论文部分内容阅读
摘要：以在建贵阳至广州高速铁路龙围隧道为例，介绍了隧道在穿越富水蚀变风化带时，采用超前預注浆施工方法成功达到了堵水和加固围岩的效果，保证了施工安全。本文详细介绍了超前预注浆施工方案、工艺流程、注浆设计及效果，为穿越同类地质条件的隧道施工提供了很好的借鉴。
关键词：隧道；富水；注浆；施工
Abstract: the construction in guiyang to guangzhou dragon wai high-speed railway tunnel as example, the paper introduces the tunnel through rich water become weathered zone, using advanced pre grouting construction method successfully reached the water plugging and strengthening the effect of surrounding rock, and to ensure the construction safety. This paper introduces the advanced pre grouting construction scheme, technological process, grouting design and effect, for through the similar geological conditions of the tunnel construction provides a good reference.
Keywords: tunnel; Rich water; Grouting; construction.
中图分类号：TQ639.2文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
1.工程概况
龙围隧道位于广西省恭城县境内，进口里程为D3K523+467，出口里程为D3K526+475，全长3008m，最大埋深300m，为设计时速250km/h单洞双线隧道。龙围隧道进口端位于龙围村庄附近，出口端位于一江河支流附近，均有乡村便道通到洞口附近，交通条件一般。本隧道穿过碎屑岩和火成岩及热蚀变带地层。隧区地下水以土层孔隙水、基岩裂隙水为主，孔隙水主要赋存于第四系全新统坡残积层和基岩全风化带中，水量相对贫乏。基岩中裂隙水由于地质构造的活动，断裂及构造节理裂隙发育，为地下水的富集提供了良好的空间，在节理密集地带或断裂破碎带附近地下水量较大，水量丰富。
2.工程特点
龙围隧道掌子面施工至D3K524+856时， 9个超前钻孔揭示砂砾状蚀变风化带<5-3>的界面呈凹凸不平状态存在于掌子面前方，钻孔显示，碎块状蚀变风化带中也存在充填砂状物质的软弱带、裂隙、节理等，动水作用下，细小固体物质的流失将可能导致岩体结构弱化、破坏。
针对龙围隧道特殊的围岩结构，设计单位做了大量的地质加深工作，超前地质预报采用地质调查法、地震波探测、地质雷达探测、红外探测、超前钻孔探测多种手段相互验证，确定D3K524+856～D3K525+240段为碎块状蚀变风化带和砂砾状蚀变风化带。该段地下水丰富，围岩稳定性差，涌水突泥的施工安全风险极大，固体物质在动水作用下的流失将可能导致结构工作环境的恶化。为保证D3K524+856～D3K525+240段施工安全，通过对岩体赋水、地表水与地下水连通性、岩体完整性及施工安全、环境保护多方面因素进行评价，决定施工以加固围岩、保证施工安全为目的，采用超前预注浆施工方案。
3.超前预注浆施工原理
超前预注浆能改善围岩结构，可以提高围岩的整体性，使围岩自承能力提高，利用配好的浆液充实进软弱围岩，使围岩胶结在一起，改善和提高了围岩的力学性能，使围岩整体的稳定性和抗渗性都提高很多，通过超前预注浆，为开挖安全提供了保证。
4.施工工艺和方法
4.1施工工艺流程
超前预注浆施工工艺流程图
