深孔和大管棚注浆在隧道突泥突水治理中的应用

深孔和大管棚注浆在隧道突泥突水

治理中的应用

邹羽中

（中铁隧道局科研所洛阳 471009）

摘要在各类工程中注浆技术的应用十分广泛,其技术本身也日臻完善。本文以广东乳源京珠高速公路洋碰隧道右线出口突泥突水段治理为工程实例,重点针对深孔和大管棚注浆在隧道突泥突水段治理中的应用及其有关机械、材料、注浆工艺等综合配套技术进行探讨。主题词突泥突水大管棚注浆综合配套技术

1 工程概况

洋碰隧道位于广东乳源瑶族自治县乳城镇西北6km,为分离式单向行车双线隧道,是京珠国道主干线粤境高速公路小塘至甘塘段最重要的工程之一。隧道左线起讫桩号为K76+287～LK78+340,全长为2053m；隧道的右线起讫桩号为RK76+300～RK78+410,全长2110m。

由于工程地质和水文地质条件极为复杂,在洋碰隧道右线出口施工至里程RK78+028（F12,F16断层交汇带）时,掌子面发生突泥突水,涌出物掩埋已开挖初期支护约100m。1999年11月施工单位对隧道掩埋段清理至RK78+038处,因前方地质情况不明,为避免再次引发突泥突水事故,遂封闭工作面,进行超前地质钻探。根据地质钻探资料,经专家研究提出了采用深孔注浆、大管棚注浆、超前小导管注浆等多种注浆方式对突泥突水段进行加固的方案,以确保安全稳妥地通过该软弱围岩地段。

2 水文地质与工程地质

洋碰隧道的进口端与水库紧邻,从RK77+330（LK77+995）开始,隧道低于水库一般水位,该点距水库最近距离逾千米,水库边缘均为砂岩,自隧道向水库倾斜,表层亚粘土层覆盖较厚,水力联系十分微弱。隧道左侧冲沟长年有水,特别是雨季,地表水通过层间裂隙、节理裂隙以及断裂构造带渗透至隧道,地下水发育。

RK78+048～RK77+9段地质勘探报告显示,地层为砂岩,并有部分灰岩,隧道突泥突水后的涌出物为石英砂岩碎块夹带少量粘土。

3 深孔注浆

3. 1 注浆技术指标

洋碰隧道右线出口深孔注浆开孔里程RK78+040,孔间距为 1.5m,外插角39ｏ,孔数8个（孔位布置见图1）；

注浆花管直径Φ70mm,长30m；

浆液类型为水泥～水玻璃双液浆；

单孔注浆量为25.4m3,扩散半径为8～0.9m；

注浆终压为2～3MPa；

注浆方式：全孔一次性注浆和分段前进式注浆相结合；

前进式（下孔口管）注浆分段标准为：钻孔遇到松散体后继续钻进5～10m,停钻,注浆,然后再钻进5～

10m,注浆,如此反复,直到钻至设计孔深；

结束标准：注浆压力达2～3MPa 且注浆量达到设计量的80%,方可结

束本孔注浆。

3.2 深孔注浆施工工艺

分段前进式注浆工艺流程：①施工准备→②用φ108钻头钻进 2.5～3.0m→③安设φ108孔口管→④进行低压（P<0.5MPa）注浆→⑤扫孔并继续钻深5～10m→⑥进行注浆→⑦重复⑤、⑥步

306图1 长孔注浆孔位布置图（示意）

骤直至达到30m。

3. 3注浆施工机具配套及场地布置

注浆泵：葫芦岛市注浆泵厂生产的2TGZ-60/210型注浆泵,排浆量为

本次注浆选用水泥-水玻璃双液浆,水泥浆水灰比为1:0.3,水玻璃比重为40Be’,水泥浆与水玻璃体积比为1:0.5,缓凝剂掺量为水泥重量的1～3%,凝胶时间4′～6′43″。7#,6#,补6#,4#。深孔注浆的详细情况可见表1。

3.6 效果分析

（1）在注浆过程中,所注各孔终孔压力均达到设计注浆压力,除2#孔

307

注浆量达到设计量的94%,8#孔达到设计量的97%,其余各孔均达到或超出设计注浆量,由此根据注浆量的计算公式Q =π・R2・L・n・α・β（式中R—浆液扩散半径；l-注浆段长；n-地层孔隙率,取0.3～0.5；α-浆液充填系数,取0.6～0.8；β-浆液损耗系数,取 1.1～1.3）反算浆液扩散半径,均接近或超过设计扩散半径。保证了注浆效果。

