蔡 養(yǎng) 弟

(中鐵一局集團宜萬鐵路工程指揮部，湖北 恩施 445000)

宜萬鐵路云霧山巖溶隧道超前鉆孔注漿封堵技術

蔡 養(yǎng) 弟

(中鐵一局集團宜萬鐵路工程指揮部，湖北 恩施 445000)

針對宜萬鐵路云霧山隧道的工程特點，研究了該隧道超前鉆孔注漿封堵技術，介紹了具體的施工準備工作，主要從封堵工藝、漿液配比、注漿壓力三方面闡述了鉆孔注漿封堵施工技術措施，并給出了一些施工建議，以供參考。

巖溶隧道，鉆孔，注漿壓力，封堵工藝

1 工程概況

宜萬鐵路云霧山隧道位于湖北省恩施市白果鎮(zhèn)和小溪溝之間，分Ⅰ線，Ⅱ線分別從進出口施工建設。Ⅰ線隧道全長6 640 m，Ⅱ線隧道全長6 682 m；Ⅰ，Ⅱ線設計均為單面上坡，坡度為14.9‰；隧道最大埋深800 m。該隧道為宜萬鐵路八座Ⅰ級風險隧道之一，隧道通過地層主要有寒武系、奧陶系和第四系，線路斜穿白果壩背斜，隧道施工區(qū)段發(fā)育有毛壩槽斷裂及白果壩等五條暗河系統(tǒng)，設計正常單線涌水量45 655 m3/d，最大單線涌水量171 993 m3/d，主要工程地質問題：巖溶、突泥突水、天然氣、高地應力、高地溫等。隧道在施工到核部毛壩槽斷層處，遇到“617”溶腔群，超前鉆孔發(fā)生突水突泥，并造成隧道出口反坡施工段Ⅰ線淹井1 038 m，Ⅱ線淹井657 m，一個月后鉆孔自動淤死。此時Ⅰ線兩超前鉆孔掌子面分別離溶腔還有16 m，50 m，根據設計需向前開挖10 m，40 m，再進行探測及管棚注漿，這就必須先封堵已施工的超前鉆孔，保證巖盤推進開挖時不發(fā)生突泥、突水。

2 工程特點

本次封堵在隧道出口DK245+645和進口DK245+549.5兩掌子面進行，共12個120 mm超前鉆孔，突水中鉆孔水壓最高達1.2 MPa,正常維持在0.7 MPa左右，最大單孔出水量820 m3/h，鉆孔長度18 m～55 m不等。針對孔內填充物不同把超前鉆孔分成三類，采取不同的工藝進行封堵，施工段圍巖級別Ⅲ級。

3 施工準備

1)制定專項應急預案及施工組織，完善聲光報警、應急照明、應急通訊等系統(tǒng)，配備救生衣和救生筏等應急物資。2)反坡施工段，掃孔時存在突泥突水高風險，易造成淹井，完善了排水系統(tǒng)(本工程自有排水系統(tǒng)基本滿足)。本次封堵根據1號孔在7月21日10點曾經發(fā)生突水，最大單孔出水量800 m3/h，孔口水噴出20 m的情況，我們在掌子面后方50 m處增設Ⅰ級泵站安裝了兩臺400 m3/h污水泵及排水管路，在掌子面后275 m處完善了Ⅱ級泵站共安裝了4臺400 m3/h污水泵及排水管路，在掌子面后755 m處完善了Ⅲ級泵站共安裝了6臺400 m3/h污水泵及排水管路直至洞外。3)因清孔時突泥，在掌子面需準備混凝土罐車清淤。

4 施工機具及材料

1)德國克萊姆套管鉆機一臺。2)葫蘆島雙液注漿泵及配套設備一套，最高壓力可達到10 MPa。3)長度3 m直徑150 mm孔口管和配套法蘭及閘閥共12套。4)直徑40 mm鋼管和直徑10 mm PVC塑料管(根據封堵孔長度確定)。5)電焊機和攪拌機各一臺。6)水泥：湖北華新,P.O42.5。7)水玻璃：濃度38 Be′(玻美度)。

5 勞動力組織

封堵施工工序多，靈活性大、技術性強，要求技術工人必須進行崗前培訓，以免出現(xiàn)重復工作及設備和人員損傷。每一班組人員組成：技術人員1人、安全員1人、實驗人員1人、鉆機施作人員2人、鉆機配合人員2人、電焊工1人、領工員1人、注漿工人7個，合計16人。

6 施工技術

1)封堵鉆孔目的：保證已施工鉆孔段在開挖時不發(fā)生突泥、突水。

2)鉆孔分類：a.鉆孔突出物為水現(xiàn)在鉆孔無填充物的空孔為A類孔。b.鉆孔突出物為水和泥現(xiàn)在鉆孔中填充大量泥的孔為B類孔。c.鉆孔突出物為水和砂現(xiàn)在鉆孔中填充大量砂的孔為C類孔。

