1、大梁山隧道“突水突泥”试验段处理技术【摘要】面对修建隧道过程中出现的涌水、突泥等不良地质情况时，目前社会各界已有了丰富的施工经验，但同时由于施工参数 选择不当，安全情况 时 有发生。如何选择正确的施工参数，控制施工安全，成为隧道施工必不可少的课题研究。本 文 主 要 介 绍 了 大 梁 山 隧 道 “突 水突 泥 ”试 验 段 深孔全封闭帷幕注浆处 理 技 术 。【关键词】隧道 试 验 技 术1、工程概况大梁山隧道是罗家寨、渡口河净化气集输管道工程的控制性工程。隧道穿越四川省达州市宣汉县与开江县交界的大梁山，属于山岭隧道。隧道进口（北洞口）位于大梁山北端，隧道出口（南洞口）位于大梁山南端，隧道
2、长度3483m。隧道断面形式为直墙半圆拱形，净宽2.7m，净高2.7m。原施工单位于2005年10月开始进场施工，累计开挖长度约2715m后，隧道进口在K1+081m附近遇到突水，隧道出口于K1+847m处先后四次出现涌水突渣，无法前进；随后由原隧道右侧平移50m增设迂回导洞绕行时，又探明掌子面前方地质病害依然突出、且注浆无果后，施做封堵墙并停止一切施工作业。受业主及设计院的委托，我单位于 2008 年 1 月 4 日进入现场进行踏勘，通过隧道整治、施工方案的竞争，并签订施工合同。但合同中明确规定：必须在隧道出口段实施 “突水突泥”试验段（1 个循环 30 米） ，若取得实质性掘进进度，并经业
3、主相关人员评估认可后，继续履行合同直至完成全部施工任务。否则将清退出场。该隧道工程不仅利润空间较大；而且打开了中石化专业市场，为以后的发展提供了良好的契机。为此确保试验段顺利完成具有重要的意义。二、 试验段施工方案由于该段出现大量突泥现象，并根据探孔的情况，该段岩层破碎，裂隙发育。正线已施作 2m 厚砼止浆墙封堵，并预埋 4 根钢管泄水，封堵段长 27m，里面充填泥沙等混合物，绕行掌子面也已施作砼止浆墙，并进行了注浆处理。根据前期注浆的情况，在绕行掌子面注浆时，正线封堵墙泄水管窜浆严重，因此我单位拟采取如下的处理措施通过该段：接长正线砼封堵墙，绕行掌子面进行深孔全封闭帷幕注浆，当正线泄水管出现
4、窜浆时关闭泄水管闸阀，继续注浆，从而确保注浆效果。开挖前拱部及边墙采用超前大管棚及超前小导管注浆预支护。（一） 、接长正线砼封堵墙由于该段涌水水压较高，达到 1.4MPa，因此为能承受水压，将原有砼封堵墙接长10m，封堵墙与隧道边墙采用锚杆接茬筋，封堵墙施作时基底虚碴必须清净，且嵌如岩层50cm。封堵砼采用 C20 砼，接茬钢筋采用 22 砂浆锚杆。（二） 、绕行掌子面深孔全封闭帷幕注浆对该段进行帷幕注浆加固，注浆止水加固范围至开挖轮廓线外 9m，注浆段长 30m，开挖 25m，留 5m 止浆岩盘。（三） 、超前大管棚及小导管注浆预支护管棚采用 108 热轧无缝钢管，管棚长 30m，钢管环向中
5、对中间距 30cm，外插角12，距隧道开挖轮廓线 30cm，采用地质钻机钻孔。管棚注浆采用水泥砂浆；超前小导管拱墙环向间距 30cm，L=4.5m，搭接 1.5m，外插角 1015。本文将着重论述深孔全封闭帷幕注浆施工方法。三、 深孔全封闭帷幕注浆施工方法1、预注浆参数每循环注浆长度 30m，单孔有效扩散半径 2.0m，终孔间距 3.0m；注浆范围为隧道开挖轮廓线外 9m。注浆终压为 4.0MPa。（1）注浆材料水泥：P.O.32.5R 普通硅酸盐水泥；水玻璃：模数 2.12.8，浓度 2535Be ；TGRM特种灌浆材料；超细水泥。（2）浆液配比固结孔口管和封孔注浆时选用普通水泥水玻璃双液浆
