广东省南粤交通揭惠高速公路管理中心
摘要：帷幕注浆堵水加固围岩是隧道施工过程中处治复杂地质情况的重要手段，该技术在土建施工中得到了高度认可和普遍应用。但是，帷幕注浆堵水加固围岩施工是一项复杂的系统性工程，在具体应用过程中有许多问题值得我们特别注意。揭惠高速雷岭峰隧道右洞浅埋段K51+136掌子面因大量涌水、涌泥造成洞顶山体大面积开裂、沉陷，针对此种情况，项目部初期对洞顶及洞身周边3m范围内土体采取地表注浆固结、洞内初支加强的方案进行处理，未取得预期效果。为了保证施工安全、顺利通过危险地段，改用半断面高压帷幕注浆方案进行处理，效果斐然。
关键词：隧道；高压；帷幕注浆；堵水；加固
引言
注浆技术是现阶段隧道施工中广泛采用的一项重要辅助施工方法，在处理地下水和加固围岩方面具有独特优势，对保证施工安全起到了重要作用。通常，富水地段隧道围岩注浆后开挖受到较严格控制，对工程进度有明显影响，造价也明显较高。因此，当施工中遇到富水围岩时，对是否采取帷幕注浆方案一般持审慎态度。本文以揭惠高速A6合同段雷岭峰隧道浅埋富水涌泥段为阐述对象，对其所采取的半断面帷幕注浆、周边注浆、洞内管棚等辅助工法及效果进行了研究，对处治结果进行了总结。希望对广大同仁有借鉴作用。
一、工程实况
雷岭峰隧道地处低缓丘陵地貌区，为小净距隧道，设计双向四车道，左线长624m，隧道最大埋深约95.2m。右线长616m隧道最大埋深约85.9m。
隧道进口位置为Ⅴ级围岩，埋深6～30m，主要由全～强风化花岗岩组成，具有强度低、遇水易软化松散特点，容易出现坍塌、冒顶、泥流现象，采用三台阶预留核心土法施工。
2014年11月19日，掌子面掘进至K51+135里程时，突然出现大量涌水，持续约4小时后基本停止。涌水造成尚未完成系统锚杆施工的钢拱架变形脱落，并导致左侧掌子面坍塌，堆积体约30m3，同时引发K51+127.5至已完成施工的初期支护出现不同程度变形，部分喷射砼开裂剥落并出现渗水；K51+130左侧拱腰部位钢拱架因受压变形达35cm，侵限达10cm以上；涌水坍塌导致地表出现一直径约6m、深约2m的陷坑。
针对此况，项目部对洞顶及洞身周边3m范围内土体采取地表注浆固结、洞内初支加强的方案进行处理。在上台阶开挖至K51+136时，地表塌陷区急剧扩大，裂缝宽度最大达0.9m，顺线路四周50米范围内土体受牵引出现不同宽度裂缝；洞内拱顶松散土体呈稀泥状断续涌出，涌出量达50m3以上，掌子面部分超前注浆小导管被压弯，施工难以为继被迫暂停。伴随洞内涌泥，拱顶地表再次塌陷，测算扩大体积约70m3。
二、原因分析及处治方案确定
K51+135里程对应地表为一缓坡凹陷地形，为二条小型断层大角度交汇点，其范围沿洞身方向长约30m、宽约15m，洞顶埋深约20m。为了准确掌握地质情况，地表经人工钎杆探查：塌陷区从上至下基本由残坡积土和全风化花岗岩；洞内在掌子面拱顶中线偏左位置进行了超前钻孔探查，孔深15米，所出钻渣均为流塑状土体，显示掌子面前方地质情况复杂。综合分析后可以推断：由于地表地势相对低洼，地下水于此处富集，土体在地下水长期浸泡下处于饱和状态，地表注浆因渗透半径有限难以起到较好的固结作用，隧道开挖又对其产生强烈扰动，随着掘进的推进和凌空面扩大导致该处从先期的涌水演变成涌泥。因此，不解决地下水量过大问题和进行必要的土体固结，该段隧道掘进难以顺利通过。
为了确保安全、顺利通过该段并一次处治到位，经慎重研究后，决定按照“注浆堵水加固、堵排结合、管棚超前支护”的原则，采用高压帷幕注浆加洞内管棚方式进行处理。
三、高压帷幕注浆技术
（一）、设置止浆墙
由于掌子面涌水涌泥造成帷幕注浆无有效依托难以实施。为此，须在掌子面后方不大于3m处设置止浆墙。根据计算止浆墙采用C20Mpa砼，墙厚3m、嵌入下台阶围岩不小于1.5m。
（二）、注浆材料与设备
⒈注浆材料选择
高压帷幕注浆目的是利用浆液把松散土体和破碎围岩内的水挤压出一定半径以外的同时，浆液能迅速凝固并把松散土体或破碎围岩固结在一起，改善岩土的C、￠值，使围岩稳定性提高。因此，在选择注浆材料时，一定要保证浆液既有良好的流动性，又有较快的固化性。即在一定压力作用下，注浆材料能够迅速渗入到岩土缝隙中，并置换“缝隙”中的饱和水，之后，迅速将松散或破碎岩土黏合在一起，并保证黏合效果的长久稳定，这样才能够达到堵水防渗的目的。
经过反复试验和对比，雷岭峰隧道帷幕注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆为主，早强硫铝酸盐水泥单液浆为辅。原材料有：硫铝酸盐水泥，早强快硬、标号42.5；PO42.5普通硅酸盐水泥；水玻璃：浓度40Be’，模数2.4～2.8。所使用材料必须合格、保质。