3)注漿工序流程圖見圖1。

4)A類孔封堵工藝。a.5號孔鉆探深度20.5 m，周邊圍巖Ⅲ級，孔內無填充物?？紤]要開挖10 m，我們必須封堵15 m以上，綜合考慮決定全部封堵，采用水泥單液漿直接注漿封堵，最后采用水泥水玻璃雙液漿封口。b.漿液配比。水泥單液漿∶水灰比(重量)=0.8∶1。水泥水玻璃雙液漿∶水泥漿水灰比(重量)=0.8∶1；水泥漿∶水玻璃漿(體積比)=1∶1(注：我們把水玻璃漿稀釋到32 Be′,在洞內環(huán)境下做1∶1實驗凝結時間為33 s)。c.注漿壓力。5號孔周邊圍巖比較好Ⅲ級，注漿最大壓力4 MPa，封口壓力1.5 MPa。d.封堵注漿工藝流程。放入10 mm PVC排氣管至孔20.5 m深處。卸下刀閥安裝上特制的法蘭盤，有進漿孔、排氣孔。攪拌水泥漿液，連接注漿泵，檢查設備及管路完好。關上進漿閥，打開泄壓閥，先注水清洗管路，2 min～3 min后，打開排氣閥，打開進漿閥，關上泄壓閥，開始注單液水泥漿液，直至排氣孔排出水泥漿液(接近0.8水泥漿液)，關上排氣閥，繼續(xù)注單液水泥漿最大壓力達到4 MPa，充分填充孔壁周邊巖石裂隙，停止注水泥漿液。打開泄壓閥，關上進漿閥用水清洗管路，注水泥水玻璃雙液漿，壓力達到1.5 MPa，封口結束。打開泄壓閥，關上進漿閥。注漿結束，清洗管路。注漿效果評定。注漿結束后，根據現(xiàn)場溫度等水泥漿液達到70%強度，在分析資料的基礎上采用克萊姆鉆機掃孔并結合開挖過程中現(xiàn)場觀察法綜合評定注漿效果理想(見圖2)。

5)B類孔封堵工藝。a.例:6號孔鉆探深度23 m，周邊圍巖Ⅲ級，22 m～23 m處發(fā)育一較大裂隙，孔內填充大量泥?？紤]要開挖10 m，綜合考慮決定封堵15 m，結合現(xiàn)場實際我們經過研究討論制定兩個方案：方案一：用松木制作一個90 cm長錐體型木塞，錐底套炮殼型護體(防止被鉆機打擊破碎)，克萊姆套管鉆機把其送入15 m處，先堵住突出泥砂再按A類孔進行注漿封堵。方案二：采用放入40 mm鋼管，注水泥單液漿和水泥水玻璃雙液漿進行封堵。方案一在實施時，木塞在被送入3.5 m處無法前進，最后決定采用方案二實施，工序如下。b.漿液配比。水泥單液漿∶水灰比(重量)=0.8∶1；水泥水玻璃雙液漿∶水泥漿水灰比(重量)=0.8∶1；水泥漿∶水玻璃漿(體積比)=1∶1。c.注漿壓力。6號孔周邊圍巖比較好Ⅲ級，22 m～23 m處有發(fā)育大裂隙，注漿最大壓力4 MPa，封口壓力1.5 MPa。d.封堵注漿工藝流程。首先打開刀閥采用克萊姆鉆機放入直徑40 mm鋼管至15 m深處(深度根據現(xiàn)場實際確定，保證不大量出泥)，鋼管采用螺紋連接，端頭封堵并在管壁開0.5 m長花孔出漿。卸下刀閥安裝上特制的法蘭盤，有進漿孔、排氣排泥孔(此孔建議直徑為35 mm，便于置換泥)。攪拌水泥漿液，稀釋水玻璃到32 Be′，連接注漿泵，檢查設備及管路完好。打開泄壓閥，關上進漿閥，先注水清洗管路，2 min～3 min后，打開排氣閥，打開進漿閥，關上泄壓閥，開始注單液水泥漿液，置換鉆孔中封堵的泥，直至排氣孔排出水泥漿液(接近0.8水泥漿液)，關上排氣閥，注單液水泥漿，最大壓力達到4 MPa，開始間歇式注漿，等到壓力突然消失，判斷水泥漿液已把填充的泥打通至22 m～23 m處裂隙，繼續(xù)注漿5 min后。打開泄壓閥，關上進漿閥用水清洗管路，開始注水泥水玻璃雙液漿，壓力達到1.5 MPa，封口結束。打開泄壓閥，關上進漿閥。注漿結束，清洗管路。注漿效果評定：注漿結束后，根據現(xiàn)場溫度等水泥水玻璃漿液達到70%強度，在分析資料的基礎上采用克萊姆鉆機掃孔并結合開挖過程中現(xiàn)場觀察法綜合評定注漿效果理想(見圖3)。

