岩溶隧道涌水注浆加固技术探析

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随着近年来岩溶隧道工程数量和规模的不断增加，岩溶隧道施工质量及其安全也越来越受到社会关注。良好的涌水处理是保障岩溶隧道施工质量及施工安全的必要措施。因此，在具体施工中，施工单位一定要对涌水处理方案做到足够重视，并通过注浆加固技术的合理应用来解决岩溶隧道涌水问题，为岩溶隧道施工的顺利进行和整体工程质量安全提供保障。

1工程概况

本次研究的工程是某大型岩溶隧道工程施工，该隧道总长度为2.58km，属于一双向四车道形式的隧道，轴线方向为107°，单洞净宽度是10.8m，净高度是6.8m，两隧道内侧的边距大约是22m。该隧道自西至东处于溶蚀槽谷以北的湖底，该湖处在两山峡谷腹地位置，属于喀斯特地貌，湖下方有两处溶洞呈线形。该隧道区域内的地貌发育明显受到岩性构造所控制，地势呈现出东高西低的情况，背斜成山、向斜成谷，且谷岭相间。其海拔在1490m-1908m之间。在隧道区域的地表，已出露的地层是全风化岩层。该隧道在一河流背斜下穿，背斜轴部属于岩溶槽谷区地貌，主要有碳盐酸裂隙岩溶水和岩溶含水岩组。温泉背斜轴部的裂隙呈纵张发育，地表水和大气降雨会渗入其中，为地表岩溶的漏斗发育、落水洞发育以及洼地发育创造了有利条件。通过对该隧道工程所做的地质评价可知，在该隧道工程中，K0+534~K0+614里程段属于雷口坡地层，不具备足够的自稳能力，存在大股的涌水或者流沙风险；K0+614~K0+718里程段自稳能力较好，但是依然有射状或者是股状地下水涌出风险；K0+K718~K0+K854里程段自稳能力比较好，但是依然有射状或者是股状地下水涌出风险。

2岩溶隧道注浆设计

在本次注浆加固施工中，根据实际的地质条件、岩溶发育现状、岩体完整度、岩体综合渗漏系数、水量、水压以及涌水位置，确定通过控制性的压密注浆技术来进行注浆加固处理。2.1钻孔集水。钻孔之前，首先做好工作面的清渣处理，并将股状漏水明显的点位找出，按照实际情况，将股状漏水明显的点位作为中心来进行引水孔布置，其数量为1-2个，孔径在70mm以上[1]。将自制的封孔器安装在引水孔内部并做好加固处理，以此来达到明水集中效果。2.2散水治理以及钻孔布置。按照岩溶实际的发育情况、实际注浆范围、注浆段的实际长度、含水层的实际分布状况、单个注浆孔实际的作用范围、钻孔钻进实际要求以及隧道断面的实际尺寸在进行注浆钻孔的合理布设。在对区域散水进行治理的过程中，注浆钻孔应该通过深浅结合的方式布置成梅花形。本次施工主要分A和B两个区域，从洞口位置朝着掌子面进行施工。其中，A区域是K0+858~K0+868里程段，此处漏水情况比较严重，开挖和爆破都将对其造成严重影响，综合考虑以上情况，将此处的钻孔布设为长短交错形式的梅花形；B区域是K0+838~K0+858里程段，与A区相比，这一区段的漏水情况比较轻，综合考虑以上情况，将此处的钻孔同样布设为长短交错的梅花形，但是钻孔布设距离与A区不同，具体情况如表1所示。为了有效避免裂隙水在注浆过程中被引入到洞孔内，在B区钻孔施工中，将与洞口外延临近的两排组钻孔深度分别增加1m。同时，为了让爆破施工对注浆区域产生的影响得以有效降低，在与掌子面临近的初期支护边缘位置进行了两排斜孔布设，其深度依然按照3m和5m来交错布置，且每一个斜孔都和初期支护面之间保持10°的夹角[2]。2.3一次成孔和从上至下分段注浆。所谓一次成孔以及自上至下分段注浆，就是一次性将注浆孔钻进到规定的深度，然后通过钻孔内部的分离器设置来将注浆按照若干段进行划分，通过这种注浆方法，可有效避免反复注浆以及反复扫孔情况，实现注浆孔口密封效果的显著提升，同时也可以实现钻孔缝补承压能力的显著提升。图1是一次成孔以及分段注浆的施工流程示意图。