6、；溶腔填充物为泥石混合物或裂隙、空洞时选用普通水泥浆液；溶腔填充物为淤泥或泥水混合物时选用超细水泥浆液或 TGRM 特种化学灌浆材料。浆液名称 原材料 浆液配比普通水泥单液浆 32.5R 普通硅酸盐水泥 水灰比 W:C=0.60.8:1超细水泥单液浆 20m 超细水泥 水灰比 W:C=0.60.8:1普通水泥-水玻璃双液浆32.5R 普通硅酸盐水泥35Be以上水玻璃水灰比 W:C=0.60.8:1水玻璃浓度 2535Be水泥浆、水玻璃体积比C:S=1:10.5（3）注浆管 孔口管：直径 127mm，壁厚 4.5mm；孔口管长 3m。（4）注浆设备见机械表。2、全断面预注浆孔位布置（1）全断面预
7、注浆孔坐标系如右图注：钻孔深度 21212)(yzxl 水平角 仰角 X 轴面向掌子面，右为正（通过圆心） ；Y 轴为隧道竖轴线，上为正；Z 轴为隧道中轴线，面向掌子面，前进方向为正；仰角为正，俯角为负；水平角顺时针方向为正，逆时针为负。（2）全断面预注浆孔位布置 见“深孔超前全封闭预注浆布孔示意图” 。O（ ， ， ） A2（ x， y， z）孔 口 终 孔 ly12arcsinarctg深孔超前全封闭预注浆布孔示意图 E30DCB E30DCB纵 断 面 图A开 挖 轮 廓 线 A30120789A-断 面B-断 面C-断 面 D-断 面E-断 面3、钻孔注浆工艺流程（1）钻孔注浆工艺流程
8、见下图。钻孔注浆工艺流程图（2）钻孔、止浆墙采用 C25 钢筋砼，止浆墙内预埋帷幕注浆孔口管。、调整钻杆的仰角和水平角，移动钻机，将钻头对准孔口管方向；、将棱镜放在钻杆的尾端，用全站仪检查钻杆的姿态，并进行调整。、采取分段前进式注浆，钻一段注一段的方式，直至设计孔深；、采取后退式注浆，则钻孔一次到位，将止浆塞插入孔中，注完一段再后退，直至钻孔注浆完成。、钻孔按先外圈，后内圈，先下部后上部的顺序进行。外圈孔，可先钻底层孔，之后钻上层孔，内圈钻孔与外圈孔一样先下后上。后序孔可检查前序孔的注浆效果。逐步加不好不好前进式分段注浆脚手架搭设测量放线孔口管固定止浆墙施工钻孔台架及钻机就位配制浆液补孔注浆钻
9、设 93 钻孔35m第一分段长度注浆第二个分段长度钻孔第二分段长度注浆好继续注浆结束该孔钻孔注浆施工效果检查好结束整体注浆效果检查配制浆液密注浆一方面可根据钻孔的情况，调整注浆参数；另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求，即可进行下一圈孔的钻进，减少钻孔的工作量，加快施工进度。（3）注浆注浆的原则是：先填充注浆、后高压劈裂注浆、再渗透注浆。正式注浆前，先进行注浆试验，以掌握浆液填充率、注浆量、浆液配比、浆液凝结时间、浆液的扩散半径、注浆终压等参数，为后续注浆提供科学依据，确保注浆质量。、分段前进式注浆分段前进式注浆工艺是针对岩层破碎成孔困难，涌水量很大等特殊地质条件下的一种可行性较高的
