徐少争

(中铁隧道集团一处有限公司，福建漳州 363107)

0 引言

近年来，随着我国铁路建设的大力发展，长大隧道越来越多，预防及治理岩溶、突水涌泥等地质灾害成为隧道施工的主要技术难题。注浆是综合治理隧道水害，提高破碎围岩强度，防止隧道涌水、突水(泥)的有效手段。帷幕注浆技术由日本人依托青函隧道于20世纪70年代发明，其基本思路设定为随着隧道开挖，将产生一定的松动范围，在松动区外侧一定范围内进行注浆并形成一个止水带，用该止水带与水压抗衡，使其达到对开挖轮廓线内围岩加固、开挖轮廓线外围岩堵水的效果。

本文就龙厦铁路象山隧道F7断层岩溶段施工中总结出来的一些方法和体会，进行简单介绍。

1 工程及地质概况

象山隧道位于闽西龙岩、漳州境内，采用左右单洞单线，两条隧道并行的方案，左线隧道全长15 898m，右线隧道全长15 917m。隧道最大埋深830 m，为龙厦铁路上最长的隧道和最重要的控制性工程。其中DK24+080～DK24+250，YDK24+092～YDK24+304段为F7断层影响最为严重的区段，此段为三迭系下统溪口组粉砂岩夹少量硅灰岩，弱～强风化，岩体整体破碎～极破碎，溶蚀较严重，溶隙、溶缝发育，节理裂隙发育，地下水较发育，受大气降雨补给，并和地下暗河具有一定的水力联系，暴雨季节，隧道涌水量会突然增大、水压高、破坏力强。对隧道开挖安全和稳定影响较大，必须通过超前注浆加固施工进行改良。

2 注浆加固施工方案

2．1 方案的确定

象山隧道F7断层高压富水(帷幕注浆孔单孔水量达1 000 m3/h，水压实测为1．5 MPa)，面临巨大的安全风险和工期压力，施工中坚持“以人为本”，把保证人的生命安全作为第一目标，施工中采取以堵为主、堵排结合的方针进行施工。在YDK24+158突水后，总结经验教训，将“注浆加固、交替推进”作为指导方针优化施工方案。

2．2 注浆加固

2．2．1 止浆墙的施作

止浆墙采用C25混凝土浇筑，厚度为3 m，施工时在该区间内钻设径向锚杆，锚杆长L=2．5 m，外露50 cm，环纵间距1 m，梅花形布置，用于锚固止浆墙;止浆墙浇筑完成后要养护36 h，经试验达到一定强度后方可进行钻孔作业。

2．2．2 超前水平地质探孔

为了保证帷幕注浆施工安全以及优化施工方案，采用MK-5型钻机施作6个超前地质钻探作业来探明掌子面前方的地质情况。

2．2．3 全断面帷幕注浆

1)全断面帷幕注浆工艺流程图见图1。

图1 全断面帷幕注浆工艺流程图

2)孔口管安装:在已施工好的止浆墙上采用穿桑豹钻机钻孔，采用φ140 mm开孔钻头钻至3．0 m后开始安设孔口管及高压闸阀。孔口管采用外径127 mm、壁厚4 mm钢管加工，单根长度3 m长，前端焊接法兰盘，中部缠绕棉纱呈纺锤形。

3)注浆参数:超前预注浆采用前进式分段注浆工艺，分段长度为3 m～5 m，实际施工过程可根据地质情况进行适当调整。钻孔注浆顺序采用由外向内，由上向下间隔跳孔的原则，每次隔孔1个～2个(钻孔布置图详见图2，图3)。

在注浆过程中，先注单液浆，若周边不漏浆，则每个孔段先注一定量的单液浆，后注双液浆，防止下一段钻进漏浆。若周边漏浆，则改注双液浆，使漏浆处封堵后，再改注单液浆，以此循环调换。注浆参数与注浆配合比见表1，表2。

表1 注浆参数表

图2 钻孔布置图

图3 帷幕注浆纵断面布置图

表2 注浆配合比

注浆结束标准:在注浆过程中，当注到一定时间、一定量时，若压力达到设计终压时结束注浆。或注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计压力并稳定10 min后，即可结束该孔注浆。

4)注浆效果检查及评定。所有注浆孔都结束以后，应进行注浆效果检查，注浆效果检查采用分析法或探孔检查法。a．分析法。P—Q—t曲线法:通过对注浆施工中所记录的注浆压力P、注浆速度Q进行P—t，Q—t曲线绘制，根据地质特征、注浆机制、设备性能、注浆参数等对P—Q—t曲线进行分析，从而对注浆效果进行评判。注浆施工中P—t曲线呈上升趋势，Q—t曲线呈下降趋势，注浆结束时，注浆压力达到设计终压，注浆速度达到设计速度(常取5 L/min～10 L/min)。浆液填充率反算:通过统计总注浆量，可采用下式反算出浆液填充率，根据浆液填充率评定注浆效果，即∑Q=Vnα(1+β)。其中，∑Q为总注浆量，m3;V为加固体体积，m3;n为地层孔隙率或裂隙度;α为浆液填充率;β为浆液损失率。当地层含水量不大时，浆液填充率须达到70%以上，地层富含水时，浆液填充率须达到80%以上。b．检查孔法。选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，检查孔数量按注浆孔总数的10%(不得少于5个)控制。检查孔无裂隙充填物涌出，不塌孔，涌水量小于0．2 L/(min·m)。必要时检查孔取芯，很难取得完整岩芯，但通过检查孔的岩芯中浆液的固结体存在的多少，以及固结体的强度来判断浆液的固结情况和注浆效果。

