第１６卷 第７期 ２０１６盆 中 国水运 Ｖｏ１．１６ ＪｕＩｙ Ｎｏ．７ ２Ｏ１６ ７月 Ｏｈ ｊ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 复杂地质条件下富水破碎围岩注浆加固技术研究 王洪章 ，曾定红 ，赵允 ，姜跃武 ，张小建 （１．中交二航局第三工程有限公司，江苏镇江２１２０００； ２．新疆生产建设兵团公路基本建设工程质量安全监督站，新疆乌鲁木齐８３０００２； ３．中国地质大学工程技术学院，北京１０００８３；４．新疆维吾尔自治区交通建设管理局，新疆乌鲁木齐８３００４９； ５．中科路网工程咨询有限公司，北京１０１２００） 摘要：隧道建设过程中不可避免地要穿越不良地质地段，其中常常有隧道穿越复杂、破碎断裂带。断层带附近围 岩破碎、自稳能力差，在此进行隧道开挖不仅会影响隧道的施工，更可能会危及隧道建成后正常的运营。注浆加固 作为应用最为广泛的技术之一，能够有效的改善岩土的状态，提高岩土体自身的强度。本文依托邦山隧道复杂的地 质条件，从注浆加固的设计、施工工艺到注浆效果的检验，提出复杂地质条件下富水破碎围岩注浆加固技术的一般 方法，以期为同类工程提供理论和工程经验。 关键词：注浆加固；隧道工程；破碎围岩 中图分类号：Ｔ０３５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－７９７３（２０１６）０７－０３２９－０３ 一、隧道围岩注浆技术的研究现状 段岩溶发育，溶洞大小各异，部分为空洞，部分填充软一可塑 在溶洞、断层等复杂地质条件下修建隧道等地下工程时， 为确保施工安全，常对围岩采取管棚注浆、超前小导管注浆、 帷幕注浆等措施进行加固【１ ｌ。隧道围岩注浆工艺和介质由于 地质条件和工程特性不同的复杂程度，注浆技术的理论研究 难以深入的展开。国内外在注浆加固理论的研究主要在以下 状亚粘土、含砾亚粘土。 针对不同的围岩、不同的地段，开挖按下述施工方法进 行：洞口段２０ｍ采用双侧壁导坑法；ＩＶ级围岩段采用台阶法 施工，Ｖ级围岩石质段采用台阶法施工，Ｖ级围岩土质段采 用双侧壁导坑开挖，Ⅳ级围岩地段紧急停车带的开挖使用中 隔壁法。 １．地形地貌特征 三个方面：注浆材料的流变特性、渗透注浆法和劈裂注浆法 【３】。后两种理论在隧道围岩注浆工程中应用偏多，并且逐渐 二、工程概况 成为工程实践中最为重要的方向。 邦山隧道研究区施工起迄桩号为右洞 ＹＫ１４４＋７００￣ＹＫ１４５＋７１ １，长１，０１１１ＴＩ；左洞ＺＫ１４４＋ 隧道区属构造一剥蚀低山地貌，地形起伏较大，山坡较陡， 自然坡度２５￣３５。，局部达４０￣４５。，山脊（顶）平缓，进 口处地面高程４１８．００￣４２２．０ｍ，出口处地面高程 ４２０．０—４３０．Ｏｍ，隧道轴线最大海拔标高５７９．１ｍ，植被较 发育，多为杂木。进口段自然坡度２０￣２５。；出Ｅｌ段自然坡 度３５￣４０。。 ２．地质岩性及水文地质条件 ７０３．１８５￣ＺＫＩ４５＋７１９，长１，０１５．８１５ｍ；属长隧道。采用 分离式双洞三车道布置，三车道地段开挖跨度１６．７ｍ，紧急 停车带地段开挖跨度１９．２ｍ，属大跨度隧道。隧道右洞进口 处在半径为１，３００的平曲线上，出口在直线上，隧道左洞进 口处在半径为１，５５０的平曲线上，出口处在直线上；右洞纵 坡为＋Ｏ．７％，左洞纵坡为＋０．７％。 隧址区处于我国东部著名的巨型新华夏系第二个隆起带 与南岭纬向复杂构造带的复合部位，政和一大埔深大断裂的 西北侧。褶皱、断裂、岩浆活动均较发育，构造复杂。