越大量可溶岩，并且通过褶皱和断层构造，岩层倾角大，岩体裂隙发育，大气降水丰富，隧道涌突水可能性大。比单纯的高压富水隧道来说施工难度更大，因此质量、安全、进度等在可控的条件下，对注浆止水施工技术的研究是非常重要的。

1 工程概况

红岩湾隧道为单洞分离式特长公路隧道，左线长3252.333m，右线长3311.343m，左右线间隔24～38m。隧址区位于四川省万源市梨树乡，大巴山山脉腹部地区，属于强烈切割的山岳地带，中低山地貌，沟谷成树枝状分布，沟谷深切，岸坡陡峻或成悬崖绝壁，地表植被发育；区域内河流发育，河内常年有水，枯水季节流量一般在1.0～9.0m3/s，雨季是其数倍至几十倍，多发育碳酸岩地层，河床存在渗漏现象。红岩湾隧道构造发育，共穿越2个断层及2个褶皱带，构造带岩体挤压严重，节理、裂隙极为发育，往往成为地下水汇集的通道，可能出现突水、涌水。尤其以LK9+800～LK9+840、K9+800～K9+840两段最可能出现涌突水。因此，为防止开挖引起涌突水、围岩坍塌，设计中采用超前预注浆进行加固，将大部分涌水堵在注浆圈外。通过加固岩体提高其自身承载力，以减少开挖和支护工程量。通过注浆，提高了围岩强度，增强了自承能力，有利于改善隧道结构的抗震性能。

2 施工原则

隧道通过富水地段施工时，为防止水资源流失，地表水下降，影响当地村民用水，破坏生态环境，或在可能产生涌水、突水的地段拟采用超前预注浆堵水。防排水原则为“以堵为主，限量排放”。

3 地质超前预报

为了减少灾害，必须采取有效的措施对隧道掌子面前方的地质情况进行较为准确的预测预报。施工中可采用TSP-203地质探测仪、地质雷达、瞬变电磁仪，配合100m超前水平钻孔进行超前地质预报。

4 施工方法与工作内容

4.1 不同断层所采取的施工方法

针对不同的断层，可考虑采取以下施工方法：①无水断层可采用小导管法超前支护通过；②水量小的断层可采用顶水注浆堵水的方式，设置超前小导管或管棚通过；③针对对隧道影响较大、水量较大的断层，采用“以堵为主，限量排放”的原则，采取超前帷幕注浆措施，针对断层情况进行处理；④高压富水断层，全断面注浆堵水效果不好的地段，可采取掌子面上堵下排注浆堵水技术。对于未采取超前帷幕注浆的地段，开挖通过后采取全断面径向注浆措施，以降低围岩的渗透系数，控制地下水流失。

4.2 工作内容

施工断层及节理密集段落时应避开雨季，如施工期间遭遇较大降雨时应放慢掘进速度，在尚未施工二衬段设置临时时支撑钢架，尽快封闭仰拱。施工过程要加强对坑洞的观测和测量工作，主要包括：①检查围岩和喷混凝土表面是否存在裂纹或龟裂；②坑洞顶部和侧壁是否不断掉下土块、岩块以及漏出砂、石屑等；③钢架是否变形，临时支护是否稳定；④仰拱有无上拱；⑤地面是否有开裂；

⑥渗水量是否加剧，水质是否变得浑浊；⑦监测的围岩变形速率是否收敛或数值是否超出允许的范围。

5 掌子面上堵下排注浆堵水技术

在隧道富水断层带可采用掌子面上堵下排注浆堵水技术。对于高压富水断层带，无法直接采用释能降压方法施工，而采用全断面帷幕注浆封堵又很难保证注浆质量。同时导致更高的水压，这样在薄弱的地方更容易被高压水击穿，风险更大。因此采用掌子面周边适当注浆堵水、中间排水降压的理念可以安全快速的施工，隧道通过后径向注浆堵水，防止地下水流失。施工期排水时间较短，排水量有限，结合一定的堵水措施，隧道运营一段时间后地下水位会恢复到原来位置，不会破坏生态环境。

上堵下排注浆技术是通过对破碎带隧道上断面周边注浆，使之在隧道开挖轮廓外形成一道止水帷幕，以减小渗流量、防止渗漏水对断层破碎带产生渗流破坏，以便形成一个有利于快速施工的环境，同时可以减少后期渗漏水处理难度和处理费用。注浆参数设计：注浆加固范围1～3排孔外扩5m、注浆压力3～4MPa、浆液扩散半径2m、注浆孔终孔间距3m、注浆速度5～110L/min等。注浆工艺采用全孔一次性注浆，不需设置止浆墙。