表1 洋碰隧道右线出口段长孔注浆情况一览表

孔号注浆段（m）时间注浆量（m3）压力（MPa）

2# 0～30 2000-1-10 13：40～1-11 3：0023.8 2.6 0～17 2000-1-11 16：55～19：45 5.5 1.8

17～22 2000-1-12 9：20～15：40 8.8 2.2

22～27 2000-1-13 7：10～14：00 10.6 2.2

27～30 2000-1-14 4：20～10：40 7.0 2.0 3#

27～30 2000-1-24 19：30～21：40 2.6 2.4 5# 0～30 2000-1-18 19：30～1-19 10：4027.3 2.8 8# 0～30 2000-1-19 20：20～1-20 10：4024.7 2.2 7# 0～30 2000-1-20 19：00～1-21 9：2026.7 2.6 0～9 2000-1-25 4：25～7：00 5.2 2.0

9～16 2000-1-25 14：20～1-26 0：3015.4 2.4 6#

16～21 2000-1-27 3：40～15：40 24 3.0

0～11 2000-1-28 12：50～21：15 4 3.4

11～22 2000-1-29 13：30～1-30 0：2018 1.8 补6#

22～30 2000-1-30 13：30～1-31 3：4025.8 2.0

0～10 2000-2-1 14：35～19：40 9.4 2.2

10～22 2000-2-2 5：15～9：50 7.8 2.4 4#

22～30 2000-2-1 6：10～13：00 9.8 2.4 合计 256.4

（2）深孔注浆结束后,就开始了大管棚的钻孔及注浆工作。大管棚孔钻设比深孔相对容易,很少坍孔,这说明地层经深孔注浆加固后有较明显的改善。

（3）RK78+040～+032段的初期支护,在深孔注浆前,拱腰和拱顶都有滴水现象,深孔注浆后,左侧拱腰不再漏水,拱顶也不再滴水。根据上述情况析,深孔注浆基本达到了填充空腔、加固破碎围岩的目的。

4 大管棚注浆

4. 1 注浆技术指标

洋碰隧道右线出口管棚注浆开孔里程RK78+038,为了保证注浆效果,依据施工过程中的实际情况,注浆参数的制定原则如下：

（1）孔间距为0.6m,外插角7°,孔数23个,孔位布置见图3；

（2）注浆花管为直径φ70mm,壁厚5mm,长度21m的无缝钢管,丝扣联接；

（3）浆液类型为水泥—水玻璃双液浆；

（4）单孔注浆量10.86m3,扩散半径0.6～0.8m；

（5）注浆终压2～3MPa；

（6）注浆方式为全孔一次性注浆；

（7）注浆顺序：按图3编号,由下往上,钻一孔注一孔；（8）结束标准：注浆压力可达到2～3MPa,且注浆

310量达到设计量的80%,方可结束注浆。

表2 洋碰隧道右线出口段长管棚注浆情况一览表

钻孔编号浆液

种类

注浆开始时间注浆终止时间

注浆起

始压力

注浆终

止压力

注浆量

（m3）

2# C-S浆6/2/2000

22:15

7/2/2000 4:050.6MPa 2.6MPa 11.3

3# C-S浆7/2/2000

21:20

8/2/2000 4:400.5MPa 2.8MPa 13.6

4# C-S浆9/2/2000

12:20

9/2/2000 19:150.4MPa 2.6MPa 13.4

5# C-S浆11/2/2000

0:20

11/2/2000 7:400.4MPa 2.8MPa 14.3

6# C-S浆12/2/2000

1:00 14/2/2000

10:00

0.4MPa 2.8MPa 38.8

7# C-S浆14/2/2000

1:00 14/2/2000

16:10

0.4MPa 2.6MPa 28.8

8# C-S浆15/2/2000

2:30 15/2/2000

12:40

0.4MPa 2.6MPa 20.4

9# C-S浆16/2/2000

11:30 16/2/2000

23:40

0.4MPa 2.8MPa 20.3

10# C-S浆21/2/2000

22:00 22/2/2000

18:40

0.4MPa 2.6MPa 25.7

11# C-S浆19/2/2000

04:00 20/2/2000

10:40

0.4MPa 2.8MPa 36.2

12# C-S浆17/2/2000

0:00 17/2/2000

17:50

0.4MPa 2.8MPa 28.5

13# C-S浆25/2/2000

01:05 25/2/2000

13:10

0.4MPa 2.8MPa 21.5

14# C-S浆23/2/2000

12:00

242/2000 16:150.4MPa 2.8MPa 38.6

15# C-S浆18/2/2000

21:40

19/2/2000 3:400.4MPa0.6MPa 11.4

15# C-S浆21/2/2000

18:20

21/2/2000

21:30

0.4MPa 2.8MPa

0.(补

注)

16# C-S浆17/2/2000

18:30

18/2/2000 2:400.4MPa 2.8MPa 10.9

17# C-S浆22/2/2000

20:03 22/2/2000

21:00

0.6MPa 2.8MPa 2.4

18# C-S浆17/2/2000

23:40 18/2/2000

20:30

0.4MPa 2.6MPa 18.15

19# C-S浆14/2/2000

17:00

15/2/2000 2:000.6MPa 2.8MPa 17.6

20# C-S浆13/2/2000

10:20 13/2/2000

17:30

0.4MPa 2.8MPa 11.6

21# C-S浆11/2/2000

8:00 11/2/2000

11:40

0.4MPa 2.4MPa 6.2

22# C-S浆9/2/2000

20:00

10/2/2000 2:450.4MPa 2.6MPa 6.8 23# C-S浆8/2/2000 5:00 8/2/2000 8:300.6MPa 2.7MPa 7.8

