严寒地区富水地层隧道防寒注浆研究

郑庆军

摘 要：在隧道施工过程中，渗漏水现象是普遍存在的。在严寒地区富水地层进行隧道施工，隧道结构渗漏水易产生冻胀危害，导致围岩支护强度降低。因此，隧道施工中要遵循“防、堵、截、排结合，因地制宜、综合治理”的原则。采用防寒注浆技术，选取合适的注浆材料，严格控制隧道工程内部的渗漏水现象。

关键词：富水地层 严寒地区 注浆操作 隧道施工

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（b）-0108-03

岩体中普遍存在裂隙，裂隙分为贯通式和非贯通式两类。处于严寒富水地区的岩体在裂隙水冻胀力的反复作用下，会将岩体裂隙由非贯通式转化为贯通式，或由贯通式转化为裂隙网，造成隧道围岩强度降低。同时，隧道施工中使用的混凝土也会在低温条件下承受膨胀力和渗透力，易使混凝土遭受内部损伤，导致混凝土的强度不断降低。在冻融季节一些围岩破碎地带由于冰雪融化突然卸压甚至会出现隧道局部坍塌的现象。

1 施工工艺

隧道主体结构二衬施工前，通过采取拱墙全环径向防寒注浆的方法，对距洞口一定长度范围内（L≥500m）初期支护背后3～5m岩体进行注浆堵水。由于水泥的水化热效应有利于注浆液扩散，故一般采用水泥注浆，待注浆进行到一定程度时，应注意控制注浆压力，防止压力过大产生劈裂现象，对围岩造成破坏形成新的裂缝。

隧道开挖后对拱墙施做径向注浆封堵围岩空隙和渗水通道，使浆液将围岩裂隙充填满，隔断从围岩裂隙渗透至初支背后的地下水。为使初支面达到不渗、不漏的状态，可采取以下手段。

（1）单孔注浆分级加压，间歇压注，浆液先稀后浓，注浆量先大后小。

单孔注浆压力从0.75MPa开始，压注一段时间后提高注浆压力继续注浆，如此反复，直至达到设计最终压力值；为提高浆液的流动性，首次压注浆液配比C/W（灰水比）为0.8∶1，以后每次加压注浆，同步提高浆液中水泥用量，直至达到设计施工配合比；首次压浆注浆量为单孔注浆量估算值的50%左右，以后随着每次加压注浆量逐步递减，最终累计的注浆量接近单孔注浆量估算值。使浆液从远及近将注浆孔位置基岩裂隙充填满并固结。

（2）注浆顺序由下向上，由水少处向多水处，隔孔跳排压注。

先从隧道两侧最下部布设的注浆孔开始，环向向上依次压注浆液，采用隔孔跳排法施工，纵向同排注浆孔施工时不必隔孔，纵向上相邻排段注浆孔注浆间隔时间不小于浆液初凝时间。使浆液固结形成一道止浆帷幕，阻止上排注浆孔浆液在重力及注浆压力双重作用下，沿基岩裂隙扩散过远。同时上排孔注浆时，又可对下排孔浆液在基岩裂隙内固结时未充填满的地方进行补充；注浆从初支表面渗水较少处开始，可以防止漿液进入基岩裂隙后，在地下水的冲刷下，稀释浆液，使浆液在基岩裂隙内不能固结；还可以在地下水汇集的区域周边形成一道止浆帷幕，隔断周边地下水进入该区域，再对渗水多处进行注浆，保证注浆效果。

（3）特殊地段采用水泥-水玻璃双液注浆。

特殊地段是指围岩节理裂隙发育、岩体破碎、地下水发育的施工地段，在这些特殊地段注浆施工，单纯依靠压注纯水泥液浆，浆液进入基岩裂隙后还未固结即扩散至注浆范围之外很远地方或者被地下水稀释。通过在水泥浆液中掺加水玻璃，极大缩短浆液初凝时间，使浆液在基岩裂隙内能够有效固结。

（4）注浆后出现局部渗漏可采取局部径向注浆方法补注。

局部径向注浆孔口间距0.5～1.0m，单孔注浆扩散半径2m。注浆孔与出水裂隙面尽可能大角度相交（图1、图2）。

2 施工流程

防寒注浆施工工艺流程见图3所示。

（1）钻孔。

按测量放样的位置进行钻孔，采用风钻或三臂凿岩台车。钻孔时，先按设计终孔直径钻孔至设计深度，然后更换较大直径钻头，对孔口位置进行扩孔，以便安设孔口管。每个注浆孔钻孔结束后，用风管将碎碴吹出。径向注浆孔孔口位置定位要准确，与设计位置的允许偏差为±5cm，偏角应符合设计要求，孔底位置偏差不超过孔深的1%。每钻进一段，检查一段，及时纠偏孔底位置偏差。拱墙径向防寒注浆范围为开挖轮廓线外3m，注浆孔按浆液扩散半径2m计，注浆孔按梅花形布置，孔口环向间距200cm，孔底环向间距280cm，纵向间距200cm，见图4。