下半断面根据围岩含水量分布动态设置引水导管排水，降低开挖面水压，防止涌水突泥，降低围岩渗透性，加速地层固结提高强度。必要时可沿拱部开挖轮廓线布设超前长管棚（长40m、外径Φ108mm）＋双排小导管（长4～6m钢花管，间距40cm）进行超前支护。

具体实施方法为：①在计划堵水区段内布设一定数量注浆孔，对隧道上半断面及其开挖轮廓线外围岩进行注浆，封堵上半断面地下水，同时切断上半断面开挖轮廓线外地下水流向隧道的导水通道；②上半断面周边注浆完成后，按注浆孔数的5%设置检查孔进行效果检查，注浆效果满足预定标准后在下半断面钻设5个排水检查孔，分别位于隧道左、中和右侧；③当单孔最大涌水量小于预定标准时，隧道上半断面进行开挖支护，而下半断面快速开挖通过，隧道初期支护及时封闭成环；④当隧道通

DOI:10.19537/j.cnki.2096-27.2017.04.052

Engineering Technology and Application | 工程技术与应用 |

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2017年4月过富水断层破碎带后，若初期支护渗漏水量大于隧道渗漏水量预定标准，可根据渗漏水情况实施径向注浆堵水，保证隧道无渗漏（见图1）。图1 掌子面上堵下排注浆堵水技术示意图（左为横断面示意图，右为纵断面示意图）

上堵下排注浆技术成功应用于秀宁隧道富水断层带施工，确保了施工安全，注浆效率比传统方法提高2倍，隧道施工月进尺达到20～30m 。

6 超前帷幕注浆施工

在对掌子面前方进行超前帷幕注浆止水施工前，隧道已开挖段的初期支护、仰拱、二次衬砌要紧跟，在注浆面后形成一个完整的、封闭的整体性结构。

注浆方式及长度：采用“深浅孔组合-后退式分段注浆”方式，外层注浆孔长度为20m ，内层注浆孔长度为30m ，每循环开挖1.25～2.5m 。

扩散半径：2.0～3.0m ；注浆孔：间距1.0m ×1.0m ，梅花形布置，注浆孔位布置剖面图及断面图（见图2、图3）

。

图2 注浆孔位布置纵剖面图

图3 注浆孔位布置断面图

注浆顺序：按“由外到里，从下往下”原则进行施工，同时结合水流方向和涌水水源点位置，按由“有水孔到无水孔”顺序施工；先施作短孔，再施作长孔，左后施

作检查孔，检查孔施工顺序待注浆结束后视现场情况定。

注浆分段长度选择：根据地层特点，每次注浆分段长度为2～4m ，钻孔至设计深度以后每后退2～4m 进行一次注浆。

注浆过程控制：①如发生串浆及时堵塞串浆孔或对串浆孔同时注浆；②泵压突然升高时，可能发生堵管，及时停机检查；③进浆量很大、压力长时间不升高，重新调整浆液浓度及配合比，缩短胶凝时间；④填写“小导管注浆施工记录”；⑤注浆完成立即清场，退出所有注浆设备，并清除完设备内浆液后用清水再次清洗，直至完全清净设备内浆液，保持设备使用前的清洁完好状态，以备下次再用。

7 注浆过程监控量测控制

主要内容：①加强周边围岩检查、拱顶下沉及周边收敛观察，特别是过水段施工过程中的监控量测；②注浆过程中加强对止浆墙变形的监控量测，准备好加固措施，并作好预案；③注浆过程中加强对注浆岩盘后方周边围岩的监控量测，避免由于前方注浆堵水后导致后方水压上升，从而造成隐患。

8 结束语

红岩湾隧道岩溶地质垂直渗流带由于施工难度大、安全风险高，一直受到社会各方的关注，采用注浆止水施工技术，对高压富水断层带地质构造突水突泥灾害进行理论研究，并指导于施工，受到良好的效果，同时对今后岩溶隧道施工防突泥突水地质灾害借鉴性极强，社会效益显著。参考文献：

[1]刘秀峰,刘志刚.岩溶地质超前预报方法研究[J].石家庄铁道

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出版社,1995.[3]毛正君.脆弱生态区隧道群施工期地下水运移特征及环境效应

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[4]张伟杰.隧道工程富水断层破碎带注浆加固机理及应用研究

[D].山东大学,2014.[5]李志鹏.断层软弱介质注浆扩散加固机理及工程应用[D].山东

大学,2015.作者简介：宋国振

（1982-），男，工程师，研究方向：隧道工程。

外插角：取5～25°；注浆材料：水泥浆，水泥浆

水灰比0.6:1～3:1（重量比），注浆过程中浆液的浓度由稀到浓，施工水灰比在注浆现场经试验确定；注浆压力：

1.5～

2.5MPa ，由低到高逐级变换，具体注浆压力由注浆施工现场确定。下载本文