双液注浆技术在强风化花岗岩地层中的应用

卢书明，黄建生，余东华，周世勤

双液注浆技术在强风化花岗岩地层中的应用

卢书明，黄建生，余东华，周世勤

（中交四航局第五工程有限公司，福建福州350008）

某地铁区间3号竖井横通道处于花岗岩地层土岩交界面，施工过程由于渗水引发的突泥、涌水事故频发，严重地干扰了施工进度。为了解决隧道开挖过程中的渗水问题，采用超长小导管双液注浆止水技术方案，结果表明：该技术方案可满足隧道安全施工的要求，保证了3号竖井横通道的顺利施工。

隧道；强风化花岗岩；注浆；渗水

0 引言

花岗岩地层在福建东南沿海地区分布广泛，炎热多雨的区域气候环境使得岩体风化作用强烈，其强度和稳定性大大降低，在富水强风化地层中进行隧道开挖时渗水、突泥灾害频发。针对花岗岩地层遇水软化崩解的特性，在隧道施工过程中经常采用超前帷幕预注浆对其进行地层加固或堵水处理[1-3]。然而，研究表明，单液注浆的水泥浆液终凝时间过长，在一定水压差动水作用下浆液容易流失，跑浆、漏浆情况经常发生，不仅会造成水泥材料的浪费，也达不到良好的注浆止水效果[4]。而采用双液注浆时水泥与水玻璃发生凝聚反应，能在较短时间内形成凝胶体，凝胶体凝固后形成强度较高、水稳定性较好的水泥水玻璃结石体，从而在地层裂隙处形成止水帷幕，达到注浆止水的目的。

1 工程地质条件

地铁区间3号竖井尺寸为长9.0 m，宽7.0 m，高27.9 m，从上到下共设6道1.0 m宽的腰梁（含冠梁），层间距2.5~7.0 m。横通道长67.2 m，其中标准段横通段长39.8 m，宽6.6 m，高7.0 m，加高段长21.4 m，宽6.6 m，高9.0 m，标准段和加高段之间设6.0 m过渡段[5]（如图1）。横通道隧道穿越全风化、强风化岩层与中风化、微风化岩层交界面处，裂隙水丰富且略具承压性。根据工程地质勘察资料[6]，赋存于全风化、强风化带中的裂隙水发育，全风化花岗岩渗透系数0.25~0.5 m/d，强风化花岗岩渗透系数1.0~5.0 m/d；风化带除石英外其它矿物基本风化为黏土矿物（主要为高岭土），结构仍可辨，颗粒间结合力完全丧失，岩体呈砾质黏性土或砂质黏性土状，遇水后强度急剧降低，花岗岩残积土呈灰黄与灰白相杂的花斑色，除石英颗粒外，其它矿物基本风化为高岭土；土中砾石级颗粒一般占13.7%~30.9%，大多属砂质黏性土，少部分为砾质黏性土，为不连续级配土。土体遇水后由于亲水矿物迅速与水相结合，形成泥状物，导致强度急剧降低；在动水压力作用下，细粒土易流失，使渗透系数不断增大，易发生涌水、突泥事故。

图1 竖井横通道纵向剖面图Fig.1Longitudinal cross section of shaft transverse channel

为了探明掌子面前方的地质地层情况，通过地质雷达进行超前地质预报探测（如图2），横通道上台阶探测情况揭示，地质雷达图像反射信号清晰可辨，掌子面纵向进深0~12 m范围内（即K0+21 m~K0+33 m）异常反射信号较强，且相位突变明显，推测该范围内岩体整体较破碎，局部风化较强烈；另外，由于绕射、散射现象电磁波能量快速衰减，局部可见能量团分布不均匀，推测可能受散体状花岗岩富含裂隙水影响所致。下台阶纵向进深0~12 m范围，反射信号则相对较规则，波形均匀，无杂乱反射信号，说明下台阶围岩的完整性较好。

