隧道工程施工中注浆堵水技术探讨范文
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摘要：高速铁路隧道的地质、水文、气候等施工环境皆较为复杂，在施工过程中容易发生涌水事故，这不仅会给施工工人的生命安全造成威胁，而且还会严重影响隧道工程建设的质量，因此，有效解决涌水、渗水问题，防止该问题的发生是隧道施工过程中应当重视的问题。鉴于此，本文对新建池州至黄山铁路站前三标黄坑隧道的注浆堵水技术分析，其中包括该隧道工程建设过程中注浆堵水的流程、方法、注意要点、质量标准等，希望能给有关人员提供参考。
0引言
注浆技术是隧道施工过程中常用的一种辅助工艺，其于处理地下水、加固底层方面均发挥着至关重要的作用，是保障施工安全，提高施工质量的重要施工工艺技术。高速铁路隧道施工可能会受到当地地质、气候、水文、岩层情况等影响，在施工过程中很容易出现涌水事故，给隧道施工的质量、施工进程、工程安全等造成负面影响。因此，施工单位应根据隧道施工的具体情况，选择合适的注浆堵水技术，有效规避该问题的发生，为施工安全提供坚实保障。
1隧道工程实例现状
池州至黄山铁路站前三标黄坑隧道的稳定水位在1.5m～5.2m之间，高程306.20m～323.44m，点位置隧道底板高程约为143m～149m，明显低于地下水的水位。其次，区域内地下水对隧道工程影响较大,岩石节理裂隙发育，裂隙水大，容易发生漏水、涌水等问题，严重影响施工的安全性和质量。池黄铁路设计时速为350km/h，从而对隧道工程质量提出了更高的要求，而隧道的渗漏水对隧道整体质量的好坏又有着深远的影响。
2注浆方案设计
2.1材料选取及配比
选取注浆材料时应当注意：（1）注浆材料流动性好、可注入细小裂隙或粉细砂层中；（2）注浆材料的稳定性要好；（3）注浆反应时间可调控；（4）浆液应当是无毒、无臭，不污染环境，对人体无害；（5）安全性高、阻燃；（6）注浆材料应有较好的抗压强度、抗拉强度，以及较强的抗渗性；（7）注浆材料应耐老化性能好，耐腐蚀。因此，本次施工使用的注浆材料为普硅水泥和水玻璃，对施工现场的涌水量、裂隙进行筛查，结合施工场地的温度、地势情况等，并对浆液的配置比例进行多次实验后，将浆液的配置比例规定为：水灰比例=0.8:1，水泥与水玻璃的体积比例=1:0.4，加入水泥质量3%的磷酸氢二钠作为缓凝剂。
2.2注浆系统的选择
本次施工采用的注浆设备为C4型全液压钻机、耿兴80型与120型注浆泵、1.0m3搅拌机及高压胶管。为提升注浆过程的方便性，本次施工主要选择双管注浆法进行注浆。将水泥浆和水玻璃于装备机器的孔口处进行混合搅拌，再以高压将其注入管中，让浆液能够进入裂缝中，待浆液凝结后，便达到填补缝隙防止用水、漏水的目的[1]。
3注浆施工技术要点
3.1有效控制参数
（1）结合堵水施工过程中的进水量和注浆泵的压力，控制浆液凝固的时间，若进水量较高，注浆泵的压力小幅度上升时，则将凝胶的时间控制在1～2min之间，若进水量较少，注浆泵的压力于短时间内上升时，则将凝胶的时间控制在5～6min左右。（2）本次施工采用的注浆机器为双管注浆机器，其注浆量若超过300L/min，且注浆泵的压力处于小幅度上升的状态，则可选用大进浆量进行注浆，若注浆量在100L/min之间，且注浆泵的压力处于稳定上升的状态，则可采用正常的进浆量进行注浆；若注浆量低于100L/min，且注浆泵的压力在短时间出现大幅度上升的情况，则应在注浆过程中采用小进浆量进行注浆。（3）在浆液能够顺利进入裂缝中时，施工人员则可测取推动作用时的注浆压力，因而就可对注浆压力进行合理控制。注意在控制压力时，应考虑施工场地岩层裂缝的规模、浆液的性能（即：浆液的浓度、扩散半径、凝结时间等）和施工场地的具体情况进行。由于本次施工场地中的岩石节理裂隙发育，裂缝较大，本次施工的注浆压力在2.0～3MPa之间。（4）当填充率达到10%时，则可测定注浆的注浆量，即：以Q=πrHna(1+β)计算注浆量。该公式中Q代表注浆量,m3；H代表注浆段的总长,m；r则代表注浆液的扩散半径，m；a为注浆系数（结合本次施工的具体情况a取值为3），β为浆液的损失率（取值为20%）。根据公式计算出，本次施工的注浆量=2.71m3。（5）待注浆的压力与设计的终压相同，且吸浆率在18～35L/min时，则可结束注浆[2]。