⒉设备的选择
高压帷幕注浆的施工设备是保证施工完成的基本条件，是多种机具的组合体，由钻机、钻具、风压机、压浆机等组成，必须具有强大的动力、优良的穿透力、良好的操作性。由于止浆墙设于掌子面后方3m处，注浆孔均为仰斜式，钻孔时势必与初期支护钢拱架发生冲突，因此，设备选型至关重要，尤其钻孔设备必须具有穿透刚拱架的能力。雷岭峰隧道高压帷幕注浆机械设备组合见表1：
③确定注浆压力。注浆压力是影响注浆效果的重要因素，对浆液扩散、裂隙充填等产生重要影响。经过计算比较，确定每循环注浆段的长度为25m，注浆压力为3Mpa时，可以保证：注浆压力＞静水压力/地层阻力，既能达到提高帷幕体加固圈厚度的目的，也可避免出现严重的原材料浪费现象。
（六）、钻孔注浆工艺
①在止浆墙上标定孔位确定钻进外插角后，采用Φ130mm钻头低速钻进至3.0m，安设孔口管。孔口管采用Φ108mm、δ=6mm无缝钢管加工，管长3m，孔口管外壁缠绕50～80cm长的麻丝成纺锤型，采用钻机冲击安设到要求深度，并用水泥基锚固剂锚固，以保证孔口管安设牢固不漏浆；
②为管控地下水泄流，平衡高压注浆时土体压力，孔口管前端均安装高压闸阀，通过高压闸阀进行调控；
③采用前进式钻孔及注浆法，即每次钻深3m后安设注浆堵头进行一次注浆，当该段注浆达到设计标准后，拆除注浆堵头在原孔深基础上再钻进3m，再注浆到设计标准，如此循环直到钻注到设计深度。随着完成孔位的增加，分段注浆长度可结合地质情况适当调整。
④.帷幕注浆前进式分段注浆工艺流程如下图所示。
图7管棚布置图
管棚采用外径Φ108mm，壁厚6mm热轧无缝钢管加工，每节长3-4m，沿管壁布设4排Φ10mm对称出浆孔，梅花形布设，孔间距50cm，每根管棚末端2m不布设出浆孔，前端加工成椎形尖端并封闭。采用Φ95mm、壁厚6mm热轧无缝钢管套入Φ108mm管棚，焊接连接顶入孔内。管棚安设完成后进行全孔一次性注浆，注浆材料采用硫铝酸盐水泥单液浆，液浆配比同帷幕注浆；注浆终压：2～4MPa。
（八）、泄水减压
在帷幕注浆和管棚施做完毕后，处治段大部分地下水被挤入拱顶上方和洞身周围土体，水压较处治前势必增加，对隧道掘进存在潜在威胁，泄水减压降低开挖安全风险仍不可忽视。为彻底解决问题，项目部采取了泄水减压措施。即在止浆墙后方2m处钻设5个泄水孔，泄水孔在拱顶120度范围内布置，孔深30m，终孔位置在注浆加固范围外2m，泄水管采用Φ90mm钢管，孔口管为Φ108mm钢管、长3m，钻孔及安装方法同管棚施工。
（九）、处理效果的评价
在帷幕注浆、管棚、泄水减压施工完成后，项目部采用地质钻机进行了取芯检验，芯样显示注浆均匀，缝隙内浆液填充饱满，土体固结密实，需要爆破辅助才能开挖，说明帷幕注浆完全符合预期效果。此法解决了雷岭峰隧道涌水涌泥开挖难度大安全风险高的难题，为加快进度起到了至关重要的作用。
四、帷幕注浆堵水加固中的技术控制
①注浆过程中，如注浆压力突然上升，应立即停止注浆泵工作，打开阀门泄浆降压，查明原因后再决定该孔是否继续注浆，如是管路堵塞，则清除故障后继续注浆，如管路未堵塞，接管注浆时仍旧出现压力突然上升，可结束该孔注浆。
②注浆过程中，如发生其它孔串浆，可关闭该串浆孔继续注浆，但若发生频繁时，应加大钻孔与在注浆孔的间隔或钻一孔注一孔，减少串浆现象。
③注浆过程中，如跑、漏浆现象严重时，可通过间歇注浆技术或通过调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵，但若无效时，可暂停该孔注浆，分析原因，采取其它措施。
④注浆过程中，必须保持注浆管路畅通，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断，注浆连接件、注浆变径部位应经常清洗干净，注浆结束后，一定要清洗管路，清洗完以后注意把注浆管从法兰盘上拆下，并及时把注浆法兰盘从孔口管上拆掉，以便下一次扫孔。
五、结束语
针对隧道工程施工的难易受制于地质条件的优劣，具有未知性突出、不可控因素较多等特点，提示我们对具体情况必须采取科学、合理的施工工法，此次雷岭峰隧道涌水涌泥现象所采的高压帷幕注浆堵水加固方案不失为一次成功实例。同时，不应忽视：施工设备的选型是达到施工目的基本保证；施工中对注浆孔布设、注浆材料选定、浆液配比、注浆压力和注浆方式等重点环节的准确控制是注浆效果的必要保证。只有这样，才能真正提高隧道帷幕注浆的质量，达到堵水防渗目的。
参考文献：
[1]王刚.隧道富水地层帷幕注浆加固圈参数及稳定性研究[D].山东大学，2014.
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