巖溶隧道涌水注漿加固技術探析

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隨著近年來巖溶隧道工程數量和規模的不斷增加，巖溶隧道施工質量及其安全也越來越受到社會關注。良好的涌水處理是保障巖溶隧道施工質量及施工安全的必要措施。因此，在具體施工中，施工單位一定要對涌水處理方案做到足夠重視，并通過注漿加固技術的合理應用來解決巖溶隧道涌水問題，為巖溶隧道施工的順利進行和整體工程質量安全提供保障。

1工程概況

本次研究的工程是某大型巖溶隧道工程施工，該隧道總長度為2.58km，屬于一雙向四車道形式的隧道，軸線方向為107°，單洞凈寬度是10.8m，凈高度是6.8m，兩隧道內側的邊距大約是22m。該隧道自西至東處于溶蝕槽谷以北的湖底，該湖處在兩山峽谷腹地位置，屬于喀斯特地貌，湖下方有兩處溶洞呈線形。該隧道區域內的地貌發育明顯受到巖性構造所控制，地勢呈現出東高西低的情況，背斜成山、向斜成谷，且谷嶺相間。其海拔在1490m-1908m之間。在隧道區域的地表，已出露的地層是全風化巖層。該隧道在一河流背斜下穿，背斜軸部屬于巖溶槽谷區地貌，主要有碳鹽酸裂隙巖溶水和巖溶含水巖組。溫泉背斜軸部的裂隙呈縱張發育，地表水和大氣降雨會滲入其中，為地表巖溶的漏斗發育、落水洞發育以及洼地發育創造了有利條件。通過對該隧道工程所做的地質評價可知，在該隧道工程中，K0+534~K0+614里程段屬于雷口坡地層，不具備足夠的自穩能力，存在大股的涌水或者流沙風險；K0+614~K0+718里程段自穩能力較好，但是依然有射狀或者是股狀地下水涌出風險；K0+K718~K0+K854里程段自穩能力比較好，但是依然有射狀或者是股狀地下水涌出風險。

2巖溶隧道注漿設計

在本次注漿加固施工中，根據實際的地質條件、巖溶發育現狀、巖體完整度、巖體綜合滲漏系數、水量、水壓以及涌水位置，確定通過控制性的壓密注漿技術來進行注漿加固處理。2.1鉆孔集水。鉆孔之前，首先做好工作面的清渣處理，并將股狀漏水明顯的點位找出，按照實際情況，將股狀漏水明顯的點位作為中心來進行引水孔布置，其數量為1-2個，孔徑在70mm以上[1]。將自制的封孔器安裝在引水孔內部并做好加固處理，以此來達到明水集中效果。2.2散水治理以及鉆孔布置。按照巖溶實際的發育情況、實際注漿范圍、注漿段的實際長度、含水層的實際分布狀況、單個注漿孔實際的作用范圍、鉆孔鉆進實際要求以及隧道斷面的實際尺寸在進行注漿鉆孔的合理布設。在對區域散水進行治理的過程中，注漿鉆孔應該通過深淺結合的方式布置成梅花形。本次施工主要分A和B兩個區域，從洞口位置朝著掌子面進行施工。其中，A區域是K0+858~K0+868里程段，此處漏水情況比較嚴重，開挖和爆破都將對其造成嚴重影響，綜合考慮以上情況，將此處的鉆孔布設為長短交錯形式的梅花形；B區域是K0+838~K0+858里程段，與A區相比，這一區段的漏水情況比較輕，綜合考慮以上情況，將此處的鉆孔同樣布設為長短交錯的梅花形，但是鉆孔布設距離與A區不同，具體情況如表1所示。為了有效避免裂隙水在注漿過程中被引入到洞孔內，在B區鉆孔施工中，將與洞口外延臨近的兩排組鉆孔深度分別增加1m。同時，為了讓爆破施工對注漿區域產生的影響得以有效降低，在與掌子面臨近的初期支護邊緣位置進行了兩排斜孔布設，其深度依然按照3m和5m來交錯布置，且每一個斜孔都和初期支護面之間保持10°的夾角[2]。2.3一次成孔和從上至下分段注漿。所謂一次成孔以及自上至下分段注漿，就是一次性將注漿孔鉆進到規定的深度，然后通過鉆孔內部的分離器設置來將注漿按照若干段進行劃分，通過這種注漿方法，可有效避免反復注漿以及反復掃孔情況，實現注漿孔口密封效果的顯著提升，同時也可以實現鉆孔縫補承壓能力的顯著提升。圖1是一次成孔以及分段注漿的施工流程示意圖。