3岩溶隧道注浆加固施工技术的应用

3.1钻孔施工技术的应用。钻孔施工工程中，首先需要将实际工程设计中的位置容许差以及偏角作为依据，保障钻孔与工程设计要求相符，以此来实现钻孔的准确定位。钻孔施工应从上到下间歇性进行，钻进过程中，每钻进一段都需要做好检查，以此来及时做好纠偏工作，将孔底偏移控制在30cm以内。本次钻孔施工中所选择的钻机是MYG-60型号的钻机，该钻机净重为700kg，其钻孔直径在90-150mm之间，钻孔深度在35m-60m之间，钻进角度在0-360°之间，钻进速度在0-160r/min之间，动力机功率是15kW，钻机扭矩是350kg/m[3]。3.2注浆施工技术的应用。3.2.1压水试验。在通过注浆加固技术进行岩溶隧道涌水位置的注浆施工中，首先应做好压水试验工作。压水试验中，主要通过双赛正水法来进行压水试验，在钻孔口管的回水管位置安装压力表，将试验压力设定在净水压力的1.5倍到2倍之间，每间隔10min就进行一次压力和流量的观察，待到压力和流量达到相对稳定状态的情况下，再连续进行4次的流量试验数据读取，如果流量试验数据的最大值与最小值之间的差不超过最终值的10%，压水试验就可以结束，并将最终测量的流量值作为计算流量值。在具体的压水试验过程中，通常需要对所有的一序孔都进行试验，以此来保障施工质量。3.2.2钻孔冲洗。在钻孔施工结束后，良好的钻孔冲洗工作是保障钻孔内部清洁、避免孔内杂质对注浆效果产生不利影响的关键内容。通常情况下，钻孔冲洗需要采用压力骤升骤降的方式进行，在出水管中涌出洁净水之后，还需要继续保持冲洗10min之后方可结束冲洗，整个冲洗过程的总用时应该控制在30min以上。3.2.3浆液水灰比控制在本次注浆施工之前，施工单位预先进行了注浆试验，根据其结果可知，对于普通形式的水泥浆液，其比级有五个，分别是0.5：1、0.6：1、0.8：1、1：1以及2：1；对于细水泥浆液，其比级有三个，分别为0.5：1、0.8：1和1：1。具体注浆施工中，浆液应该按照从稀到浓的形式逐级变换，具体变换原则如下。①在注浆压力不发生变化的情况下，如果浆液注入率不断降低，或者是注入率不发生变化，但是压力不断上升，此时就无改变水灰比。②如果某个比级的泥浆已经注入了300L以上，或者是注浆时间达到了30min，但是注入率和注浆压力都没有发生明显变化，此时就需要更换浓一级的浆液进行注浆施工。3.3注浆施工结束标准和封孔施工。①在单孔注浆施工中，如果注浆压力已经逐渐上升到了设计压力，便可将注浆泵的泵送量调整到设计的结束泵送量，然后在这个注浆条件下稳定10min以上即可结束施工。②如果钻孔的进浆量在20L/min以内，即可结束注浆施工。③注浆中做好钻孔涌水量检查，如果涌水量在0.4L/min•m以内，即可结束注浆施工。④取钻孔岩芯检查，如果确定浆液已经填充饱满，即可结束注浆施工。在完成了整个施工段的注浆施工之后，在保障每一个注浆孔都与单孔结束条件相符，且岩体表面不出现线状泄露情况，涌水量被控制在1m3/d•m以内，且岩体洞壁在注浆之后的开挖可以达到足够的稳定效果，在这样的情况下，才可以进行封孔[4]。3.4注浆堵水效果检验技术。在完成了钻孔注浆施工之后，为有效保障注浆加固质量，一项不可或缺的流程就是对注浆堵水效果进行检验。具体的检验过程中，可通过两种方法来进行检验，其一是直接观察，其二是现场以及室内的试验。在通过直接观察方法进行注浆堵水效果检验的过程中，主要是观察注浆加固区域内表面是否出现了明显的线状流水情况，并观察局部是否有水渍。如果没有这些情况，则说明注浆加固效果良好。在通过现场以及室内试验方法进行注浆堵水效果检验的过程中，需要在注浆加固区域内进行岩芯钻取，抽查的钻孔应该达到钻孔总数的5%。如果发现岩芯有被注浆结石体的浆液填充，且单轴抗压强度在室内测验7d后可达到5.4MPa，则说明注浆加固效果良好。

综上所述，岩溶隧道是隧道工程中的一项施工难点，因为岩溶地质的土体稳定性较差，一旦大量涌水就很容易发生坍塌事故。因此在具体的岩溶隧道工程施工过程中，施工单位一定要注意做好涌水处理。具体处理中，首先应该对施工现场的地质条件、水文条件、岩溶发育情况等各方面的实际情况加以综合考虑，并结合工程设计与实际需求来进行岩溶隧道涌水处理方案的科学制定。然后通过岩溶隧道涌水灌浆加固施工技术的合理应用来保障岩溶隧道施工中的涌水处理效果，进一步提升岩溶隧道的加固效果。这对于岩溶隧道工程施工质量的提升以及整体工程质量与安全的保障都将有着十分深远的意义。

参考文献

[1]张巨峰.隧道岩溶处理技术及施工管理策略研究[J].设备管理与维修，2020（14）：154-156.

作者:陈勇 单位:中铁二十局集团第一工程有限公司