（2）安设孔口管。

在钻孔内插入孔口管前，用麻线绳将管尾后段30cm长管壁缠绕成纺锤状并用胶带缠紧。安装时先用风钻顶进，然后用大锤击打至设计位置。

（3）注水试验。

为防止注浆花管孔眼在渗水结冰时被封堵，注浆前进行压水试验，以测定岩层的吸水性、渗透性，为注浆时选取泵量、泵压及浆液配比提供参考依据，同时冲洗钻孔，检查止浆塞效果和注浆管路是否有跑漏现象。

（4）注浆。

围岩完整性较好，初期支护表面渗水量小于100L/min·10m，选用纯水泥浆，为缩短胶凝时间，可在浆液中加入食盐或三乙醇胺速凝剂，经现场试验确定。浆液灰水比C/W=1∶1，注浆终压力1～1.5MPa。

围岩节理裂隙发育，岩体破碎，选用胶凝时间为4～6min水泥-水玻璃双液浆；初支表面渗水量为100L/min·10m～300L/min·10m时，选用胶凝时间为4～6min水泥-水玻璃双液浆；当初支表面渗水量大于300L/min·10m时，选用胶凝时间为2～4min水泥-水玻璃双液浆；水泥-水玻璃双液浆中水泥浆液的水胶比为0.8∶1～1.5∶1；水玻璃采用42～51Be′浓水玻璃进行稀释，稀释后加入水泥浆中的浓度为25～30Be′，水泥浆与水玻璃的体积比宜为1∶1～1.5∶1，可根据实际情况现场调整。双液浆注浆时，采用二台注浆机同时向同一孔口管压注不同的浆液，注浆管路的联结见图5。

（5）注浆结束标准。endprint

单孔结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，并稳定10min；注浆量不小于设计注浆量的80%；进浆速度为开始速度的1/4。每个注浆段结束标准：注浆堵水后，初期支护表面达到无水或小于地下水状态I级（干燥或湿润，涌水量小于10L/min·10m），方可继续施工初支和二次衬砌。

3 质量控制

（1）注浆钢管采用外径为42mm、厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长度为3～5m，钢管前端加工成尖锥状，管壁四周钻8mm压浆孔，尾部1m不设压浆孔。

（2）按方案确定的位置、孔径、孔深钻孔，开钻时，先低速低压，待成孔10～50cm后，再加速加压。

（3）用锤子把管打入孔内，孔口以锚固剂填塞密实，以防漏浆，同时在孔口焊接注浆闸阀，以便注浆。

4 注意事项

（1）孔口管止浆塞止浆，浆塞胶圈尺寸应与诸将孔径相配，防止串浆现象。

（2）在裂隙涌水量较大时，应先钻引水孔卸压，再用棉纱、木楔对裂隙进行封堵处理；钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹砂层时，控制鉆进速度，避免夹钻现象。

（3）注浆施工应选择合适的注浆时机，控制隧道内施工温度。对于围岩注浆，应在保护冻土的前提下进行注浆。

（4）注浆材料必须具有良好的耐久性，其各项性能指标必须经得起若干次冻融循环的考验。

（5）系统布孔，全面封堵，浆液填充必须饱满，用浆液将隧道围岩及结构中存水空间及通道全部封堵。

5 结语

在严寒地区富水地层进行隧道施工，防排水的效果的好坏是重要的控制点。防寒注浆的施做是隧道防排水的第一道防线，关系到隧道开挖的稳定性同时也是保证后期衬砌结构强度的前提。防寒注浆效果的好坏主要体现在钻孔孔眼布设、浆液配合比及注浆压力控制上。严格控制施工工艺，注意施工中存在的问题，做到及时发现及时处理，保证注浆质量。

参考文献

[1] 钱兴贵，孙秀江.隧道工程注浆防水施工技术[J].交通建设与管理，2014（5X）：96-98.

[2] 李传富.冻融条件下隧道工程防水注浆机理和施工技术的研究[D].铁道科学研究院，2005.

[3] 汪意.低温条件下隧道工程防水注浆施工技术[J].佳木斯职业学院学报，2016（4）：499，501.endprint