超前帷幕预注浆技术在岩溶隧道施工中的应用分析

余 刚 重庆科信渝建筑工程咨询有限公司工程师

超前帷幕预注浆技术在岩溶隧道工程施工中的应用需要准确研究注浆机理、合理选择注浆材料，做好止浆墙浇筑、开孔工作、钻孔工作以及注浆施工工作，保证每个环节的操作都能符合标准，发挥超前帷幕预注浆技术的作用价值。

1 超前帷幕预注浆技术在岩溶隧道施工中应用的必要性

新圆梁山隧道位于既有圆梁山隧道右侧30 m，由既有贯通平导扩挖修建。既有隧道于2005 年建成通车，与既有平导之间设置有28个横通道和两个封堵墙。其中1#溶洞、2#溶洞以及3#溶洞穿越毛坝向斜核部，溶洞填充介质为粉质粘土和淤泥质粘土，夹杂块石、碎石，自稳能力较差。为确保岩溶隧道施工的质量，需要采用超前帷幕预注浆技术，增强帷幕的建设稳定性和强度，保证工程项目的高质量建设[1]。1#、2#、3#溶洞地质纵断面如图1 所示。

图1 1#、2#、3#溶洞地质纵断面（单位：m）

2 超前帷幕预注浆技术在岩溶隧道施工中应用的相关内容

2.1 注浆机理分析

超前帷幕注浆主要沿着工程项目所开挖的轮廓线根据轴向辐射的状态设置孔位置，结合间距标准钻孔操作，利用注浆泵设备将已经配置完成的浆液材料沿着注浆孔输送到地层的裂隙内部，通过浆液材料起到水裂隙的填充作用，预防裂隙中的细小颗粒流失出现溶洞隧道工程结构渗水的问题，改善地层原本的透水性能，增强周围区域破碎岩块、软弱夹泥层的固结效果，形成强度符合要求的结构。在隧道周围区域和开挖面前方创建预加固区和堵水帷幕系统，减小透水系数，增强隧道稳定性、施工安全性[2]。超前帷幕注浆纵向布设如图2。

图2 超前帷幕注浆纵向布设（单位：cm）

2.2 注浆材料及设备的选用

本工程项目中溶洞填充介质为粉质粘土和淤泥质粘土，夹杂块石、碎石，且溶洞地段富水，地层中有流动水，具有一定水压力。应选择双液浆，胶凝材料选择P.O42.5 级普通硅酸盐水泥和超细水泥，早期强度较高，配合水玻璃迅速凝结、隔离裂隙水。隧道洞内预开挖洞室，设置制浆站，采用卧式散装水泥罐集成一体式自动制浆机组，注浆机采用高压双液注浆机，保证压力达到设计要求形成浆液劈裂泥砂层和挤密空隙层的效果。

2.3 超前帷幕预注浆工艺

2.3.1 止浆墙

帷幕注浆止浆墙厚2 m，采用C30混凝土浇筑。为保证止浆效果及钻孔施工条件，止浆墙需要一次浇筑成型，全断面设置。为确保止浆墙稳定，在掌子面施作Φ22 砂浆锚杆，同时保证锚杆间距1.5 m×1.5 m，锚杆外露1 m 浇筑于止浆墙内，植入岩层不小于3 m。

2.3.2 布孔和开孔

本工程执行开孔工作之前，根据设计图布置相应的孔位、孔数及开孔直径。本案溶洞帷幕注浆设置5 环注浆孔、8 个检查孔。开孔处5 环注浆孔设置于止浆墙轮廓内，环与环之间的间距为40 cm。终孔断面处，开挖轮廓线外5 m 范围设置3环注浆孔，另两环设置于断面轮廓内，并靠近轮廓线。溶洞帷幕注浆利用既有平导采用两端相向施作，两边钻孔注浆搭接长度为5 m。钻孔直径为90 mm，开孔采用110 mm 钻头钻入止浆墙2 m，开孔时严格控制每个孔的角度，并入孔安装φ108 钢管。安装前钢管一端焊接法兰盘起连接作用，并于钢管外壁缠绕麻索，增加与孔壁的摩擦，防止漏浆。

2.3.3 钻孔

钻孔的工作环节中应根据设计图纸结合工程项目的实际情况处理，钻孔的环节中应按照设置注浆孔的长度、角度及孔径等要求钻进，开孔处孔环向间距控制为1.5 m，终孔处孔环向间距控制为3 m，相向施作，每一端的注浆长度控制为25 m，搭接的长度控制为5 m，每一端钻入注浆孔88 个。钻孔后及时注浆，应先施作周边孔，后内环孔，先有水孔，后无水孔，且应跳孔施作，防止串浆。

钻进需时刻观察钻机的抖动频率和幅度、钻进速度、孔口出土岩性以及地下水的渗流等异常情况。钻机抖动严重可能在软硬围岩过渡，需要减少转速，减小给进力；钻进速度异常缓慢甚至出现卡钻现象，可能进入破碎带或泥夹碎石的情况，需要终止本轮钻进，待注浆过后再进行扫孔；根据孔口出土的样本分析调整当前钻进参数，若为岩屑则岩层稳定，若为泥土或粘土则可能进入溶洞溶槽充填区域，需要密切关注，减缓钻进速度；若孔内出现地下水，视水流大小选择继续钻进、减速钻进或停止钻进。另外尤其注意钻进异常过快，可能进入溶腔，应立即停止钻进，及时注浆，避免出现钻头钻杆掉落入空腔的现象。