4.2施工方法
4.2.1止浆墙
止浆墙外轮廓在正洞开挖线外扩挖50cm，厚度2m，最大墙高7.5m，采用C20混凝土，采用钢模板一次浇筑成型。
4.2.2孔口标定
注浆孔按浆液扩散半径2m，孔口间距0.6m×0.6m梅花形布设，孔底间距3m×3m梅花形布设。共设7环注浆孔，每环注浆孔间距60cm。详见下图：
图2：上断面预注浆孔位布置图
4.2.3钻孔
钻孔采用YQ-40钻机，开孔直径不小于108mm，终孔直径不小于90mm。注浆孔自掌子面起呈伞状布置，分别加固至开挖轮廓线外5m位置。如下图示：
钻孔纵断面孔位布置图
注浆形式采用前进式注浆，钻孔和注浆顺序采用由外向内，同一圈孔间隔施工。
在钻孔钻进的过程中，如果遇涌水或者岩层破碎造成卡钻时，立即停止钻进，进行注浆、扫孔措施后再进行钻进。钻孔位置要严格控制准确，施钻时钻机要尽可能地贴近止浆墙，这样才能保证开孔质量；换钻杆时，留心检查钻杆是否出现弯曲，是否有所损伤，中心水孔是否畅通等。
4.2.4安装注浆管
孔口设2.5mφ108注浆管，埋设牢固，并有良好的止浆设施。
4.2.5连接管路
注浆管埋设完成后，在管口位置安装注浆闸阀，采用高压注浆管连接至注浆机。
4.2.6注浆
4.2.6.1注浆参数
4.2.6.1.1注浆半径
单孔扩散半径为2.0m，每环孔孔底间距不大于3m，使单孔注浆扩散圈有效重叠，形成帷幕有效加固岩体。
4.2.6.1.2注浆压力
正常注浆压力为静水压力+0.5～+1.5MPa，注浆终压不大于2.5倍的静水压力，施工中根据现场注浆试验进行调整，对出水钻孔，设阀实测水压，当实测数据偏小时，按勘测时钻孔水位推算注浆静水压力为7.4+0.5～+1.5MPa。
4.2.6.1.3注浆材料:
一般采用水泥－水玻璃双液浆
水泥：42.5普通硅酸盐水泥
水玻璃：40Be'
水灰比=0.8～1:1
水泥浆：水玻璃浆液=1:0.8
根据施工具体情况，必要时可以采用超细水泥和水玻璃双液浆注浆，或抗分散型水泥浆注浆。
在注浆过程中，随时根据钻孔内的出水量及实测水压，结合围岩情况，对浆液配合比及时调整，以达到最好的注浆效果。
4.2.6.2注水试验
钻好注浆孔后，在孔口管阀门的位置上安装好浆液混合器，连接好注浆泵，然后启动注浆泵，这时开始向孔中压注清水，逐渐加大注水量和压力，仔细观察当注水压力达到设计注浆压力时，保持2～3min后，开始检查注浆系统是否出现串水、漏水的现象，测得注水量以后卸压，记录的注水量就是岩石的吸水量。
4.2.6.3注浆结束标准
预注浆单孔注浆结束条件：深孔各段均达到设计终压并稳定10min，而且注浆量不能低于设计注浆量的80%，进浆的速度低于开始进浆速度的1/4，这时浅孔达到设计终压。
4.2.6.4注浆效果检查
4.2.6.4.1检查孔观察法
于注浆部分断面总注浆孔的5%设检查孔，每孔长约30m，孔径与设计注浆孔相同，重点对钻孔注浆施工过程中可能出现的薄弱环节进行钻孔检查。检查孔在钻进过程中，不出现卡钻、涌泥或涌砂现象，成孔较好，不塌孔。在检查测量孔内涌水量时，进行压水检查，在1.0MPa压力下，99%的检查孔进水量小于1L/min·m，对极个别进水量小于1L/min·m检查孔进行注浆封堵时，地层吸浆量较小，说明经过注浆加固后，地层密实度得到很大提高。
4.2.6.4.2检查孔取芯法
取出的芯样大多呈短柱状，可以明显观察到裂隙被浆液充填后的效果以及破碎岩体被浆液固结后的状态，可以看到浆液充填饱满，加固效果非常明显。
5.施工控制要点
5.1施工前应对施工人员进行注浆工艺培训，并备齐至少两个注浆循环的建筑材料及资金，保证施工的连续性。
5.2钻孔时，如发现突然孔内出水量明显增加，应该立即停止钻进，马上安装注浆管注浆。
5.3注浆时严格控制注浆的压力，以防止压力太大破坏围岩稳定，同时注浆过程中注意围岩和止浆墙的变化，一旦发现异常，马上停止注浆，根据现场情况，采取相应的措施。
