齐岳山隧道F11断层注浆截水帷幕施工技术

齐岳山隧道F11断层注浆截水帷幕施工技术卢炜1汪玉华2（1.中国中铁股份有限公司，北京100039；2.中铁隧道集团有限公司洛阳科学技术研究所，河南洛阳471009）摘要:研究目的：山岭隧道在穿越断层破碎带时，经常会遇到高压水，如处理不当，往往会引起突水突泥、坍方甚至泥石流的严重威胁，给施工安全造成极大的威胁，施工进度也无法保证，严重时，还会使周围生态环境发生恶化。因此在隧道穿越该区域时，必须采取一种有效措施来确保施工安全及周边生态环境免遭破坏。研究结论：齐岳山隧道在穿越F11断层高压富水带时，在该段钻孔过程中，单孔最大涌水量达到1800m3/h，水压高达3.2MPa，给施工带来巨大风险。在施工过程中，按照“以堵为主，限量排放”的原则，采用硫铝酸盐水泥单液浆、普通水泥单液浆、普通水泥—水玻璃双液浆，通过合理匹配注浆参数，精心组织施工，对掌子面前方的高压富水地段进行了注浆封堵，形成一道截水帷幕，同时对前方破碎围岩进行了有效加固，为施工创造了条件，确保了隧道施工安全及周边生态环境不被破坏，对今后类似工程具有重要的指导意义。关键词:断层；高压富水；注浆；截水帷幕中图分类号：U25文献标识码：AConstructionMethodofGroutingWater-sealCurtainofF11FaultinQiyueshanTunnelLUWei1WANGYu-hua2(1.ChinaRailwayGroupLimited,beijing100039,China;2.ScientificInstituteofChinaRailwayTunnelGroup.Luoyang,Henan471009,China)Abstract:purposes:Whenthetunnelcutsthroughthefault-fracturezone,highpressurewateroftenemerges.Ifreasonablemeasuresarenottaken,itwillfrequentlyinducewaterandmudinrush,collapseevendebrisflow,whichwillseriouslythreatentheconstructionsafetyanddelaytheconstructionprogress.Itwilldeteriorateecologicalenvironmentifnottreatedproperly.WhenQiyueshantunnelcutsthroughthehighpressureandenrichedwaterregioninF11fault,effectivemeasuresshallbetakeninordertoensuretheconstructionsafetyandthesurroundingecologicalenvironmentnotdeteriorated.Conclusions:AsQiyueshantunnelcutsthroughthehighpressureandenrichedwaterregioninF11fault,themaximumvolumeofwaterreleaseandwaterpressureduringboringstageareupto1800m3/hand3.2MPa,respectively.Accordingtotheprincipleof“Focusingonblockingandreleasingwithinlimitation”,sulphatealuminiumcementsingle-fluidgrouting,commoncementsingle-fluidgrouting,andcementandsodiumsilicatemixedgroutingareusedwiththerationalproportionedgroutingparameterduringtheconstructionprogress;therefore,thehighpressurewateriseffectivelycontrolled,thewater-sealcurtainisformedandmeanwhilethecrushedsurroundingrockisreinforced,whichpavesthewayfortheconstructionandensuresthetunnelingsafetyandthesurroundingecologicalenvironmentnotdeteriorated.Theprojectcasecanprovidereferenceforsimilarworksinthefuture.Keywords:fault;highpressureandenrichedwater;Grouting;Water-sealCurtain1.工程概况齐岳山隧道全长10.528km，隧道埋深670m，是宜万线五座风险隧道之一。隧道穿越F11断层，该断层为压扭性，岩性成分复杂，岩体破碎且致密，泥质或黏土质含量少，导水能力强，工程性质表现为围岩强度低、稳定性差，在水的浸泡下，工程性质更加恶化。且该段隧道除遭受常规的大气降雨入渗补给外，还遭受上部得胜场暗河管道流的补给，是齐岳山隧道受水威胁最严重的地段。在隧道施工开挖中，将不可避免的面临涌水涌泥、坍方甚至泥石流的严重威胁。在该段钻孔过程中，单孔最大涌水量达到1800m3/h，水压高达3.2MPa。因此在隧道施工时，必须进行超前帷幕注浆进行封堵，给施工创造条件，以保证施工安全。2.注浆截水帷幕施工2.1注浆截水帷幕设计根据水文地质及施工条件，结合工程类比，确定全断面超前预注浆设计参数，如表1所示。