2.3.4 制浆

根据溶洞充填性质及涌水情况，本工程采用普通水泥双液浆及超细水泥双液浆相结合的浆液搭配方案。浆液制作前，需要对浆液配置程序、拌和时间、浆液密度、流变参数、初凝时间、终凝时间以及浆液结石的物理力学性质进行试验确定，保证浆液从拌和、运输、施工到凝结后等环节都满足工程需要。

本案双液浆的拌制采用卧式散装储存罐集成一体式自动制浆系统，储存、传送、拌和及运输一体化，保证浆液从拌制到入孔等每一个环节的质量稳定。完成拌制的浆液通过管道运输自一个管口进入高压双液注浆机，从另一个管口输入水玻璃，两种浆液在注浆机内部汇合形成双液浆，然后把混合的双液浆通过压力输出。

2.3.5 注浆

帷幕注浆分为后退式注浆和分段前进式注浆。本工程特点为岩溶充填及地下涌水，应采用分段前进式注浆，钻孔长度视成孔效果而定，遇破碎带卡钻、充填区塌孔或较大涌水时应停止钻进，立即进行注浆，待浆液凝固后进行原位扫孔，继续钻进，再次注浆，然后扫孔，直到钻进至设计深度后完成最终注浆[3]。

（1）注浆过程中应密切关注压力表变化，参照设计压力值。当压力值长时间或注入大量浆液仍未达到设计值，则应及时停止注浆，查看是否有跑浆、串浆现象；若压力值突然升高，则应只注清水，若仍无下降，则应查看是否管路堵塞。

（2）注浆完成后，查看注浆范围是否有涌水、涌泥，放置一段时间后查看有无塌孔现象。对取得的芯样进行评定，判断取芯率和芯样强度是否满足要求。

3 超前帷幕预注浆在岩溶段预加固效果及缺点分析

本工程项目中采用超前帷幕预注浆技术进行岩溶的加固处理，操作方式非常便利，设备的选择较常规，隧道内适用性强，各个环节可以按照地层状况、注浆效果等优化调整。岩土结构已经被浆液胶结成为整体结构，浆液渗透并且凝固后，岩体的孔隙率有所减小，内聚力力学参数和摩擦角力学参数得到改善，力学性能快速提升。完成相关的注浆工作后，在结构区域形成厚度符合标准的止水圈结构，有着一定的防渗、隔水作用，还能起到一定的堵水作用。

工程项目施工后，满足新奥法施工的受力性能有所改善，可针对开挖轮廓线外的大孔隙及软弱地层通过浆液扩散进行充填加固，应用效果良好。

另外，施工技术在高效化、高质量应用的过程中还能形成良好的岩溶加固作用，提升了1#溶洞、2#溶洞以及3#溶洞的结构稳定性和强度，具有推广的意义。但是在技术应用期间经常会出现以下问题。

（1）局部位置浆液无法顺利填充。

（2）带水操作需要谨慎入微，尤其是2#溶洞中有着承压水，日均涌水量很高，一直处于流水的状态，施工操作的过程中很容易出现质量缺陷问题[4]。

4 超前帷幕预注浆的延展措施及研究

4.1 超细水泥材料的使用对粉细砂地层加固的补充作用

施工过程中，普通水泥对低透水层的扩散半径难以达到理想效果，因此在采用劈裂扩散注浆技术时使用超细水泥材料，在粉细砂地层加固过程中起到很好的渗透作用。主要原因就是超细水泥模度细数更小，对粉细砂地层更有渗透和劈裂作用，借助高压力可实现粉细砂地层良好的固结性和整体性。因此，企业在施工中建议引进质量符合标准、性能符合要求、规格合格的超细水泥材料，通过特殊材料的引进确保相应疑难地层的加固处理得以高质量的完成。

4.2 双液浆带水注浆的时效性研究

建议在施工过程中结合带水注浆作业按照现场情况、施工状况等合理配置双液浆的材料与比例，保证每种材料质量合格、比例符合标准要求，同时结合带水注浆的作业特点选择使用性能符合标准的材料。

双液浆在静水状态中可以形成团絮，凝固具有一定时效性，通过试验数据，优良的浆液配合比可以将凝固状态维持在3 个月左右，确保帷幕注浆后的加固地层在一定时间内存在足够的强度和质量。争取在有效时段内尽快完成注浆段落的开挖和支护，使得时效性与标准相符，超前帷幕预注浆技术满足地层加固和止水帷幕的基本要求[5]。

5 结语

超前帷幕预注浆技术在岩溶隧道的工程项目领域中具有一定的应用价值，能够打破传统注浆技术的局限性。因此在岩溶隧道的项目中应重视超前帷幕预注浆技术的使用，遵循因地制宜的应用原则与要点，结合不同岩溶隧道结构的特征和情况等，适应性使用技术，发挥超前帷幕预注浆技术措施及技术方式的作用价值，满足当前的项目加固与稳定性需求。