裴 云

（水利部山西水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

0 引言

某隧洞工程為城門洞型，多為Ⅳ類和Ⅴ類圍巖。Ⅳ類圍巖洞挖尺寸，寬度4.55 m，高度4.0 m。Ⅴ類圍巖洞挖尺寸，寬度4.69 m，高度4.12 m。隧洞襯砌后尺寸，寬度3.65 m，高度3.2 m。

隧洞施工過程中，遇到裂隙飽和滲水、涌水、冒水及噴水時(shí)，長時(shí)間將水排出，容易影響當(dāng)?shù)厣?、破壞生態(tài)環(huán)境及正常的地下水資源分布。另外，在滲水的浸泡下，易造成圍巖失穩(wěn)，產(chǎn)生安全隱患。所以，隧洞洞挖過程中遇到裂隙飽和水時(shí)，應(yīng)采用合理地注漿方式，對滲水、涌水、冒水及噴水，進(jìn)行有效封堵。

1 裂隙飽和水的成因

一項(xiàng)隧洞工程某洞段，地質(zhì)巖性復(fù)雜，砂巖與泥巖互層，砂巖占該段隧洞的80%以上。節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水位位于洞頂以上。該洞段樁號62+100～64+300，洞底埋深約300 m。洞頂2 m為泥巖及細(xì)砂巖，洞挖工程的工作面、側(cè)墻及底板多為砂巖。砂巖多為塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，較為破碎，分層明顯，為強(qiáng)風(fēng)化。地下水豐富，主要沿節(jié)理面涌出，裂隙交匯處形成股水。裂隙飽和水區(qū)域，遇到大的滲水、涌水、冒水及噴水，出水量每天約為4 000 m3。

裂隙飽和水主要由裂隙巖溶水、石炭系和三疊系砂巖裂隙水與松散巖類孔隙水等組成。

2 裂隙飽和水的常規(guī)處理方法

裂隙飽和水的處理方法，多采用固結(jié)注漿、徑向注漿和超前注漿等方法。

固結(jié)注漿，是在節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)域，采用一定壓力，將特制的水泥漿充填在縫隙中，使松散體達(dá)到固結(jié)的目的。固結(jié)注漿需要較為封閉的環(huán)境，外界條件適宜。在隧洞工程施工過程中，外界條件不確定，難以準(zhǔn)確把握，致使固結(jié)效果較差。

徑向注漿，是垂直洞軸線的直徑或橫斷面方向，設(shè)置一定的注漿孔，采用適宜壓力，將水泥漿或其他液體注入巖體裂隙中。垂直于隧洞軸線的徑向方向，不確定因素較多，圍巖節(jié)理裂隙無法明確判斷，注漿后質(zhì)量不宜控制，難以達(dá)到預(yù)期的目的。

超前注漿，主要是在隧洞洞挖的工作面上，根據(jù)地質(zhì)巖性，滲水、涌水、冒水及噴水情況，設(shè)置一定數(shù)量的超前孔，采用比滲水、涌水、冒水及噴水壓力較大的壓力，將水泥漿或水泥—水玻璃漿，注入工作面超前的一定區(qū)域裂隙中，達(dá)到充填、封堵、止水的目的。

因?yàn)槌白{較為適用封堵裂隙飽和滲水、涌水、冒水及噴水，本文進(jìn)行重點(diǎn)論述。

3 超前注漿法

通過超前探孔和超前注漿孔的布置與設(shè)計(jì)，在明確超前注漿的主要技術(shù)參數(shù)的前提下，詳細(xì)論述了超前注漿施工。

3.1 超前探孔和超前注漿孔布設(shè)

①采用潛孔鉆，在掌子面中部施工超前探孔，探明洞挖軸線前方約30 m區(qū)域飽和裂隙水的分布情況，初步估測出水量、滲水壓力及其他有關(guān)參數(shù)。

②在洞挖工作面上布設(shè)一定數(shù)量的超前注漿孔，確定超前注漿孔的設(shè)計(jì)深度，布置數(shù)量，施工角度，間距及排距等。

3.2 超前注漿的主要技術(shù)參數(shù)

①超前探孔和超前注漿孔的具體要求及孔口封閉

探孔布置在隧洞工作面中心偏下，傾角與洞軸線基本傾角一致，鉆孔孔深30 m，鉆孔直徑80 mm。超前注漿孔直徑與探孔直徑一致，布置多排，孔位環(huán)間距1.5 m，排距0.6 m，孔位按梅花形布置。注漿孔深度30 m，沿洞軸線外偏12°～18°。全斷面布置注漿孔16孔，鉆孔進(jìn)尺480 m。詳見圖1和圖2。