6)C類孔封堵工藝。a.云霧山隧道DK245+549.5，2號孔鉆探深度55 m，周邊圍巖Ⅲ級，55 m處發(fā)育一溶腔，孔內填充大量砂?？紤]要開挖40 m，綜合考慮決定封堵45 m，采用水泥單液漿和水泥水玻璃雙液漿。b.漿液配比。水泥單液漿∶水灰比(重量)=0.8∶1。水泥水玻璃雙液漿∶水泥漿水灰比(重量)=0.8∶1；水泥漿∶水玻璃漿(體積比)=1∶1。c.注漿壓力。2號孔周邊圍巖比較好Ⅲ級，55 m以后發(fā)育大溶腔，注漿最大壓力4 MPa，封口壓力1.5 MPa。首先打開刀閥采用克萊姆鉆機掃孔至45 m左右(深度根據現(xiàn)場實際情況定，保證不大量出水)，然后放入直徑40 mm鋼管至45 m深處，鋼管采用螺紋連接，端頭封堵并在管壁開0.5 m長花孔出漿。卸下刀閥安裝上特制的法蘭盤，有進漿孔、排氣孔。攪拌水泥漿液，稀釋水玻璃到32 Be′，連接注漿泵，檢查設備及管路完好。打開泄壓閥，關上進漿閥，先注水清洗管路，2 min～3 min后，打開排氣閥，關上泄壓閥，打開進漿閥，繼續(xù)注水置換孔內封堵的砂，直至排氣孔排出基本為水(本孔注水約35 min)，開始注單液水泥漿液，直至排氣孔排出水泥漿液(接近0.8水泥漿液)，關上排氣孔，繼續(xù)注單液水泥漿，最大壓力達到4 MPa，開始間歇式注漿，等到壓力突然消失，判斷已把充填的砂打通至55 m溶腔處，繼續(xù)注漿5 min后，打開泄壓閥，關上進漿閥，清洗管路，開始注水泥水玻璃雙液漿，壓力上升到1.5 MPa，封口結束。打開泄壓閥，關上進漿閥。注漿結束，清洗管路。注漿結束后，根據現(xiàn)場溫度等水泥水玻璃漿液達到70%強度，在分析資料的基礎上采用克萊姆鉆機掃孔并結合開挖過程中現(xiàn)場觀察法綜合評定注漿效果理想。

7 施工體會

注漿封堵施工工序多，靈活性大、技術性強，特別是本工程為反坡施工段，封堵的超前鉆孔曾發(fā)生單孔最大出水量800 m3/h，存在很高突泥、突水風險，必須制定專項施工組織和安全應急預案。封堵的理念就是置換，由易到難，首先用水置換泥砂，再用單液漿置換水，最終用雙液漿封口。本文中超前鉆孔封堵質量的關鍵是控制好各種介質之間的置換。針對此有以下幾點建議：1)掃孔深度的控制必須靈活，目的就是在不發(fā)生突泥、突水的前提下，加大掃孔深度，易放入40 mm鋼管(可以先試用人工放入)。2)法蘭盤的排氣孔要盡量大，易于泥砂排出，建議直徑35 mm。3)C類孔注水置換泥砂時間盡量長，使注漿達到最佳效果。4)因現(xiàn)場加工購置的法蘭閘閥及連接套最大承壓小于10 MPa，在施工時考慮安全最大注漿壓力值控制在4 MPa為宜。5)雙液漿混合器盡量靠近法蘭盤刀閥處，避免雙液漿凝固堵塞管路。

[1] 張明慶，黃鴻鍵，殷懷連.齊岳山隧道富水溶槽注漿堵水技術[J].現(xiàn)代隧道技術，2006(3)：47-50.

[2] 張民慶，鵬 峰.地下工程注漿技術[M].北京：地質出版社,2008:242-262.

On advance borehole grouting and blocking technique at Yunwushan karst tunnel along Yichang-Wanzhou railway

Cai Yangdi

(Yichang-WanzhouRailwayEngineeringHeadquarters,ChinaRailwayNo.1Group,Enshi445000,China)

According to the engineering features of Yunwushan tunnel along Yichang-Wanzhou railway, the paper researches its advance borehole grouting and blocking technique, introduces the construction preparation, illustrates the measures for the advance borehole grouting and blocking technique from the blocking craft, size proportion, and grouting pressure, and provides some construction suggestions, so as to provide some reference.

karst tunnel, drilling, grouting pressure, blocking craft

1009-6825(2015)07-0183-02

2014-12-24

蔡養(yǎng)弟(1982- )，男，工程師

U455.49

A