帷幕注浆在山岭隧道富水软弱复杂地层的应用

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摘 要：通过对得利隧道在富水软弱复杂地层出现涌水涌泥的原因进行分析发现，由于隧道掘进过程中遇到软弱破碎岩体，泥化夹层呈软塑状，且地下水丰富，最终造成了掌子面涌水涌泥。针对现场实际情况，制定了全断面帷幕注浆用法加固塌方区周边围岩的方案。经过注浆效果综合分析法与检查孔法评定，该加固方案达到了预期效果，有效的加固了软弱泥化夹层及变质岩包裹体等不良地层，满足该段隧道安全稳定的开挖要求。

关键词：帷幕注浆；富水地层；效果评价

1 工程概况

得利隧道位于陕西省汉中市佛坪县辖区，区域为秦岭南麓中山区，平均海拔约1200m，最高海拔为1790m。洞身地表起伏较大，地表自然坡度30°～50°，多为基岩峭壁。山高坡陡，基岩，沟壑纵横，地形复杂，植被茂密。

得利隧道2号斜井西安方向DK150+137～DK149+965段，地层岩性为华力西期闪长岩，岩体较完整，节理较发育，为Ⅱ级围岩。

2 现场涌水涌泥（石）情况

得利隧道2#斜井西安向施工至DK150+137掌子面时，岩性为华力西期闪长岩，为韧性剪切带夹泥化夹层，呈条带状，岩体受构造影响严重，节理裂隙呈密集发育带，局部夹有灰黑色泥化夹层、侵入岩包裹体、石英条带、岩块，灰黑色泥化夹层遇水软化、泥化并染手，岩体稳定性差，拱部及边墙出现涌水，水量约5000m3/d，掌子面拱部出现较大空腔，根据现场情况及地质雷达探测结果初步判断，掌子面前方为节理密集带，富水，水量无减少迹象，见图1。

图1 DK150+137掌子面涌水涌泥

当得利隧道2号斜井西安方向施工至DK150+133时，上台阶掌子面中部出现股状涌水及掉块现象，侵入岩包裹体呈碎渣状，遇水泥化、软化并染手，形成黑水，整体稳定性差，水量未减少，掌子面拱部前方大管棚内侧出现2.5×10×1.5m（纵向×环向×高）较大空腔。为了保证施工安全和进度，必须对施工现场出现的问题进行处理。

3 处理方案

3.1 初步方案

根据地质雷达、TSP、超前水平钻探结果，综合各方意见，最终得出了掌子面涌水涌泥的产生原因和处理方案：

得利隧道2号斜井西安方向DK150+137掌子面通过地层岩性为华力西期闪长岩与元古界变质岩接触带，华力西期闪长岩在形成过程中，俘虏了周围元古界变质岩所形成的包裹体。岩体软弱破碎，泥化夹层呈软塑状，地下水丰富，造成掌子面涌水涌泥。

因此，将DK150+137-DK150+112段围岩级别调整为Ⅵ级，采用全断面帷幕注浆加固堵水施工，于DK150+140处设置止浆墙，厚度3m，采用C30混凝土，仰坡坡率1：0.3。超前帷幕注浆加固循环段长25m（含止浆墙），每循环预留5m作为下一循环止浆岩盘，开挖20m，注浆加固范围为开挖轮廓线外5m，扩散半径2.5m，终孔间距≤4.0m，合计79孔，注浆材料采用普通硅酸盐水泥单液浆，建议浆液配合比：水灰比=1：1，注浆终压6～8MPa。后续段落施工根据超前地质预报及掌子面揭示围岩情况再确定。