滲水、涌水、冒水及噴水壓力大于或等于0.5 MPa的鉆孔，埋設(shè)孔口管。孔口管采用Φ76 mm鋼管，埋深2 m，外露50 cm，管壁與孔口接觸處用麻絲填塞封閉。滲水、涌水、冒水及噴水壓力小于0.5 MPa的鉆孔，采用簡易裝置，進(jìn)行孔口阻塞。

②超前注漿使用的材料、注漿壓力及水灰比

圖1 超前探孔布置圖

圖2 注漿孔布置圖

超前注漿的使用的材料主要由水泥-水玻璃等。水泥采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5，I序孔采用注漿壓力為0.5 MPa，II序孔采取注漿壓力0.8 MPa（實(shí)際注漿壓力為設(shè)計(jì)壓力+滲水、涌水、冒水、噴水壓力）。

超前注漿水灰比（ 重量比）采用 1∶1、0.6∶1 兩個(gè)比級，初始注漿使用的水灰比為1∶1。

③超前注漿的次序設(shè)定

超前注漿宜采用先外環(huán)后內(nèi)環(huán)注漿次序。內(nèi)、外環(huán)序號單數(shù)I序孔先注漿，序號雙數(shù)II序孔后注漿。循環(huán)式全孔一次注漿。

3.3 超前注漿的具體實(shí)施

①鉆孔

鉆孔實(shí)行統(tǒng)一編號，孔深、孔序的劃分按設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場試驗(yàn)確定。超前注漿孔的深度為30 m，設(shè)備型號為100型潛孔鉆機(jī)，鉆頭直徑為80 mm。

②注漿孔沖洗

注漿孔沖洗：每段鉆孔結(jié)束后，采用一定壓力的水流對鉆孔內(nèi)的殘留巖粉進(jìn)行循環(huán)沖洗，直至回水澄清為止。沖洗后.孔內(nèi)殘留物的厚度不得超過20 cm。

裂隙清洗：采用高、低壓水脈動(dòng)方式進(jìn)行，高、低壓脈動(dòng)時(shí)間間隔為5～8 min。沖洗結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：至回水澄清后再延續(xù)8 min為止，串通孔不少于1 h。

對回水達(dá)不到澄清要求的孔段，繼續(xù)進(jìn)行沖洗直至滿足要求。

裂隙沖洗結(jié)束12 h后，允許注漿作業(yè)。

③注漿

a、漿液進(jìn)入巖體與注漿孔深度一致，進(jìn)行全孔一次注漿。

b、水灰比：注漿水灰比（ 重量比）采用 1∶1、0.6∶1 兩個(gè)比級，首次注漿水灰比采用1∶1。使用注漿水灰比由稀到濃逐級變換，當(dāng)注漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而注漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。

c、變漿標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)某一級注漿水灰比注入量達(dá)250 L以上或注漿時(shí)間超過20 min，而注漿壓力或注入率均無改變或改變不明顯時(shí)，改濃一級水灰比注漿。

當(dāng)注入率大于25 L/min時(shí)，根據(jù)具體情況可越級變濃水灰比。

當(dāng)注漿水灰比改變后，如注漿壓力突增或注入率突減至原注入率的1/2以下時(shí)，立即回稀至原級水灰比進(jìn)行注漿，并了解和分析原因，采取相應(yīng)的措施。

d、注漿結(jié)束：在規(guī)定注漿壓力下，當(dāng)注漿孔單孔注入率不大于3 L/min，延續(xù)30 min結(jié)束注漿。

④注漿孔的封堵

水平孔、仰孔及有滲水的孔采用注漿法封孔，封孔壓力同注漿壓力。封孔結(jié)束后，漿液在注漿管中停留一段時(shí)間，之后停止加壓。封閉注漿時(shí)間不少于2～5 h。然后取出閉漿管，清洗孔口段浮漿，回填干硬性膨脹水泥砂漿并抹平。水泥砂漿配比為水∶灰∶砂=0.2～0.25∶1∶2～2.5。

垂直孔封堵采用濃漿置換法。

3.4 注漿過程中出現(xiàn)漏漿、孔口滲水和注漿中斷情況的處理

①漏漿處理

注漿過程中如果發(fā)生較小冒漿時(shí)，可不作專門處理，按正常注漿方式注漿到達(dá)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。若冒漿量較大，一般采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇注漿等方法處理，必要時(shí)采取嵌縫、封堵方法處理。局部裂隙發(fā)育區(qū)，采用舊棉花、麻絲、棉線等物，表面涂抹速凝水泥漿或水泥砂漿，緊密嵌入縫隙之中。