本次 初期支护以喷、锚、网、格栅钢架等组成联合支护体系， 二次衬砌采用模注防水砼结构，初期支护与二次衬砌结构之 间设防排水夹层。本隧道设置２个车行横通道，５个人行横 通道，２个配电横洞，应急停车带４个。洞口围岩为坡积粉 质粘土及强风化花岗岩，全一强风化粉砂岩，隧道洞身围岩以 勘察共发现断层三条。其中Ｆ１３５、Ｆ１３６走向近南北向，倾 角５０—８０。，Ｆ１３５ａ走向近北东向，倾角７０。左右（详见 下表１）。受构造及断层影响，场区构造型及风化型节理裂缝 发育，主要有三组：倾向（１）２４０￣２７５。；（２）１６５￣１９５。； （３）１０５￣１４０。；其倾角大部分大于５０。，仅（３）组约 ２５～５０。，与隧道中线以大于４０。的锐角相交，仅（２）组与中 线近乎平行。 中一微风化花岗岩、变质砂岩、石英砂岩、砂砾岩夹粉砂岩等。 隧址区地下水主要为基岩裂隙水、岩溶水，水量丰富，双洞 正常涌水量取值为３，４３９ｍ。／ｄ，双洞最大涌水量取值为 ８，４８３ｍ。／ｄ。地质资料图显示本隧道出Ｉ＝１端Ｋ１４５＋０００至 隧道出口段岩溶发育、围岩破碎，水量较大。邦山隧道出口 收稿日期：２０１６—０５—１２ 场区上覆坡残积粘性土、碎石（ｐ 卅），下伏基岩为二 叠系下统童子岩组（ ）、栖霞组（ ）粉砂岩和灰岩、泥 盆系上统安砂群桃子坑组（ ）石英砂岩、粉砂岩、泥质粉 作者简介：王洪章，中交二航局第三工程有限公司。 ３３０ 中国水运 第１６卷 表１断裂构造特征一览表 产状 断层依据 长度（ｋｍ）宽度（ｍ）力学 倾角 ８０ ２ １５ 性质 压性 编亏 走向 ． 倾向 ２８５ 断裂带特征 Ｆ１３５物探解译、调绘 １ 岩石破碎，有构造透镜体，层理发育，裂面舒缓波状，断层镜面、擦痕明与邦山隧道大角度相交于 显，部分地段地层产状直立顶见破碎岩、糜棱岩、硅化较强，石英脉遍布。ＹＫ１４５＋０６５位置，影响隧道围岩类 Ｆ１３５ａ 调绘、钻探 ３ｆ】 ３００ ７０ ２ ５ 压性 岩石破碎·有构造透镜体，层理发育，裂面舒缓波状，断层镜面、擦痕明与邦山隧道太角度相交于 显，部分地段地层产状直立顶见破碎岩、糜棱岩、硅化较强，石英脉遍布。ＹＫ１４５＋０６５位置，影响隧道围岩类 Ｆ１３６ 物探解 ０ ２７０ ７０ ２ １０ 压扭性构造两侧岩石风化较强，带内岩石破碎·见有弱硅化，角砾岩化，岩石化与邦山隧道大角度相交于 风化强烈。 ＹＫＩ４５＋５３０位置 与邦山隧道相交于ＹＫ１４４＋５１５位 ｆｂ０１ 钻探 ３２１ ２３１ ７５—９０ １５－２０ 节－Ｉ密集带：带内岩体为泥质粉砂岩．节－＇Ｉ极发育，岩体破碎。＇ 砂岩、千枚状砂岩及风化层，地层产状２９０。Ｚ２５—３５。。隧道 场区内围岩级别情况统计见表２。 表２隧道围岩级别情况统计表 围岩级别 Ⅳ 左洞 １ ０１５ ８１５ 邦山隧道 右洞 １ｆ】１１ 隧道区位于当地侵蚀基准面之上，山体坡体较陡，有利 于地下水排泄，地表水总体较贫乏，隧道洞顶为中风化灰岩、 砂岩，隧址区地下水主要为基岩裂隙水、岩溶水，水量丰富， 地下水对砼具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。 据全隧道涌水量表估算，研究区段隧道双洞正常涌水量取值 为５，２００ｍ。／ｄ，双洞最大涌水量取值为１７，１４６ｍ。／ｄ。本 隧道岩溶发育地段、断层部位，为储水部位，水量较大。因 此，施工时应防止突水涌水事故的发生。 三、断层破碎带注浆处理方案 １．浆液及配比参数 水泥一水玻璃双液浆材具有胶凝时间易控、强度高、堵 水效果好等优点，其中水泥浆越浓，水玻璃液与水泥浆比值 越大，凝胶时间越短。 