3.2 方案调整

得利隧道2号斜井西安方向施工至DK150+137时，掌子面地层岩性为华力西期闪长岩与元古界变质岩接触带，泥化夹层呈软塑状，地下水丰富，造成掌子面涌水涌泥，拱部出现较大空腔，清理止浆墙基底时发现下台阶岩体软弱破碎，涌泥形成的堆积体成流体状，在此位置施作止浆墙基础稳定性差。因此，对原方案进行了调整，具体如下：（1）将止浆墙里程后退9m，调整至DK150+149。（2）全断面帷幕注浆加固堵水施工段落调整为DK150+149～DK150+124（25m）。（3）DK150+149～DK150+133段落上半部断面采用洞碴装袋堆码回填，形成临时坡面。

4 帷幕注浆施工

4.1 施工方法及工艺

根据掌子面实际地质及施工条件，参考相关类似工程成功经验，按照设计技术要求，并通过现场实验决定采用前进式分段注浆施工工艺，分段距离施工中根据地质条件及注浆效果进行动态调整，加固圈5m；如达不到预计效果，注浆范围根据实际情况扩大。

全断面帷幕注浆加固长度为25m，开挖20m，并保留5m作下一循环的止浆盘。注浆加固钻孔剖面如图2所示。

4.2 注浆孔设计

根据设计图纸，结合得利隧道该注浆段落地层破碎、富水的特点及现场实际情况，同时还结合以往的注浆经验，确定本段注浆循环单孔扩散半径2.5m，加固范围为隧道开挖轮廓线外5m，沿隧道开挖轮廓线布置四圈注浆孔，外圈孔（A序孔24个）终孔距轮廓线外3.92m，内圈孔（B序孔17个）终孔1.73m，掌子面孔（C序孔11个）终孔距轮廓线内1.2m，核心土稳定孔（D序孔5个）终孔轮廓线内4.2m；设内外圈补强孔（E序孔22个）终孔距轮廓线外3.4m；C/D序（共16孔）注浆孔终孔后，放入玻璃纤维锚杆加固稳定围岩。注浆开孔设计图见图3，终孔设计图见图4。

4.3 注浆材料及配合比选用

注浆初期止浆墙背后水量较大，预留泄水孔处水量约120m3/h，需要顶水注浆；在初期选择以硫铝酸盐单液浆为主，普通硅酸盐水泥-水玻璃双液浆为辅的注浆方式；等出水量减小到一定程度，再采用普通硅酸盐水泥为主，普通硅酸盐水泥-水玻璃双液浆为辅的注浆方式；在洞碴回填及掌子面区域，主要采用普通水泥单液浆来固结破碎地层，以保证15m后的成孔质量和辅助注浆；施工过程根据出水量、地质及施工情况进行动态调整，保证注浆在预加固范围内的可控性。注浆压力及扩散半径：终孔压力为静水压力的2～3倍，注浆终压6～8MPa，单孔注浆有效扩散半径为2.5m，共计79孔（见图5）。

5 治理效果和结论

本循环最终完成注浆79个孔，累计注浆量为911.65m3。由公式∑Q=Vnα（1+β）可得

α=∑Q/Vn（1+β）=∑Q/S・L・n（1+β）

=911.65/（418×25×10%×1.05）=0.8308

即浆液填充率为83.1%，满足注浆堵水加固要求。（其中，断面面积取开挖轮廓线外5m范围内，L注浆加固纵向长度为25m，地层空隙率n取10%、取值介于裂隙带和断层带之间，浆液损失率β按5%计。）

经过注浆效果综合分析法与检查孔法评定后，本循环的注浆加固达到了预期效果（见图6、7），有效地加固了软弱泥化夹层及变质岩包裹体等不良地层，满足该段落安全稳定的开挖要求。

参考文献

[1]宋成辉.围岩快速分级及稳定性超前预测方法研究[D].北京：中国科学院地质与地球物理研究所，2005.

[2]王立忠，胡亚元，王百林，等.崩塌松散围岩隧道施工稳定分析与监控[J].岩石工程与力学学报，2003，22（4）：589-595.

[3]杨晓华，谢永利.公路隧道塌方综合治理技术[J].长安大学学报（自然科学版），2004，24（1）：61-64.

作者简介：徐锋（1980-），男，陕西长安人，工程师，主要从事施工技术管理工作。