3.2注浆堵水施工的流程及方法
（1）配置注浆液。采用“由稀至浓”的调配原则进行配浆工作，根据实验时的进浆量为参考，合理控制浆液的浓度、体积、凝胶时间等浆液参数。（2）注浆。使用双管注浆机器进行注浆工作，在开启机器时应先开启水泥注浆泵再开启水玻璃注浆泵。其次，在注浆的过程中还应时刻注意注浆泵中的压力，若注浆泵的压力的上升速度较为缓慢，应及时减少进浆量，防止在施工过程中因压力不平衡而出现意外事故。（3）合理设定注浆段的长度。根据施工场地的水文条件、地势条件、注浆机器的性能等，将单次注浆段的长度设定为30m。通过测试后，本次施工挖掘注浆段的长度在24m～26m之间，并预留4m～6m作为注浆堵水工作的止浆带，不进行挖掘。（4）止浆墙的施工。本次施工选用现浇法进行止浆墙的建设，墙体包括上、中、下台阶三个部分，墙高分别为2.4m、2m和2m，厚度分别为1m、1.5m和2m，嵌入底板的深度控制为0.55m，边墙与拱部的深度为0.35m。在止浆墙周围所布置的砂浆锚杆的长度为3.38m，环向间距为1.14m，进入围岩的长度为1.97m，止浆墙的长度1.53m。在墙体与围岩接触区域所布置的导管长度为4.23m，该导管与隧道出现的夹角为45°，其次，在以C25的混凝土喷射在导管周围形成厚度为0.26m的保护层。（5）设立孔口管。孔口管是注浆施工中的关键部分，因此，在设置期间应保证其精准性，为施工质量提供坚实保障。本次施工所钻开的孔口深度为3.3m，置入的Ф108孔口管为3.1m，外露的孔口管长度为0.2m。其次，使用麻丝填充关闭与孔口的间隙，再向孔口管中注入注浆液。（6）布置注浆孔。注浆孔对于堵水效果至关重要，在布置注浆孔时应结合施工场地内具体情况（即：岩层裂缝、含水量等）进行。本次施工的场地存在岩层缝隙多、缝隙种类丰富、含水量较大等特点，难以正常布控，因此，在设置注浆孔的过程中，应是注浆孔穿过岩层缝隙，并根据缝隙情况设立长短不一、呈伞状辐射的注浆孔。其次，在边墙和拱部的区域内呈梅花状布置4～5圈的注浆孔，保证注浆液的扩散半径可至3m及以上。另外，注浆孔之间的孔距应＜4.5m。（7）钻孔。确定注浆孔位置，并以红色油漆作标记，使用钻机，标准标记点进行钻孔。在钻孔初期，施工人员应缓慢加压、缓慢进行，并让另一位施工人员记录起止时间、孔号、涌水位置、涌水量等。若单孔的涌水量≤30L/min，则可继续进行钻孔工作，若＞30L/min，则需及时停止钻孔作业。（8）注浆的速度控制。注浆时的速度应根据钻孔的涌水量控制，即：若涌水量≥50L/min时，则将注浆的速度控制在80～150L/min之间；若涌水量＜50L/min时，则应将注浆的速度控制在35～80L/min之间。（9）注浆的顺序。在进行注浆作业时，应遵循“从外至内，从上至下”的注浆原则，即：先进行外圈注浆孔的注浆，在进行内圈注浆孔的注浆，同圈注浆时应自下而上地进行注浆工作。其次，注浆工作具有较高的系统性，因此在注浆过程中应根据图1所示的流程进行注浆[3]。
3.3注浆施工的质量检测标准
（1）注浆孔深度的误差必须≤5cm，钻孔的角度误差必须≤0.5°，每段注浆的长度必须≤32m，成型注浆帷幕的厚度必须≥6m。
（2）注浆分段的长度标准。在进行分段注浆前，应将钻孔注浆的长度控制在5m左右；如果施工场地存在断层、持软弱破碎带时，应及时采取注浆安全处理措施，有效避免突泥、用水等安全事故的发生。