花岗岩地层裂隙水对隧道开挖掘进施工的干扰大，砾质黏土和强风化花岗岩残积土遇水后强度迅速降低，成稀泥状、承载力低、掌子面土体自稳能力极差，上台阶开挖过程中多次出现突泥、涌水引起的拱顶塌方事故，造成工期严重滞后，项目部先后采用了多种施工处理方法，包括：井管降水、超前小导管单液注浆、中管棚超前支护等，但是施工效果都不太理想，经现场专家论证，最终决定采用超长小导管双液注浆止水方案。

图2 竖井横通道地质雷达图像Fig.2Geological radar images of shaft transverse channel

2 设计参数及施工工艺

2.1 设计参数

超长小导管双液注浆采用的注浆管为镀锌钢管，标准钢管长度为6 m，壁厚1.5 mm，注浆管管壁不开孔。有12 m、9 m及6 m的三种注浆管，分别对隧道纵向12 m距离处采取12 m、9 m、6 m分段加固。上台阶注浆孔的分布如下：12 m注浆孔10个，9 m注浆孔8个，6 m注浆孔6个（见图3）。

图3 上台阶注浆管布置Fig.3Arrangement of upper stepped grouting pipe

注浆顺序必须由长到短，注浆范围沿轮廓线由外到里。根据前期的注浆试验，超长小导管双液注浆在强风化花岗岩土体中的扩散半径大约为1.5~2.0 m，注浆技术参数按如下确定：水泥浆水灰比0.75∶1~1∶1；水玻璃浓度25~30°Be′，水玻璃模数2.6~3.0；水泥浆与水玻璃溶液体积比1∶0.6~ 1∶1。初始阶段注浆压力0.5~1.0 MPa，注浆过程中压力逐渐增高，流量慢慢减少，当压力升至注浆终压时，结束注浆前再继续压注5 min，直至终压稳定达到2.0 MPa。浆液凝结时间：双液浆凝结时间30~60 s，30 min的强度可达到1~2 MPa。

2.2 施工工艺流程

注浆施工工艺流程见图4。

图4 双液注浆施工工艺流程Fig.4Construction technology process of double liquid grouting

2.3 小导管安设的质量措施

为保证注浆效果注浆顺序必须由长到短，注浆范围沿轮廓线由外到里。小导管安设的质量措施：1）钻孔位置严格依照设计要求及钻孔外斜角度10°~15°，保证注浆加固的范围。2）钻孔完毕后必须立刻植入注浆管，避免出现塌孔，造成孔深无法达到设计要求而造成返工。3）植入小导管时要一边植入，一边向小导管内注入清水，这样有利于清理钻孔同时避免小导管发生堵塞。

2.4 单孔注浆结束条件

单孔注浆结束条件主要通过观测注浆泵的压力来确定。注浆过程中压力逐渐增高，流量慢慢减少，当压力升至注浆终压时，结束注浆前再继续压注5 min，直至终稳定压达到2.0 MPa。

3 注浆后止水效果分析

3.1 钻孔检查情况

超长小导管双液注浆后，渗水量明显减小，堵水效果特别明显，再没有出现涌水、突泥事故。散体状强风化花岗岩地层富含裂隙水，K0+21 m处断面注浆前开挖揭露后，掌子面右侧拱部发生管涌，泄水孔内水流夹有黄色泥浆，涌水量为10.0~17.0 m3/h，在渗水作用下，土体成流塑状，掌子面土体有向外涌出趋势。超长小导管双液注浆后，管涌被封堵。在注浆的薄弱区域进行钻孔检查，掌子面左侧、右侧共钻探2个检查孔，钻孔深度为12.0 m。左侧、右侧两个检查孔钻探结束后监测的出水量分别为0.15 m3/h、0.22 m3/h，渗水量很小，表明双液注浆堵水效果非常明显。对检查孔再进行补充注浆观察，左侧、右侧2个检查孔注浆量很小，分别为0.12 m3和0.16 m3，说明检查孔区域强风化花岗岩地层裂隙已经被前期双液注浆所充填，注浆后地层的吸浆能力较差。从2个检查孔钻进过程中也可以推断，注浆后钻进速率减慢，说明注浆后强风化花岗岩强度得到提高，整体性变好。根据现场施工进度测定平均进度为3.5 d/循环，开挖进度为28.5 m/月，施工过程中再也没有发生产生涌水、突泥坍塌现象，为3号竖井横通道的顺利施工创造了条件。