②孔口滲水處理

注漿過程中出現(xiàn)滲水的注漿孔，測試滲水量及滲水壓力，注漿時(shí)采用提高注漿壓力0.1 MPa，在達(dá)到正常注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，繼續(xù)保持注漿壓力注漿10 min，繼而以0.5∶1濃漿保持壓力封孔10 min，封閉注漿時(shí)間為 5～7 h。

③注漿中斷后的恢復(fù)

超前注漿過程中，因故中斷，應(yīng)盡快恢復(fù)注漿?；謴?fù)注漿時(shí)使用首次注漿水灰比進(jìn)行。如注入率與中斷前相近，可采用中斷前水灰比進(jìn)行注漿。如恢復(fù)注漿后，注入率較中斷前增大，應(yīng)采用濃漿注漿。

4 注漿效果檢驗(yàn)分析

針對隧洞洞挖過程中出現(xiàn)裂隙飽和水洞段，按30 m進(jìn)行一次超前注漿施工，共實(shí)施注漿3個(gè)區(qū)段。注漿結(jié)束后，檢驗(yàn)裂隙充填密實(shí)度、圍巖完整性、巖石的強(qiáng)度。分析注漿施工前期資料、試灌情況記錄、滲水量注漿前后監(jiān)測值等項(xiàng)目，進(jìn)行綜合比較分析。

4.1 裂隙充填密實(shí)度、圍巖完整性、巖性強(qiáng)度

鉆孔注漿結(jié)束12 h后，采用機(jī)械設(shè)備、儀器，對裂隙充填密實(shí)度、圍巖完整性、巖性強(qiáng)度等進(jìn)行檢測和檢驗(yàn)。

（1）密實(shí)度檢測

采用彈性波雷達(dá)掃描和全程衰減法檢測，共檢測3段，密實(shí)度達(dá)90%以上。

直觀檢查：洞挖過程中選取50個(gè)點(diǎn)觀察，充填效果較好，充填面積達(dá)89%以上。

（2）完整性檢驗(yàn)

聲波透射法檢測是對已進(jìn)行鉆孔注漿的洞段，預(yù)埋聲測管，在兩個(gè)聲測管之間發(fā)射和接收超聲波。實(shí)測聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)間、頻率和波幅等參數(shù)的變化，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行綜合判斷。根據(jù)完整性指標(biāo)判斷，注漿結(jié)束后完整性較好，達(dá)85%以上。

（ 3）強(qiáng)度檢驗(yàn)

在注漿結(jié)束15 d后，選取有代表性的隧洞洞段，鉆孔取芯，送有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。檢測抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，與注漿前對應(yīng)值進(jìn)行比較。本次選取試樣24組。其中抗壓試驗(yàn)12組，抗壓強(qiáng)度提高11組，強(qiáng)度增長率達(dá)91%；抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)12組，抗拉強(qiáng)度提高9組，強(qiáng)度增長率達(dá)75%。

4.2 超前注漿前期資料綜合比較

超前注漿前期資料主要有：巖性分布記錄、裂隙發(fā)育程度、試灌條件、材料檢驗(yàn)、配合比試驗(yàn)、鉆孔記錄、鉆孔沖洗和裂隙沖洗記錄、注漿施工措施、準(zhǔn)備條件等，進(jìn)行綜合比較。表明該部分資料，為合理實(shí)施超前注漿，提供技術(shù)支撐。

4.3 超前注漿吃漿量分析

根據(jù)超前注漿過程記錄數(shù)據(jù)分析，表明節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)，吃漿量達(dá)到一定的數(shù)值，滲水量明顯減少。裂隙飽和水豐富區(qū)，吃漿量較大，漿液流動(dòng)距離長，涌水、冒水、噴水封堵效果較好。

4.4 超前注漿前后滲水量監(jiān)測

在實(shí)施超前注漿的隧洞洞段，設(shè)置15個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分析。超前注漿前每天滲水量4 000 m3，超前注漿后每天滲水量為500 m3，注漿后滲水、涌水、冒水及噴水量，減少了88%。

5 結(jié)束語

在某隧洞洞挖過程中，采用超前注漿施工，可提高隧洞圍巖整體穩(wěn)定性及完整性，在一定范圍內(nèi)形成透水率低或隔水層，提高隧洞洞挖工程的工作效率。超前注漿對飽和裂隙水防治效果良好。