5.4该段施工时加强围岩监控量测频率，随时注意围岩动态。每个循环注浆完成开挖时必须短进尺，严禁放大炮，严格按设计规定进行锚喷支护，控制围岩的变形量，防止坍塌。派专人负责，加强安全警戒措施，防止突发事件发生。
5.5该段施工时应利用超前钻孔进一步验证地质预报成果，及时反馈指导施工。
5.6放炮前应撤出人员和机械设备，施工中应加强对突水、突泥现象征兆的监测，当预测有突水、突泥征兆时，应及时组织人员及机械设备撤离。
5.7应完善本隧道的施工防灾应急预案，配备必要的声光报警、应急通讯、疏散标志、应急照明、逃生通道、应急排水和逃生装备等系统。
6.设备配置和劳力组织
6.1施工机械
6.1.1主要机械
两台YQ-40型地质钻机、两台ZYB70/80D压浆泵。
6.1.2施工配件
每台钻机配件：30m钻杆，φ108钻头2个，4条配套管件，1个控制器，1个水箱3*1.2m。
每台压浆泵配件：5m吸浆管，40m高压压浆管，1个过滤器，1个连接器，1个1m3搅浆筒，1.5寸清水泵，1.5寸水管20m。
6.1.3施工备件
易损件如垫片、皮带、钻杆、钻头；消耗品如机油、润滑油和柴油进行储备。
6.2施工人员
6.2.1施工人员组织机构
施工人员组织机构框图
6.2.2人员安排
注浆施工24小时进行，两班交替施工，每班12小时，早晨7点交接班，不间断施工。
每班管理人员：施工总负责人1人，注浆工班负责人1人，安全负责人1人，质量负责人1人，测量负责人1人。
每班作业人员：施工组长1人，每台钻机配备劳动力3人，2台钻机共计6人；每台压浆泵配备劳动力4人，2台共计8人；防护人员2人；驻站员1人；钻孔注浆记录员2人；机械设备维修2人；电工1人。
7.结束语
在贵阳至广州高速铁路龙围隧道穿越富水蚀变风化带施工中，采用超前预注浆施工方法，严格按照设计方案进行施工，成功穿越了该富水地带，取得了很好的堵水。通过超前预注浆施工，改善了该段围岩的脆弱结构，提高了围岩的稳定性，起到了很好的止水效果。龙围隧道施工实践表明，在隧道富水蚀变风化带采用超前预注浆的施工方案是充分可行的。
参考文献：
［1］范春.超前预注浆在遂渝鐵路二岩隧道施工中的应用.企业技术开发.2010年7月
［2］刘春丽. 超前预注浆在隧道施工中的应用.北方交通.2007年第12期
关键词：隧道；富水；注浆；施工
Abstract: the construction in guiyang to guangzhou dragon wai high-speed railway tunnel as example, the paper introduces the tunnel through rich water become weathered zone, using advanced pre grouting construction method successfully reached the water plugging and strengthening the effect of surrounding rock, and to ensure the construction safety. This paper introduces the advanced pre grouting construction scheme, technological process, grouting design and effect, for through the similar geological conditions of the tunnel construction provides a good reference.
Keywords: tunnel; Rich water; Grouting; construction.
中图分类号：TQ639.2文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
1.工程概况