浆材选用４２５＃普通硅酸盐水泥，以及波美度为３０－４０、 模数为２．５－３．０的水玻璃液；水泥浆水灰比（质量比）为 （０．８－０．７）：１；水泥浆与水玻璃液的体积比（Ｃ：Ｓ）为１： （０．６５－０．８０），水玻璃稀释至波美度为２６￣３２。 ２．注浆参数 单孔注浆有效扩散半径为３．６ｍ，注浆孔底中心距 Ｄ＝１．５ｍ、Ｒ＝５．４ｍ。注浆小分段长度５－１０ｍ，岩层较好， 涌水量不大时，可一次全孔注浆。 注浆压力与岩层裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料的 黏度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定。通常情况 下按如下经验式计算： （１）初压Ｐ１＝Ｐ０＋（１～３）ｘ０．１，正常压力 ＝ｐｏ＋（３￣５）ｘＯ．１， 终压Ｐ３＝Ｐ０＋（５～８）ｘｏ．１，其中ｐ０为水压力。 （２）按已知的地下水静水压力计算，设计的注浆压力（终 压值）为净水压力的１—２倍，最大可达到２２３倍，即： Ｐ’＜Ｐ＜ｒ３—５）ｅ’ 式中，Ｐ一设计注浆压力（终压值）（ＭＰａ）； 上Ｊ’一注浆处静水压力（ＭＰａ）。 注浆范围为隧道平均开挖半径的２倍，注浆时水泥浆液 流速为１２—１６Ｌ／ｍｉｎ，水玻璃流速为９～１３Ｌ／ｍｉｎ，注浆量 置．降低隧道围岩类别 按注浆范围内围岩体积的８％左右考虑，实际注浆量由钻孔 压水试验确定。 注浆后，总出水量小于２ｍｓ／ｈ且一处出水量小于 ０．６ｍ。／ｈ，即可结束注浆。 当达到规定注浆压力时，持续稳定注浆８—１ ５ｍｉｎ即可 停止注浆。 ３．施工工艺 （１）施工准备 检修好设备，布置好注浆站。注浆系统安装完成后，首 先进行空转，发现问题及时处理，然后进行加水打压试验， 压力达到设计终压的１．５倍，稳定１０ｍｉｎ，如无异常即可结 束试验。 （２）浆液配制 配制水泥浆所需水泥量： Ｗｃ＝ ／（１＋ ）＝２．７ ／（１＋２．７７） 其中： ： ＋ ； ＝ ／ ＝ ／２．７。 配制水泥浆所需水的质量： ＝ 上述公式中， 为水泥的质量，ｋｇ： 为水泥浆的体积， ｍ。； 为水泥的体积，ｍ。；Ｖ 为水的体积，ｍ。； 为水 泥密度，约２．７ｘｌＯ ｋｇ／ｍ ； 为水灰比。 配制水泥浆时先加足量的水，然后再加水泥；搅拌时间 要大于５ｍｉｎ；放置时间不超过３０ｍｉｎ。 水泥浆必须具有可溶性好和结石强度较高的特点，现场 根据地层裂隙发育情况，实时调整水灰比。 水玻璃出厂波美度一般为５０－６０，而注浆时使用的波美 度为２６－３２，一次需要稀释后方能使用。 稀释加水量 ＝ （ｐ。一ｐ ）／（ｐ。一Ｐ ） 稀释后的水玻璃体积 ＝Ｖｏ＋ 其中： 为稀释前水玻璃的体积；Ｐｏ为稀释前水玻璃的 密度；Ｐｌ为稀释后水玻璃的密度；Ｐ 为水的密度。 （３）施工流程 超前预注浆分为前进式注浆和后退式注浆两种。前进式 注浆每钻进３ｍ注浆施工３ｍ，后退式注浆为一次成孔，由 孔底至孔口分段（每段５ｍ）依次注浆直至注满全孔。 径向注浆采取全孔一次压入注浆，即一｝欠Ｉ『生成孔至５ｍ 后全孔静力压入注浆。 第７期 王洪章等：复杂地质条件下富水破碎围岩注浆加固技术研究 ３：３１ 注浆工艺流程：开孔一安装孔口管一扫孔并钻到设计深 度一测量涌水量一压力试验一制备浆液一注浆一结束注浆一 原位对岩土体进行加固和改性，使一定范围内的岩体成为支 护结构不可分割的一部分，以增强岩体的强度。对于可能突 清洗注浆管路。