表1全断面超前预注浆设计参数(Table1designparametersforfull-faceadvancedpre-grouting)参数名称齐岳山隧道过F11断层全断面超前预注浆帷幕指导思想以堵为主，限量排放帷幕厚度开挖轮廓线外8m注浆段长度20～27m扩散半径2m终孔间距2.8m注浆终压6～8MPa开挖长度15～19m注浆速度5～110L/min全断面超前预注浆孔位布置如图1所示。全断面注浆纵断面图A-A断面图图1注浆孔位布置图(Fig.1Layoutofgroutingholes)2.2止浆墙施工止浆墙采用C30混凝土浇筑，厚度为2.5m。为保证止浆墙的稳定，在其周边利用2排环向间距1.5m，排距1m，长2m的Φ25mm砂浆锚杆与围岩相连，同时在浇注过程时，在周边预埋1m长的Φ42mm导管，管口紧贴初支面，止浆墙浇注完成后，通过导管进行注浆对止浆墙与初支护间的裂隙进行封堵，形成封闭体系，防止超前注浆时跑浆，影响注浆效果[1]。2.3注浆材料注浆材料的选取应结合工程水文地质，从所配浆液的可注性、凝胶时间、结石率、抗压强度等多个方面来综合考虑[2]。根据F11断层地质情况及堵水加固的要求，注浆材料以硫铝酸盐水泥单液浆为主，普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆作为辅助材料。施工过程根据涌水情况及地层吸浆情况进行选择调整。注浆材料配比参数如表2所示。表2浆液配比参数表(Table2parametersforslurryratio)序号名称浆液配比备注W:C（水灰比）C:S（体积比）1硫铝酸盐水泥单液浆（0.6～1）:1------根据钻孔地质及出水情况进行选择。2普通水泥单液浆（0.6～1）:1------3普通水泥-水玻璃双液浆（0.8～1）:11:(0.3～1)2.4钻孔注浆机械、设备选取及配置（1）钻机的选取钻机的选取主要从钻机性能及其空间适应性、灵活性三个方面入手，经过综合比选在正洞选用意大利CasagrandeC6履带式钻机，平导选用日本矿岩RPD150C履带式钻机及MZ-200改进型履带式钻机。（2）注浆设备的选取及配置注浆设备的选取及配置要与钻机性能相匹配，避免孔钻好后，注浆速度跟不上的情况发生，同时需满足顶水注浆及不同浆液的要求。现场注浆泵配置了1台ZJP/BP-55和1台KBY-30/120。2.5注浆顺序超前帷幕注浆采取约束－发散的原则进行，注浆顺序由外到内、由下到上、间隔跳孔分二序孔施工。2.6钻孔注浆施工工艺（1）在止浆墙上标定孔位，按设计角度采用Φ130mm钻头低速钻进至2.2m，安设孔口管；（2）孔口管采用Φ108mm，δ=5mm无缝钢管加工，管长2.5m，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；（3）为防止钻孔过程中突发涌水突泥，孔口管安设完成前端须安设高压闸阀，通过高压闸阀进行钻孔施工；（4）采取前进分段式注浆进行注浆施工，分段长度为3～5m，即钻进3～5m，注浆一次，注浆结束后，再钻进3～5m，依次循环直到钻注到设计深度。施工中可根据地质情况及水量、水压适当调整钻注分段长度。施工中出现跑、漏浆或注浆压力长时间不上升时，改用水泥—水玻璃双液浆；（5）若钻孔过程中，遇到较大突涌水，应立即停止钻孔，进行注浆。钻孔注浆施工流程如图2所示。不好不好好好补孔注浆继续注浆结束整体注浆效果检查结束该孔钻孔注浆效果检查浆液制备浆液制备…………第二分段长度注浆第二分段长度钻孔第一分段长度注浆钻设Φ90钻孔3～5m前进式分段注浆安设Φ108孔口管及高压闸阀开孔φ130mm，长220cm测量放线、标定孔位施工准备图2前进式分段注浆施工工艺(Fig.2groutingconstructioncraftofsegmentlyonwardmode)2.7注浆结束标准（1）单孔注浆以定量定压相结合。定量标准：注浆量根据地层围岩孔隙率10%，单孔每米设计注浆量控制在2.0m3，当单孔注浆量达到设计注浆量的1.5～2倍，压力仍然不上升，可采取调整浆液配比缩短凝胶时间或进行间歇注浆等工艺使注浆压力达到设计终压，结束该孔注浆[3]。定压标准：根据地层涌水压力注浆终压定为：6.0～8.0Mpa，（下半断面前12m注浆压力2～3.0Mpa）单孔注浆压力达到设计终压并维持10min以上可结束该孔。（2）全段结束标准①设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象。②按总注浆孔的10%设计检查孔，检查孔满足设计要求。2.8注浆效果检查（1）分析法①P-Q-t曲线法。施工中，为了更为有效的对注浆过程进行适时监控，采用灌浆自动记录系统对注浆过程中压力和流量进行控制，准确记录单孔单段注浆量和注浆压力，并通过自动绘制P-Q-t曲线对注浆效果进行分析评价[4]。DK365+333～DK365+313段P-Q-t曲线表现形式如图3所示。图3P-Q-t曲线（DK365+333～DK365+313段）(Fig.3P-Q-tcurve（DK365+333～DK365+313section）)注浆过程中，总体趋势均表现为注浆压力随注浆时间呈注浆上升趋势，最终达到设计终压，随着压力升高，速度也呈现明显下降趋势。对于出水量较大的孔，初始压力都在1.7MPa左右，注浆速度一般在30L/min左右，注浆时间一般跟出水量的大小成正比，随着注浆的进行，浆液逐渐对出水裂隙进行封堵，注浆速度随即下降，注浆压力快速上升，经过对已充填裂隙的快速挤压密实过程后，压力达到或超过设计注浆压力，而停止注浆。对于个别水量较小或无水的注浆孔，初始压力都比较小，但注浆压力上升较快，地层吸浆较小。随着浆液的注入和注浆压力的上升并达到设计注浆压力，出水裂隙被浆液充填密实，地层破碎岩体也得到有效加固，地层取得较好的改良效果。②钻孔出水量及注浆量情况分析注浆施工过程中，根据钻孔过程中的涌水量及注浆过程中的注浆量绘制涌水量时间效应图及对应注浆量时间效应图，如图4、5所示。010203040506070B7B2C3D1C7C5B1D2B4B3D4E9E7E3B6D12F2F5F8F3G3G6G5G2补2补4孔号出水量（m3/h)图4钻孔