3.2 开挖后地层观察

开挖后观察地层发现，掌子面基本无水，浆液主要以劈裂和挤密的形式进入散体状强风化花岗岩地层，很少以渗透方式进入地层。从开挖注浆体剖面上观察，土体中出现清晰的灰白色水泥结石体，形成条支状的脉络，劈裂脉结石体分布多在孔口周边，并呈现不均匀分布。在掌子面前方12.0 m的范围内，浆液在强风化花岗岩地层中主要以脉状分布为主，既有10 mm多的粗大浆脉，也有0.3 mm左右的细小浆脉。浆液沿钻孔周围形成块状，并向周围扩散，在浆液扩散半径内1.5~2.0 m区域内形成相互联系的网状浆脉。劈裂和挤密的通道主要位于层间接触面和风化节理裂隙面，在一定压力下，浆液挤密土体，降低地层的孔隙率；同时对土体进行劈裂，形成相互交叉的浆脉，从而提高地层的强度和稳定性。由于散体状强风化花岗岩裂隙较发育，双液注浆主要通过凝胶作用来封堵渗水通道，有效避免了在一定水压差动水作用下单液注浆时浆液被水流冲走流失的现象。凝胶体凝固后形成强度较高、水稳定性较好的水泥结石体，从而起到止水帷幕的作用，保证了封堵裂隙水的良好效果。注浆后地层渗水显著降低，土体的自稳能力明显提高，保证了隧道开挖的安全施工。

4 结语

1）散体状强风化花岗岩地层裂隙较发育，渗水主要是裂隙水，超长小导管双液注浆止水效果特别明显。注浆前涌水量为10.0~17.0 m3/h，注浆后出水量为0.15~0.22 m3/h，施工过程中未发生涌水、突泥坍塌现象。

2）超长小导管双液注浆时浆液能在较短时间内形成凝胶体，有效避免了在一定水压差动水作用下浆液的流失，凝胶体凝固后形成强度较高、水稳定性较好的水泥结石体，从而起到止水帷幕的作用。

3）双液注浆时浆液主要以劈裂和挤密的形式进入散体状强风化花岗岩地层，注浆后地层渗水明显降低，土体自稳能力明显提高，保证了隧道开挖的安全施工。

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Application of double fluid grouting technique in strongly weathered granite strata

LU Shu-ming,HUANG Jian-sheng,YU Dong-hua,ZHOU Shi-qin
（The Fifth Engineering Co.,Ltd.of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Fuzhou,Fujian 350008,China）

No.3 vertical shaft cross channel in a subway is at the interface of the granite formation,sudden mud or water gushing accident happened frequently due to water seepage during construction process,which seriously interfered with progress of construction.In order to solve the seepage problem during tunnel excavation,we adopted the technical scheme of super long small-pipe deep hole double liquid grouting.The results show that this scheme can meet the requirements of tunnel safety construction and can ensure the smooth construction of No.3 vertical shaft cross channel.

tunnel;strong weathered granite;grouting;seepage

U455.49

B

2095-7874（2017）08-0082-03

10.7640/zggwjs201708019

2017-04-11

2017-06-05

卢书明（1973—），男，安徽滁州人，硕士，高级工程师，总经理，从事工程技术管理工作。E-mail：lshuming@cccc4.com