2．2．4 半断面帷幕注浆

帷幕注浆施工中，开挖多采用台阶法施工，为了加快施工进度及便于精细化管理，故在后期施工中采用半断面25 m超前预注浆，因施工方案与全断面帷幕注浆大体相同，在此仅对钻孔的布置做一简单介绍。

根据象山隧道岩溶水压高、水量大的特点，确定在注浆循环中单孔扩散半径2 m，加固范围为隧道开挖轮廓线外5 m，沿隧道开挖轮廓线布置两圈注浆孔，外圈孔终孔位置为轮廓线外3．5 m，内圈孔终孔在1．67 m，同时为减少注浆加固的盲区，在加固循环长度15 m断面处增加一个注浆终孔断面;注浆孔终孔后，放入玻璃纤维锚杆加固稳定围岩，具体的注浆设计见图4，图5。

图4 注浆开孔图（25m断面）

图5 注浆加固钻孔剖面图

在实际施工过程中出现水量较大或明显异常的情况，及时采取周边补孔设计，补孔2个作为补充注浆及效果检查之用。

3 快挖快封技术

3．1 超前地质预报

每一循环开挖前，利用风钻在开挖掌子面进行5 m长钎探孔，探孔采用φ50钻头钻孔，探孔之前，应配备好对应孔径的止浆塞，探孔必须逐个开孔，防止因多个探孔同时开孔出水之后难于封堵。

3．2 开挖方法

正洞开挖采用三台阶临时仰拱法施工，上台阶开挖高度5．10m，中台阶开挖高度3．90 m，下台阶开挖高度3．92 m;各台阶循环进尺不得大于0．6 m，下台阶滞后上台阶9 m，下台阶两侧错开2 m开挖支护，严禁对挖，防止两侧拱脚同时悬空而出现掉拱。全风化砂岩、溶洞发育地段预留核心土，采用人工配合挖机开挖，遇孤石采用松动爆破;围岩完整地段不留核心土，采用爆破开挖，开挖过程中坚持“管超前、短进尺、弱爆破”的原则。

量测工作应紧跟施工，及时反馈信息，以调整支护参数，整个开挖过程中“专业化注浆队伍”技术人员跟班对注浆效果进行全程跟踪，注浆效果未达到设计要求，应停止掌子面施工。

3．3 支护参数及预防应急措施

3．3．1 超前支护

开挖前采用φ42 mm注浆小导管超前支护，提前对前方围岩进行加固，确保施工安全。拱部150°范围内布设小导管，小导管要从前一榀钢架的腹板穿过，尾端要和钢架搭接牢固，与钢架形成受力整体。

3．3．2 初期支护

初期支护主要包括初喷混凝土+钢拱架架立+打设系统锚杆+钢筋网铺设+纵向联接筋+锁脚锚杆和复喷射混凝土作业。

初喷混凝土:开挖后及时进行找顶清邦，排险后及时进行初喷5 cm厚C25混凝土快速封闭围岩。钢拱架架立:拱架间距0．6m/榀，采用HW200型钢进行支护。围岩及拱架加强:拱架架立后及时施作系统锚杆，纵向联接筋、钢筋网、锁脚锚杆使之与钢架联结牢固。

复喷射混凝土:拱架连接牢固后，开始喷射C25混凝土，厚度为30 cm。

3．3．3 监控量测

对已开挖地段水平位移和拱顶下沉进行量测。同时对地表下沉进行量测。取得监测数据后，要及时进行整理、分析，发现异常及时反馈，以便及时调整施工参数和采取相应的应急措施。

3．3．4 防涌水措施

施工过程中局部出现承压水渗(喷)出，立即补充注浆进行封堵;并在开挖掌子面后方(不超过50 m远)备足各项应急抢险物资;用于紧急逃生的专用车辆提前到位，停放在安全距离外，一旦有异常现象，所有人员乘车立即撤出。

3．3．5 二次衬砌

本衬砌是依据承受1．5 MPa静水压力进行设计，根据开挖揭示围岩情况及量测资料，必要时应及时施作。在每循环帷幕注浆段开挖结束后，及时施作防水层进行二次衬砌，施作时采用全断面钢模台车确保结构稳定，衬砌厚度为110 cm的C40混凝土，具体支护尺寸如图6所示。

图6 支护尺寸图

4 结论与探讨

1)针对地下水的类型、赋存环境及水文地质条件制定切实可行的注浆堵水技术方案及验收标准是确保长大隧道施工安全，降低水害风险，提高工效的有效措施。2)岩溶段开挖地质条件是极其复杂的，在施工中要根据所揭示的围岩及时调整支护参数，必要时可针对性的进行补充注浆加固。3)软弱围岩的开挖强调一个“快”字，要求各工序必须衔接紧密，有效的展开立体防护体系，同时必须减少对围岩的扰动，有效的利用机械，坚持“管超前、短进尺、弱爆破”的原则，确保开挖过程不坍不垮。4)结合龙厦铁路象山特长隧道的地下水具有类型多、水文地质条件及赋存环境复杂、水量大、水压高等特点所进行的全断面帷幕注浆封堵技术以及在后期所进行的上半断面信息化跟踪注浆工法和快挖快封技术证明是切实可行的，在今后的类似工程中具有一定的实践指导意义。

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