龙围隧道位于广西省恭城县境内，进口里程为D3K523+467，出口里程为D3K526+475，全长3008m，最大埋深300m，为设计时速250km/h单洞双线隧道。龙围隧道进口端位于龙围村庄附近，出口端位于一江河支流附近，均有乡村便道通到洞口附近，交通条件一般。本隧道穿过碎屑岩和火成岩及热蚀变带地层。隧区地下水以土层孔隙水、基岩裂隙水为主，孔隙水主要赋存于第四系全新统坡残积层和基岩全风化带中，水量相对贫乏。基岩中裂隙水由于地质构造的活动，断裂及构造节理裂隙发育，为地下水的富集提供了良好的空间，在节理密集地带或断裂破碎带附近地下水量较大，水量丰富。
2.工程特点
龙围隧道掌子面施工至D3K524+856时， 9个超前钻孔揭示砂砾状蚀变风化带<5-3>的界面呈凹凸不平状态存在于掌子面前方，钻孔显示，碎块状蚀变风化带中也存在充填砂状物质的软弱带、裂隙、节理等，动水作用下，细小固体物质的流失将可能导致岩体结构弱化、破坏。
针对龙围隧道特殊的围岩结构，设计单位做了大量的地质加深工作，超前地质预报采用地质调查法、地震波探测、地质雷达探测、红外探测、超前钻孔探测多种手段相互验证，确定D3K524+856～D3K525+240段为碎块状蚀变风化带和砂砾状蚀变风化带。该段地下水丰富，围岩稳定性差，涌水突泥的施工安全风险极大，固体物质在动水作用下的流失将可能导致结构工作环境的恶化。为保证D3K524+856～D3K525+240段施工安全，通过对岩体赋水、地表水与地下水连通性、岩体完整性及施工安全、环境保护多方面因素进行评价，决定施工以加固围岩、保证施工安全为目的，采用超前预注浆施工方案。
3.超前预注浆施工原理
超前预注浆能改善围岩结构，可以提高围岩的整体性，使围岩自承能力提高，利用配好的浆液充实进软弱围岩，使围岩胶结在一起，改善和提高了围岩的力学性能，使围岩整体的稳定性和抗渗性都提高很多，通过超前预注浆，为开挖安全提供了保证。
4.施工工艺和方法
4.1施工工艺流程
超前预注浆施工工艺流程图
4.2施工方法
4.2.1止浆墙
止浆墙外轮廓在正洞开挖线外扩挖50cm，厚度2m，最大墙高7.5m，采用C20混凝土，采用钢模板一次浇筑成型。
4.2.2孔口标定
注浆孔按浆液扩散半径2m，孔口间距0.6m×0.6m梅花形布设，孔底间距3m×3m梅花形布设。共设7环注浆孔，每环注浆孔间距60cm。详见下图：
图2：上断面预注浆孔位布置图
4.2.3钻孔
钻孔采用YQ-40钻机，开孔直径不小于108mm，终孔直径不小于90mm。注浆孔自掌子面起呈伞状布置，分别加固至开挖轮廓线外5m位置。如下图示：
钻孔纵断面孔位布置图
注浆形式采用前进式注浆，钻孔和注浆顺序采用由外向内，同一圈孔间隔施工。
在钻孔钻进的过程中，如果遇涌水或者岩层破碎造成卡钻时，立即停止钻进，进行注浆、扫孔措施后再进行钻进。钻孔位置要严格控制准确，施钻时钻机要尽可能地贴近止浆墙，这样才能保证开孔质量；换钻杆时，留心检查钻杆是否出现弯曲，是否有所损伤，中心水孔是否畅通等。
4.2.4安装注浆管
孔口设2.5mφ108注浆管，埋设牢固，并有良好的止浆设施。
4.2.5连接管路
注浆管埋设完成后，在管口位置安装注浆闸阀，采用高压注浆管连接至注浆机。
4.2.6注浆
4.2.6.1注浆参数
4.2.6.1.1注浆半径
单孔扩散半径为2.0m，每环孔孔底间距不大于3m，使单孔注浆扩散圈有效重叠，形成帷幕有效加固岩体。
4.2.6.1.2注浆压力
正常注浆压力为静水压力+0.5～+1.5MPa，注浆终压不大于2.5倍的静水压力，施工中根据现场注浆试验进行调整，对出水钻孔，设阀实测水压，当实测数据偏小时，按勘测时钻孔水位推算注浆静水压力为7.4+0.5～+1.5MPa。
4.2.6.1.3注浆材料:
一般采用水泥－水玻璃双液浆
水泥：42.5普通硅酸盐水泥
水玻璃：40Be'
水灰比=0.8～1:1
水泥浆：水玻璃浆液=1:0.8
根据施工具体情况，必要时可以采用超细水泥和水玻璃双液浆注浆，或抗分散型水泥浆注浆。
在注浆过程中，随时根据钻孔内的出水量及实测水压，结合围岩情况，对浆液配合比及时调整，以达到最好的注浆效果。
4.2.6.2注水试验