10、注浆技术，遇水即注浆，再扫孔，再注浆，直至设计孔深。、浆液配制a、单液水泥浆先在搅拌机内放入定量清水进行搅拌，然后放入水泥，连续搅拌 3 分钟即可。b、双液浆水泥浆的配制同上，水玻璃浆的配制方法是先在搅拌桶内放入浓水玻璃，然后再加入清水，加水的同时不断的搅拌。在配制过程中采用玻美剂测试水玻璃的浓度，直至达到设计要求的浓度为止。两种浆液通过注浆机在混合器处混合后进入地层。水泥水玻璃双液浆中水泥浆越浓，水泥浆与水玻璃浆的比值越大，则凝胶时间越短，一般在几秒到数分钟；若要缩短或增长凝胶时间，可加入速凝剂或缓凝剂，可调范围十几秒至几十分钟。c、TGRM 特种灌浆材料先在机内放入定量清水进行搅拌，然后放
11、入定量的 TGRM 特种灌浆材料，搅拌时间不少于 3min，要求制浆机的搅拌速度在 120360 r/min 之间。水灰比要严格控制在 0.380.42 之间。d、制浆注意事项为保证浆液质量，配料时制浆材料必须计量准确，水泥、缓凝剂、速凝剂等固体材料采用重量称量法，水、水玻璃采用体积称量法，其中水、水泥、水玻璃称量误差不应大于5%，外加剂称量误差不应大于 1%。严格按顺序加料，有外加剂的浆液中，外加剂未完全溶解，不得加入水泥，搅拌时不得将绳头、纸片等杂物带入搅拌机内，搅拌后的浆液必须经筛网过滤后方可进入注浆机。搅拌时间不得少于 3min，以免浆液搅拌不匀。掺有速凝剂的水泥浆必须在 30 分钟内
12、用完。TGRM 特种浆液，制浆量应保证注浆机能连续作业，进入贮浆桶内的浆液要适当搅拌，浆液在贮浆桶内的存留时间不应大于 10min。、注浆a、对于围岩较好，涌水压力较小的注浆孔，可采用止浆塞放入孔中直接进行注浆。孔深大于 8m 的钻孔，注双液浆时应考虑分段注入。对于岩层较差成孔困难或水压力较大的注浆孔，可将注浆芯管焊在法兰盘上，再安装在孔口管法兰盘上，进行注浆。b、由于岩石破碎或因涌水量过大，不能一次成孔时，设置孔口管并采用分段前进式注浆，在该注浆段完成注浆后，扫孔钻进至下一段，然后注浆。如此往复，直到设计深度。c、注浆压力的控制开泵前旋转压力调节旋钮将油压调在要求的表刻度上，随注浆阻力的增大
13、，泵压随之升高，当达到调定值时，自动停机。对于不能预先设定压力值的注浆，在压力达到预定值时，要打开泄浆阀减压。d、注浆泵流量的控制注浆泵流量大小通过调整注浆机的运行速度来控制。e、凝胶时间的控制通过变换水泥浆和水玻璃的浓度以及水泥浆与水玻璃的比例，均可以调整双液浆的凝胶时间，为保证胶凝时间的准确，每变换一次浓度或配比时，需要取样实配，并测定其凝胶时间；同时在泄浆口接混合后测定实注双液浆的凝胶时间，避免异常情况发生。f、注浆方法：单孔开孔后应先注单液水泥浆，注浆时存在以下情况：如果注浆开始后，注浆压力上升很快，达到 3MPa 以上时，其原因可能是岩体裂隙较小，进浆较慢，可改用进浆量小的注浆泵，连
14、续注单液水泥浆直至封孔。如果注浆过程中，注浆压力较低，进浆量很大，且长时间压力不上升时，则先注水泥单液浆 68 小时，间歇注浆，然后间歇注水泥水玻璃双液浆，直至注浆压力上升至4MPa 以上即封孔，但停注时间不能超过浆液凝胶时间；或者注单液浆时在浆液里掺入一定量的速凝剂（按配合比：浆液凝胶时间在 30 分钟以上） ，直至压力升高至 4MPa 以上即封孔。4、施工注意事项（1）注浆钻孔的方向、深度都要严格按设计要求进行。（2）需要装设孔口管时，孔口管的装设要牢固、密实。（3）根据超前钻孔探测，随时测量涌水量及水压，化验水质，核实地质情况，如与设计不符，及时向设计、监理工程师提出，及时作好信息反馈，