注浆工艺流程及注浆孔布置见图１，图２。 水地段超前探水孔中２／３孔出水且总水量大于１０ｍ。／ｈ的情 况采用全断面堵水注浆。针对水压高、涌水量大且可能突泥 的断层，注浆工程对浆液的要求高，故选择结石强度高、结 石率大、凝胶时间可控、无毒无污染的水泥一水玻璃双液浆材， 必要时适当添加植物纤维或碳纤维防止凝固后的固结体收缩 开裂影响止水效果，采用超前预注浆结合径向注浆的方法形 成帷幕加固进行堵水。超前预注浆孔可分为多个圈层伞状布 设，梅花形布孔，注浆孔长度分别为１３，２０，２７ｍ，形成 ３．０ｍ厚的帷幕加固圈，各环钻孔间距和发散角须满足终孔 图１注浆工艺及流程示意图 间距不大于１．５ｍ的要求，隧道开挖后及时进行径向注浆形 一 ｌ Ｔ一 成总厚度为５．Ｏｍ的帷幕加固圈。堵水材料采用水泥一水玻璃 双液浆材，水泥浆液水灰比为（０．８－０．７）：１，水泥浆与水 — ／—— ＼ｊ 琶 至壬 Ｉ 。 ＿——————————一 —————————～ 可斗，● 浆液凝胶时间控制在１２０￣１８０ｓ。为保证帷幕加固效果，超 ，● ＿＿１且 前预注浆顺序为先外环后内环，同环先下后上跳孔施工，同 时外、内环分别采取前进式和后退式注浆方式。径向注浆顺 序为先拱底、边墙后拱顶，全孔方式注浆。在注浆前中后利 用电测深法，同时结合钻探、波速ＣＴ、电磁波ＣＴ等综合方 法，监测围岩充填情况，以此来预测岩层的力学特征，为隧 玻璃液体积比为ｌ：（０．６５￣０．８０），注浆压力为２．５￣４．５ＭＰａ， — 皿一 ＝＝＝ｊ ●一 ＾一 口ｎｈｎ 一一。一 道的开挖提供技术条件。 参考文献 ［１】关宝树．隧道工程施工要点集【Ｍ】．北京：人民交通出版 社，２００３． 【２】朱正国，朱永全，吴广明等．泥石流堆积体隧道围岩加固 及施工方案优化研究卟铁道工程学报，２０１３（１１）：７５—８１． 【３葛家良．注浆技术的现状与发展趋向 ３１图２注浆孑Ｌ布置图 ４．注浆结束标准 （１）：１－１１． 矿业世界，１９９５ ［４］郝哲等著．岩体注浆理论与应用［Ｍ］．北京：地质出版社， ２００６． 注浆结束标准以注浆压力升至设计压力，且孔内不吸浆， 出水点不再出水，不漏水，岩壁上不见出水点，涌水量不超 过６ｍ。／ｈ，可结束本次注浆。同时，准备清洗剂（两桶水和 一【５王汉鹏，高延法，李术才．岩石峰后注浆加固前后力学特 ５１性单轴试验研究口１．地下空间与工程学报，２００７，３（１）： ２７－３１． 桶机油）用于多功能注浆泵的清理和足够的棉纱、木楔用 四、结论 于防止原料顺裂隙流出造成浪费。 邦山隧道穿越区围岩软弱，地质构造发育，地下水发育， 地质条件很差。注浆作为改善岩土状态的重要技术，能够在 【６】张旭东．关于岩溶隧道帷幕注浆材料选择的探讨Ｕ】．地下 空间与工程学报，２００５，０６． 【７１阮文军．注浆扩散与浆液若干性能研究Ｕ１．岩体工程学报， ２００５．０１． （上接第３２８页） （１）加大新方法新技术的研究力度； ［２】王勇，戴兵，高军伟．废弃海洋石油平台的拆除Ⅱ］．机械 工程师，２００１，（１）：１３９—１４１． （２）加强与国外相关专业公司的合作与交流，学习新方 法新技术，吸取他们的成功经验。 参考文献 【１１周愫承，张太佶．海洋石油平台拆除技术和工程的研究 １卟中国海洋平台，２００２，１７（２）． ［３］李美求，段梦兰等．海洋废弃桩基平台拆除的工程模式和 方案选择Ｕ１．中国海洋平台，２００８，２３（３ｌ 【４］王儒，王常文，孟俊瑜等．浅谈国外海洋石油平台拆除技 术Ｕ】．中国水运（下半月），２０１５，１５（５）：２７９—２８１．