3巖溶隧道注漿加固施工技術的應用

3.1鉆孔施工技術的應用。鉆孔施工工程中，首先需要將實際工程設計中的位置容許差以及偏角作為依據，保障鉆孔與工程設計要求相符，以此來實現鉆孔的準確定位。鉆孔施工應從上到下間歇性進行，鉆進過程中，每鉆進一段都需要做好檢查，以此來及時做好糾偏工作，將孔底偏移控制在30cm以內。本次鉆孔施工中所選擇的鉆機是MYG-60型號的鉆機，該鉆機凈重為700kg，其鉆孔直徑在90-150mm之間，鉆孔深度在35m-60m之間，鉆進角度在0-360°之間，鉆進速度在0-160r/min之間，動力機功率是15kW，鉆機扭矩是350kg/m[3]。3.2注漿施工技術的應用。3.2.1壓水試驗。在通過注漿加固技術進行巖溶隧道涌水位置的注漿施工中，首先應做好壓水試驗工作。壓水試驗中，主要通過雙賽正水法來進行壓水試驗，在鉆孔口管的回水管位置安裝壓力表，將試驗壓力設定在凈水壓力的1.5倍到2倍之間，每間隔10min就進行一次壓力和流量的觀察，待到壓力和流量達到相對穩定狀態的情況下，再連續進行4次的流量試驗數據讀取，如果流量試驗數據的最大值與最小值之間的差不超過最終值的10%，壓水試驗就可以結束，并將最終測量的流量值作為計算流量值。在具體的壓水試驗過程中，通常需要對所有的一序孔都進行試驗，以此來保障施工質量。3.2.2鉆孔沖洗。在鉆孔施工結束后，良好的鉆孔沖洗工作是保障鉆孔內部清潔、避免孔內雜質對注漿效果產生不利影響的關鍵內容。通常情況下，鉆孔沖洗需要采用壓力驟升驟降的方式進行，在出水管中涌出潔凈水之后，還需要繼續保持沖洗10min之后方可結束沖洗，整個沖洗過程的總用時應該控制在30min以上。3.2.3漿液水灰比控制在本次注漿施工之前，施工單位預先進行了注漿試驗，根據其結果可知，對于普通形式的水泥漿液，其比級有五個，分別是0.5：1、0.6：1、0.8：1、1：1以及2：1；對于細水泥漿液，其比級有三個，分別為0.5：1、0.8：1和1：1。具體注漿施工中，漿液應該按照從稀到濃的形式逐級變換，具體變換原則如下。①在注漿壓力不發生變化的情況下，如果漿液注入率不斷降低，或者是注入率不發生變化，但是壓力不斷上升，此時就無改變水灰比。②如果某個比級的泥漿已經注入了300L以上，或者是注漿時間達到了30min，但是注入率和注漿壓力都沒有發生明顯變化，此時就需要更換濃一級的漿液進行注漿施工。3.3注漿施工結束標準和封孔施工。①在單孔注漿施工中，如果注漿壓力已經逐漸上升到了設計壓力，便可將注漿泵的泵送量調整到設計的結束泵送量，然后在這個注漿條件下穩定10min以上即可結束施工。②如果鉆孔的進漿量在20L/min以內，即可結束注漿施工。③注漿中做好鉆孔涌水量檢查，如果涌水量在0.4L/min•m以內，即可結束注漿施工。④取鉆孔巖芯檢查，如果確定漿液已經填充飽滿，即可結束注漿施工。在完成了整個施工段的注漿施工之后，在保障每一個注漿孔都與單孔結束條件相符，且巖體表面不出現線狀泄露情況，涌水量被控制在1m3/d•m以內，且巖體洞壁在注漿之后的開挖可以達到足夠的穩定效果，在這樣的情況下，才可以進行封孔[4]。3.4注漿堵水效果檢驗技術。在完成了鉆孔注漿施工之后，為有效保障注漿加固質量，一項不可或缺的流程就是對注漿堵水效果進行檢驗。具體的檢驗過程中，可通過兩種方法來進行檢驗，其一是直接觀察，其二是現場以及室內的試驗。在通過直接觀察方法進行注漿堵水效果檢驗的過程中，主要是觀察注漿加固區域內表面是否出現了明顯的線狀流水情況，并觀察局部是否有水漬。如果沒有這些情況，則說明注漿加固效果良好。在通過現場以及室內試驗方法進行注漿堵水效果檢驗的過程中，需要在注漿加固區域內進行巖芯鉆取，抽查的鉆孔應該達到鉆孔總數的5%。如果發現巖芯有被注漿結石體的漿液填充，且單軸抗壓強度在室內測驗7d后可達到5.4MPa，則說明注漿加固效果良好。

綜上所述，巖溶隧道是隧道工程中的一項施工難點，因為巖溶地質的土體穩定性較差，一旦大量涌水就很容易發生坍塌事故。因此在具體的巖溶隧道工程施工過程中，施工單位一定要注意做好涌水處理。具體處理中，首先應該對施工現場的地質條件、水文條件、巖溶發育情況等各方面的實際情況加以綜合考慮，并結合工程設計與實際需求來進行巖溶隧道涌水處理方案的科學制定。然后通過巖溶隧道涌水灌漿加固施工技術的合理應用來保障巖溶隧道施工中的涌水處理效果，進一步提升巖溶隧道的加固效果。這對于巖溶隧道工程施工質量的提升以及整體工程質量與安全的保障都將有著十分深遠的意義。

參考文獻

[1]張巨峰.隧道巖溶處理技術及施工管理策略研究[J].設備管理與維修，2020（14）：154-156.

作者:陳勇 單位:中鐵二十局集團第一工程有限公司