（3）注浆完成的标准。①单孔注浆完成的标准：实际测量的注浆压力已达到设计图纸的要求，且在压力稳定的时长需要超过10min，且在注浆过程的进浆量须在20～30L/min之内。②注浆施工完成的标准：每一个注浆孔皆达到以上标准，未出现漏浆的情况，且施工后隧道内的涌水量在1m/(m.d)之内。
（4）注浆效果的评定。注浆工作结束后，需在轮廓线的范围之内设立检查孔，检验注浆施工的情况。每个循环的检查孔数量为5个，即：拱部2个、两侧边墙各一个、底部1个，每个检查孔的孔径为110mm。若每个孔内的出水量≤0.2L/min，且固体的抗压强度＞3MPa，则代表逐渐施工的质量较高，可继续开挖，反之，则应及时进行加强处理，直至达标为止[4]。
4防水施工技术要点
4.1隧道表面的防水施工
在对隧道开展防水措施施工的过程中，首先要对隧道内部周边的基础进行有效的处理，通常会采取对隧道内表面喷射混凝土的方法来对隧道内壁进行防水处理，为了提升隧道内的防水工作通常会在隧道内设置相应的防水板，因此防水板的质量就决定了后期的防水效果，在选择防水板时应保证其符合施工设计要求，并将防水板的裸露钢筋以及锚头进行切除清理后用砂浆抹平，然后进行封闭施工。在完成封闭处理后，要保证初期支护平整度应符合D/L≤1/20的要求（D为初期支护基面相邻两凸面凹进去的深度；L为基层相邻两凸面间的距离，且L≤1m），在完成这些施工后要再次对防水板进行质量检查，以提升隧道内部的排水效果，参与施工的施工人员应当严格按照施工标准和技术进行施工，避免在施工中埋下安全隐患（见图2）。图2防水板施工前岩面平整度检测在对隧道内部进行基础处理施工后，可以进行土工布施工，搭接长度＞5cm，施工流程是通过操作车运送土工布通过射钉枪与衬垫配合将土工布固定在隧道内部的设计部位。在固定土工布的过程中，要保证土工布和混凝土之间有良好的贴合，热熔垫片按梅花型布置，拱顶中心左右2m范围布设间距0.4m，起拱线至左右2m布设间距0.5m，边墙布设间距0.7m，距防水板环向施工缝0.2m，左或右设置两道(左右间隔设置)。再通过射钉进行控制土工布与混凝土的切合程度时，要注意调整射钉枪的力度避免因为力度过大使得射钉出现断裂的情况（见图3）。
4.2管道防水
拱墙环向盲管(直径中50mm，外包土工布的双壁打孔波纹管)沿初支环向设置，打孔侧与初支面密贴,每隔1.2m使用条状防水板与初支面通过钉子固定。拱墙环向盲管一般地段纵向间距12m，富水地段纵向间距6m，与仰拱纵向透水盲管连接，保证连接牢固。纵环向盲管、泄水管、排水管应按设计连通，管体间应采用变径三通连接，组成完整的排水系统。拱墙环向塑料排水板安装在每板衬砌纵向盲管流水下坡端，距盲管弯头按50cm控制，每板衬砌按设计要求设置2环塑料排水板。环向施工缝按全防水考虑，不在施工缝处设置塑料排水板（见图4）。5结束语施工场地的地质情况、水文情况、岩层情况等都会对高速铁路隧道施工造成不利影响，施工场地内存在岩层间缝隙较大、土质含水量高等问题，则有可能出现涌水事故，威胁施工和后续使用安全。注浆技术在解决这一问题上的效果较为显著，因此，在施工过程中，应根据施工现场的具体情况，制定行之有效的注浆堵水施工方案，保证物资配置的合理性，并由专业人员进行注浆堵水作业，以确保注浆堵水工作的有效性，进而保证整个高铁隧道施工的质量，为施工人员和后续使用者的安全提供坚实的保障。
参考文献
[1]卢伟.高速铁路隧道建设中的注浆堵水技术[J].智能城市,2021,7(9):144-145.
[2]邓新.铁路隧道超深竖井工作面预注浆堵水关键技术[J].城市建设理论研究(电子版),2019(10):124-125.
[3]刘洋涛.浅析铁路隧道防排水设计与施工[J].工程建设与设计,2018(22):176-177.
[4]赵峰.注浆堵水技术在煤矿铁路隧道中的应用[J].煤矿安全,2015,46(12):147-150.
作者：王华 单位：中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司
