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超前导管注浆在富水区治理施工中的应用
张辉1 刘文2
（1. 广西百色市中铁十九局集团第一工程有限公司；2. 河南省开封市河南大学体育学院）
摘要: 结合小盘岭1#隧道富水段的综合治理，就隧道在渗水、淋水、突泥突水、涌水等病的治理中，对采用的超前导管注浆施工工艺和施工方法做总结。
关键词：涌水 治理 导管注浆 施工
　 隧道涌水是指在富水的岩体中开挖隧道，岩体裂隙互相贯通并且含有富水时，大量的地下水就涌入洞内，新开挖的隧道就成为排水的新通道。在粘性土及未胶凝的断层破碎带中，涌水的动水压力和冲刷作用，能够导致隧道围岩失去稳定性，从而形成突泥突水的隧道灾害。从目前的隧道施工技术角度，治理涌水的方法较多，大多分为两类：即排水法和止水法。实际施工中排水和止水常常是被结合应用的。所以“堵排结合”是经常被采用的治理方法。下面结合小盘岭1#隧道涌水工程实例，介绍超前导管注浆在涌水治理中的应用。
1　工程概况
1.1 位置
小盘岭1号隧道位于珲春市密江乡东阳村至甩弯子村之间，进口里程DK340+132.0，终止DK346+419.0 .隧道全长6287m，最大埋深250m。
1.2 气象特征
遂址区年平均气温6.8度，最冷月极端天气-32.5度，极端最高天气22.3度，年平均降水量为528.7mm，年最大降水量1065.6mm，年最小降水量365.4mm，年平均降水日数105天。
1.3 物探解析地质构造
GDK343+040—GDK343+540.0处为物探异常带，岩体较破碎，因地势较低，利于汇水形成富水区，对施工会产生较大影响。
GDK343+040—GDK343+540.0段作为设计变更试验段, 采取“以堵为主,堵排结合”的原则进行施作。
2　注浆导管施工工艺
2. 1　导管工艺流程( 图1)

图1 导管施工工艺流程
2. 1. 1　定位
测量人员准确放出隧道开挖轮廓线，在轮廓线注浆工艺流程外侧打设超前管孔位,布设范围在起拱线以上,孔位间距为40 cm每环共37 个孔。
2. 1. 2　钻孔
施工中采用TY28型凿岩机不少于8 台，进行钻孔作业，采用50 mm 钻头钻孔。每台钻机设2 名钻工，尽量减小钻孔横向偏位，控制钻孔深度误差在+ 5 cm 以内，并保证设计要求的30°外插角。
2. 1. 3　钢花管制作及安装
a.小导管前端做成尖锥形，尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔10～20cm梅花型钻眼，眼孔直径为6～8mm，尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段。小导管构造见图2。

φ8mm加劲箍
小钢管普通焊
>30cm
15～20cm

图2 注浆小导管结构图
b．钢花管大样每个孔位打至设计深度后立即下管, 钢花管由人工辅助机械送入，钢管到位后。 采用锚固剂或水玻璃和水泥封口, 以防注浆时冒浆。
2. 1. 4　注浆
采用水泥水玻璃双液注浆机2 台，注浆时注浆压力控制为初压1. 0～2. 0 MPa，在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高后增压至3 MPa。当注浆压力不低于3. 0 MPa，稳定5 s 时可作为注浆孔施工的结束标准。
2. 2　注浆材料与浆液配合比
压浆材料一般要求在一定时间内具有胶凝作用，因此，多数情况下都采用以水玻璃为主体材料。设计中采用了水泥水玻璃类浆液，它是以水泥和水玻璃为主剂( 水泥浆要求: W ∶C= 1∶1；水玻璃要求: 模数m= 2. 4～3. 4，浓度B =35e′)，两者按1∶1 的比例采用双液方式注入，加入2%缓凝剂( 磷酸氢二钠) 所形成的注浆材料。它具有以下优点:
（1） 可以调节胶凝时间；
（2） 结石体抗压强度高，可达到5～20 MPa；
（3） 不会产生固化收缩而形成空隙, 有利于保持胶凝体与岩体的胶结和挤压作用；
（4）浆液结石率为100%, 结石体渗透系数为10- 3 cm/ s, 抗渗性能好；
（5） 浆液在流散过程中, 发生的化学反应产生大量水化热, 这些热量将促使岩体含水量降低, 岩体强度和自稳性则因此而提高。
2. 3 　注浆设备
隧道所用的注浆设备见表1。

2. 4. 1　泄水孔施工
泄水孔施作的目的，一是减小裂隙水水压力，以预防掌子面突然涌水引起坍塌；二是集中引排,，减少掌子面渗漏水，改善施工条件， 减少材料浪费。目前根据现场实际围岩节理的发育情况和裂隙走向，对裂隙水分布及补给并对孔位做了及时调整，改在掌子面节理、裂隙发育的右上及左边偏下位置施打泄水孔， 单孔泄水量达到60 m3 / h,，使掌子面的淋水情况大为改观，泄水效果比较理想。泄水孔孔位见图3所示。