钻好注浆孔后，在孔口管阀门的位置上安装好浆液混合器，连接好注浆泵，然后启动注浆泵，这时开始向孔中压注清水，逐渐加大注水量和压力，仔细观察当注水压力达到设计注浆压力时，保持2～3min后，开始检查注浆系统是否出现串水、漏水的现象，测得注水量以后卸压，记录的注水量就是岩石的吸水量。
4.2.6.3注浆结束标准
预注浆单孔注浆结束条件：深孔各段均达到设计终压并稳定10min，而且注浆量不能低于设计注浆量的80%，进浆的速度低于开始进浆速度的1/4，这时浅孔达到设计终压。
4.2.6.4注浆效果检查
4.2.6.4.1检查孔观察法
于注浆部分断面总注浆孔的5%设检查孔，每孔长约30m，孔径与设计注浆孔相同，重点对钻孔注浆施工过程中可能出现的薄弱环节进行钻孔检查。检查孔在钻进过程中，不出现卡钻、涌泥或涌砂现象，成孔较好，不塌孔。在检查测量孔内涌水量时，进行压水检查，在1.0MPa压力下，99%的检查孔进水量小于1L/min·m，对极个别进水量小于1L/min·m检查孔进行注浆封堵时，地层吸浆量较小，说明经过注浆加固后，地层密实度得到很大提高。
4.2.6.4.2检查孔取芯法
取出的芯样大多呈短柱状，可以明显观察到裂隙被浆液充填后的效果以及破碎岩体被浆液固结后的状态，可以看到浆液充填饱满，加固效果非常明显。
5.施工控制要点
5.1施工前应对施工人员进行注浆工艺培训，并备齐至少两个注浆循环的建筑材料及资金，保证施工的连续性。
5.2钻孔时，如发现突然孔内出水量明显增加，应该立即停止钻进，马上安装注浆管注浆。
5.3注浆时严格控制注浆的压力，以防止压力太大破坏围岩稳定，同时注浆过程中注意围岩和止浆墙的变化，一旦发现异常，马上停止注浆，根据现场情况，采取相应的措施。
5.4该段施工时加强围岩监控量测频率，随时注意围岩动态。每个循环注浆完成开挖时必须短进尺，严禁放大炮，严格按设计规定进行锚喷支护，控制围岩的变形量，防止坍塌。派专人负责，加强安全警戒措施，防止突发事件发生。
5.5该段施工时应利用超前钻孔进一步验证地质预报成果，及时反馈指导施工。
5.6放炮前应撤出人员和机械设备，施工中应加强对突水、突泥现象征兆的监测，当预测有突水、突泥征兆时，应及时组织人员及机械设备撤离。
5.7应完善本隧道的施工防灾应急预案，配备必要的声光报警、应急通讯、疏散标志、应急照明、逃生通道、应急排水和逃生装备等系统。
6.设备配置和劳力组织
6.1施工机械
6.1.1主要机械
两台YQ-40型地质钻机、两台ZYB70/80D压浆泵。
6.1.2施工配件
每台钻机配件：30m钻杆，φ108钻头2个，4条配套管件，1个控制器，1个水箱3*1.2m。
每台压浆泵配件：5m吸浆管，40m高压压浆管，1个过滤器，1个连接器，1个1m3搅浆筒，1.5寸清水泵，1.5寸水管20m。
6.1.3施工备件
易损件如垫片、皮带、钻杆、钻头；消耗品如机油、润滑油和柴油进行储备。
6.2施工人员
6.2.1施工人员组织机构
施工人员组织机构框图
6.2.2人员安排
注浆施工24小时进行，两班交替施工，每班12小时，早晨7点交接班，不间断施工。
每班管理人员：施工总负责人1人，注浆工班负责人1人，安全负责人1人，质量负责人1人，测量负责人1人。
每班作业人员：施工组长1人，每台钻机配备劳动力3人，2台钻机共计6人；每台压浆泵配备劳动力4人，2台共计8人；防护人员2人；驻站员1人；钻孔注浆记录员2人；机械设备维修2人；电工1人。
7.结束语
在贵阳至广州高速铁路龙围隧道穿越富水蚀变风化带施工中，采用超前预注浆施工方法，严格按照设计方案进行施工，成功穿越了该富水地带，取得了很好的堵水。通过超前预注浆施工，改善了该段围岩的脆弱结构，提高了围岩的稳定性，起到了很好的止水效果。龙围隧道施工实践表明，在隧道富水蚀变风化带采用超前预注浆的施工方案是充分可行的。
参考文献：
［1］范春.超前预注浆在遂渝鐵路二岩隧道施工中的应用.企业技术开发.2010年7月
［2］刘春丽. 超前预注浆在隧道施工中的应用.北方交通.2007年第12期