4. 2 大管棚注浆施工工艺

大管棚注浆采用全孔一次性注浆,其工艺流程如下：①施工准备→②用φ108钻头钻2.5～3.0m孔口段→③安设φ108孔口管→④用φ75钻头钻至孔底→⑤安设φ70带花孔钢管,并密封孔口→⑥压注C-S双液浆至结束。

4.3 注浆施工机具配套

与深孔注浆相同。

4. 4 注浆材料

大管棚注浆选用水泥-水玻璃双液浆,水泥浆水灰比为1:0.5,水玻璃

311的比重为40Be′,水泥浆与水玻璃体积比为1:0.3,缓凝剂掺量为水泥重量的2%,凝胶时间为2′～4′37″。

4.5 大管棚注浆情况

大管棚总计完成462米,共注水泥—水玻璃双液浆405.19m3,其中水泥152吨,水玻璃280吨。注浆详细情况见表2,以下就一些较典型的大管棚的注浆情况作进一步的阐述。2月12日,6#孔在注浆时3号深孔串浆,封堵后浆液又从正在钻的7#孔中流出,退钻封堵7#孔后继续施注至终孔。6#孔注浆量达到38.8 m3,终压2.8 MPa。从上述情况分析,6#孔的注浆量远大于设计注浆量,由此反算出其扩散半径也超过设计值,这不仅对破碎岩层进行了加固,而且作为检查孔对以前的深孔注浆起到了补强的作用。2月14日,8#孔注浆时浆液又从正在钻的9#孔中流出,退钻封堵9#孔后又从初期支护钢支撑的缝隙中漏出,因无法封堵,于是采用间歇注浆方式,8分钟后,漏浆止住,继续施注至终孔。8#孔注浆量达到20.4 m3。由上述情况分析,在注双液浆过程中,出现漏浆是正常的,在无法封堵的情况下采用间歇注浆有时能有效地抑制漏浆。

4.6 注浆效果分析

（1）大管棚注浆过程中,各孔终孔压力均达到设计终压,大部分孔的注浆量均超出设计注浆量,21#孔、22#孔、23#孔在完整的岩层之中,所以注浆量略低于设计注浆量,17# 孔是在右侧各孔（15 #～23#孔）中最后注浆的孔,恰好可作为检查孔,注浆量为2.4 m3,注浆终压为2.8 MPa,且据钻孔队反映岩层较完整,这说明右侧的裂隙和破碎岩体得到了很好的充填和加固,注浆效果明显。

（2）根据各孔注浆量和注浆量计算公式Q=π・R2・l・n・α・β反算浆液扩散半径,6#～14#孔注浆量均大于20 m3,其扩散半径大于设计扩散半径.约为0.91米,各孔终压为 2.4～2.8 MPa,单孔平均注浆量为18.4 m3,满足了设计要求。

（3）在注浆前,RK78+040～+032段的初期支护拱腰和拱顶都有连续滴水现象,注浆后,该段的初期支护拱顶和拱腰已无滴漏水现象,碴堆上部不再渗水,湿渍逐渐消失。

图3 长管棚注浆孔位布置顺序图

根据上述情况分析,注浆不仅达到了填充空腔加固破碎岩体的目的,而且起到了堵水防水的作用。

（4）从开挖看,开挖面可清楚地看到浆液的填充和固结状况,岩体裂隙均被浆液充填,在孔隙率较大的风化

310石英砂岩中浆液呈脉状扩散,破碎岩石固结密实,局部甚至需进行爆破施工,说明注浆已完全达到充填和加固地层的目的,为开挖提供了良好的施工条件。

（5）由于地层的不均一性和钻孔角度的偏差,在开挖过程中出现个别注浆“死角”,应在超前小导管注浆时予以补注。在注浆后,地层虽得到了加固,但由于浆液扩散的不均匀性,开挖时应仍按Ⅴ级围岩进行支护。

5 结束语

（1）注浆达到了加固和补强的目的。松碴强度、破碎岩石的密实性均得到明显提高,开挖过程中未出现“掉块”现象。

（2）注浆起到了堵水和防水的作用

（3）本次注浆基本达到了充填加固隧道突出物和破碎岩体的目的,为下一步安全开挖奠定了坚实的基础。

参考文献:

1草野一人（日）地基加固和防水药液注浆设计施工手册北京：中国铁道出版社 19 2地基处理手册北京：中国建筑工业出版社 1995

3韩忠存洋碰隧道右线出口段注浆设计 2000

311