15、以便迅速变更设计、施工方案。（4）注浆过程中应根据钻孔情况，随时调整前进式注浆分段长度，还未达到设计的钻孔长度时，应立即停钻，注浆后再继续扫孔钻进；当遇到大的出水时应立即进行注浆封堵。（5）注浆中发生堵管时，先打开孔口泄浆阀，再关闭孔口进浆阀，然后停机，查找原因，迅速进行处理。（6）施工过程中要作好施工日志及各种检查测量记录。（7）注浆过程中，时刻注意泵压和流量的变化，若吸浆量很大或泵压突然下降，注浆压力长时间不上升，应查明原因，如工作面漏浆，可采取封堵措施。如跑浆可通过调换浆液、调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，进行大泵量、低压力注浆，必要时采用间歇注浆，以达到控制注浆目的。（8）注浆过程中压
16、力突然升高，应及时查找原因，进行处理。（9）一台泵发生故障时，应立即换上备用泵继续注浆。（10）隧道岩溶溶腔段可能存在较大空洞，注浆量有时会比设计的多出数倍，因而施工现场必须备足够的注浆材料方可开始注浆，以免造成停工，堵塞岩石孔隙，影响注浆效果。（11）为保证注浆质量，处理注浆过程中的突发事件，注浆作业人员应进行专业培训，未参加培训人员不得上岗作业。关键工序应专人操作，不得任意调换。并建立专业注浆队伍，严格注浆施工纪律。（12）注浆材料应进行检验，合格后方可使用，并妥善保管，防止失效和损坏。（13）机具设备进入现场后应再次进行检查、维护、保养，以保证其时刻处于良好应用状态。每工班或每循环注浆结
17、束后，必须对钻孔注浆设备进行清洗、维修，特别是注浆机的逆止阀处必须重点清洗，防止浆液凝结后堵住或注浆过程中吸入较大的固体物而使阀失去逆止作用从而影响注浆效果。（14）工作现场要配备必需的抢险材料，如棉纱、编织袋、方木等。（15）特殊情况应急处理在注双液浆过程中如果注浆压力突然升高，应停止水玻璃注浆泵，只注入水泥浆或清水，待泵压恢复正常时，再进行双液注浆。由于压力调整不当而发生崩管时，可只用一台泵进行间歇性小泵量注浆，待管路修好后再进行双液注浆。当发生跑浆时，则应采用双液浆并缩短浆液的凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液快速凝固，堵塞裂隙。如果双液注浆过程中因特殊原因需要临时停止，当需停止
18、时间较长时，则先停水玻璃泵，再停水泥浆泵，使水泥浆冲洗管路，必要时可注入一定量的清水，防止堵管。5、注浆检查注浆结束后，采用检查孔分析注浆效果，注浆每循环正洞设 20 个检查孔，检查注浆充填情况，并做压水试验，以判断注浆效果。注浆效果判断标准：对注浆过程中 PQt 曲线进行分析，要求达到设计终压，单孔注浆速度小于5L/min，并且 Pt 曲线呈上升趋势，Qt 曲线呈下降趋势；施工总注浆量反算出浆液填充率不小于 80；抽样钻探检验注浆质量，检查孔应根据现场情况随机抽取，且必须重新成孔，不可利用既有注浆孔，检查孔抽查率按总注浆孔的 10抽取，检查孔应覆盖整个注浆加固体（衬砌外 9m，纵向长 30m 范围） ；a、检查孔取芯率达到 70以上，浆液充填率必须达到 80以上；b、对检查孔进行注浆，压力应很快上升，且进浆量很小；c、检查孔应无流泥，成孔好，无坍孔现象，涌水量小于 0.3L/minm；如不能达到上述要求，则要根据情况进行补孔注浆，直到满足上述要求为止。通过全断面深孔帷幕注浆，顺利通过了大梁山隧道 30m 高压富水断层破碎带，为以后的施工提供了参考依据。