图3　泄水孔部分孔位示意
2. 4. 2　止浆措施
设计中指出小导管管尾0. 5 m 范围内不打注浆孔。GDK343+040 断面超前导管注浆过程中，孔口出现大量溢浆现象。分析原因: 施打泄水孔后， 实际涌水量为100～120 m3/ h，设计方案治理水量为60～80 m3 / h，这样实际水压力也会比设计大很多。经调整我部采取如下措施进行止浆: 管尾0. 7 m 范围内不打注浆孔，送管施工完成后，先用止浆塞塞紧0. 7 m中的前0. 15～0. 20 m 范围，减小导管与孔壁之间的水量和流速，使渗漏水从导管中流出，便于封堵止浆。再用干水泥和水玻璃严密封。
2. 4. 3　预防堵管措施
在GDK343+040断面导管注浆过程中， 3 号、7 号、21 号等孔位出现堵管现象。分析认为: 双液浆凝结时间较短，施工中若采用一段或一段半注浆设备，在换孔过程中如果时间过长，浆液就会在注浆管中胶凝而堵管。因此在换孔过程中， 首先要打开合流管部位的排浆阀，排出浆液，再用清水清洗注浆管，防止多次注浆的胶凝物累积堵管。
2. 4. 4　注浆顺序控制
GDK343+040断面导管顺序注浆施工后，个别孔周边仍存在渗漏现象。考虑到该段围岩裂隙发育，在裂隙分布及走向影响下，渗水、涌水分布、压力等存在不规律性的特点，在孔位注浆顺序上做了适当调整。
( 1) 在裂隙发育程度相近、渗漏水、涌水情况基本相同的部位，采用间隔注浆法，这样不仅可以节约注浆材料，还可以使封闭更加严密，提高帷幕效果；
( 2) 在渗漏水、涌水情况不同且压力相差较大的部位，采用由弱到强，即由渗漏水部位向涌水部位注浆，保证每个孔在裂隙水压力差及注浆泵压力作用下注浆饱满、充分填满裂隙, 提高止水效果。
2. 4. 5　单孔注浆压力控制
因为渗水、涌水分布和压力等均不存在规律性，针对不同的孔位, 注浆压力控制也不尽相同。
( 1) 在压力相对较小的孔位，先低压注浆，减小管尾附近围岩裂隙渗漏，再高压注浆，使浆液进一步充满裂隙，封堵裂隙水，最后降压持荷10 s，降低浆液流速，让导管及其周围浆液有充分的胶凝时间。
( 2) 在压力较大的孔位，先高压，再低压，实行高低压反复的方法， 既保证有足够的压力将浆液压入裂隙，又保证导管及裂隙中的浆液有足够的时间胶凝。
3　注浆效果
GDK343+040-- GDK343+055施工段完成后，堵止效果明显。
( 1) 注浆前GDK343+040～+ GDK343+055段拱部渗漏、淋水严重，无法完成喷射作业，注浆后浆液通过裂隙反渗至该段封闭围岩。
( 2) 注浆前部分导管及其周边有淋水或涌水现象，注浆后在原渗漏水部位绝大部分有浆液渗出，渗漏水明显减少。
( 3) 经过超前导管注浆治理段落，开挖施工后，围岩裂隙水及孔隙水明显减少，爆破后的洞渣中含大量的浆液胶凝体，洞渣结块率高， 充填密实，胶结牢固。
( 4) 从出水量方面看，自GDK343+040断面施打泄水孔后，最大水量达到120 m3/ h左右，注浆施工后水量降低至65 m3 / h 左右。
4　施工中存在的问题
4. 1　注浆压力
根据GDK343+040 断面围岩情况推断以后一段为软弱岩体,围岩裂隙发育，节理逐渐清晰，强度也有提高，与软弱岩体存在一定差异。注浆过程中，在没有止浆墙的情况下，压力过大浆液会从裂隙中渗出，甚至喷射出来，压力难以增高，并使周边泥质岩和欠稳定的岩块掉落。长时间维持在0. 7～1. 5 MPa 左右。围岩整体性较好的孔位注浆2. 5 min 左右，压力会迅速增至3. 0 MPa，甚至更高， 注浆量则略低于设计值。
4. 2　注浆量
在围岩裂隙发育段，部分孔在注浆2～2. 5 min后，浆液会从裂隙中渗漏、喷射出来，但渗漏或喷射的浆液会逐渐胶凝逐渐堵住裂隙。为了达到止水目的，就要延长注浆时间，导致浆液大量流失。注浆开挖后发现，洞内渣石中存在大量双液浆胶凝体。这些都是注浆量加大的体现。
5　结语
在GDK343+040～+ GDK343+055 涌水段超前注浆导管施工试验段，我们坚持“以堵为主，堵排结合”的原则，按照设计方案进行施工，在实践中总结一套简易高效的施工经验，虽然施工中还存在一些缺陷，但从注浆后效果来看，还是达到了封闭围岩、封堵裂隙水的效果，导管注浆方案的可行性为我部以后处理涌水提供宝贵的实践资料，我们将致力完善导管注浆，坚持“以堵为主，堵排结合”的原则。为改善了施工作业条件，保证隧道安全掘进提供强有力的支撑。
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