高水压地段注浆止水

1、圆梁山隧道高水压地段注浆止水第一节 概述一、工程概况毛坝向斜高压富水区段位于DK353+200DK355+400，长2200m。在毛坝向斜高压富水区段施工中，该段地下水丰富，并先后揭示出三个深埋充埋填型溶洞，如图3-1-1所示。图3-1-1 圆梁山隧道毛坝向斜地质及溶洞分布图二、注浆堵水原则受地质条件及环境因素的影响和控制，圆梁山隧道毛坝向斜采取“以堵为主，限量排放”的注浆堵水原则，限排标准为5m3/m·d。三、注浆堵水方案（一）注浆堵水方案分类圆梁山隧道注浆堵水方案主要包括预注浆和后注浆两种。预注浆是指在开挖面采取超前钻孔，通过钻孔进行注浆施工，以达到注浆堵水、加固地层的目的。预注

2、浆包括全断面超前预注浆、局部超前预注浆和探水孔超前预注浆三种。后注浆是指在开挖施工及初期支护完成后，对开挖面不能满足工程质量要求时而采取的一种注浆措施，后注浆包括径向注浆（含回填注浆）、局部注浆和补充注浆三种。（二）注浆堵水方案选择原则注浆方案的选择原则应以掌子面能否满足进行安全开挖施工为前提，并充分考虑开挖支护完成后采取后注浆的施工难度、施工质量保证、施工造价等综合因素。一般情况下，若掌子面前方地质条件能满足安全开挖施工要求，则应首先进行掌子面的开挖施工，在开挖施工完成后进行后注浆措施，以达到注浆堵水、加固围岩的目的；若掌子面前方地质条件不能满足安全开挖施工要求，则应首先在掌子面进行预注浆措

3、施，以达到注浆堵水、加固围岩的目的，满足隧道的安全开挖施工要求。（三）圆梁山隧道毛坝向斜注浆方案选择标准圆梁山隧道毛坝向斜注浆方案的选择标准主要参考依据：（1）铁道部第二勘测设计院地质设计资料新建铁路重庆至怀化线补充技术设计圆梁山隧道设计图（第五册，共九册）所提供的相关内容；（2）现场进行的TSP超前地质预测预报资料、洞内地质素描分析资料，以及现场超前地质探孔预测预报资料等。圆梁山隧道毛坝向斜注浆方案选择标准如表3-1-1所示。圆梁山隧道毛坝向斜注浆方案选择标准 表3-1-1方 案选择标准超前预注浆方案一可溶岩与非可溶岩接触带，断层破碎带及毛坝向斜核部；施工中可能发生严重突水突泥等地段；探水孔

4、流水量10m3/h。方案二岩层接触带，物探电阻异常带；施工中可能发生严重突水突泥等地段；探水孔流水量10m3/h。后注浆方案三一般富水地段；岩体完整，探水孔流水量2m3/hQ10m3/h，开挖后大面积淌水。方案四一般富水地段；岩体完整，探水孔流水量2m3/hQ10m3/h。开挖后局部有较大的流水；初支完成后不能满足铁铁道部第二勘测设计院设计的排水量5m3/m·d要求，不能确保结构防排水的等级需要；方案一为全断面超前预注浆方案，注浆加固范围为开挖工作面以及开挖轮廓线外5m（平导）/8m（正洞）。方案二为全断面超前预注浆方案，注浆加固范围为开挖工作面以及开挖轮廓线外3m（平导）/5m（正

5、洞）。方案三为径向注浆加固方案，注浆加固范围为开挖轮廓线外3m（平导）/5m（正洞）。方案四为局部注浆和补充注浆加固方案。四、注浆材料注浆材料应根据堵水要求、加固要求，以及是否作为永久性支护结构等方面，并从无毒性污染这一角度综合考虑进行选择。对于一般破碎地段，主要采用普通水泥单液浆。当进行注浆堵水施工，必要时，辅以普通水泥-水玻璃双液浆。对于深埋充填型溶洞，应根据溶洞地质特征和注浆加固方案要求，从堵水性、耐久性和工艺可操作性综合考虑进行注浆材料选择。（1）针对淤泥质粉土和粘性土地层，可利用其抗剪能力差的特点，选择普通水泥单液浆进行劈裂注浆。当局部涌水量大时，辅以普通水泥-水玻璃双液浆。（2）在

6、地层涌水量较大的地段，以及粘性土溶洞体，可采用具有高强性和抗分散性特点的TGRM浆、HSC浆或超细水泥-水玻璃双液浆，以实现可控域注浆。（3）针对粉细砂层充填型溶洞，由圆梁山隧道2#溶洞砂样筛分结果，并结合目前国内外超细型材料（主要指超细水泥）的生产现状，选择10m的超细材料作为主要材料进行高压动水粉细砂层的注浆加固堵水施工，这虽然不能满足以下J·C·King判式的要求，但使用10m的超细水泥进行粉细砂层的注浆，可以得到远超过普通水泥的可注比。在注浆时，浆液能得到主脉劈裂下的渗透性，这将大大地提高注浆加固效果，有效地保证高压富水粉细砂层条件下的安全施工。式中：（通常取）注浆

7、比；地层的粒径累计曲线的15%的颗粒直径；注浆材料粒径累计曲线的85%的颗粒直径。结合高压动水的特点，在2#高压动水粉细砂层溶洞中注浆施工，采用任何单一的注浆材料都难以达到理想的固砂堵水效果。各种注浆材料在高压动水粉细砂层条件下性能优缺点，如表3-1-2所示。高压动水粉细砂层条件下注浆材料性能表 表3-1-2材料名称优点缺点普通水泥单液浆（简称C浆）凝胶时间长，具有较长的可注期。具有较高的固结体强度。单价低。初凝时间长，易被地下水稀释，影响其凝胶化性能和强度。终凝时间长，强度上升缓慢，不利于注完浆后就立即进行开挖施工。颗粒粗，在细砂层中注浆困难。超细水泥单液浆（简称MC浆）终凝时间较长，具有较

8、好的可注期。固结体强度高。颗粒细，在细砂层中可以大量注入，达到较好的固砂堵水效果。终凝时间长，易被地下水稀释，影响其凝胶化性能和强度。终凝时间较长，强度上升慢，不利于注完浆后就立即进行开挖施工。单价高。HSC浆或TGRM浆（简称HSC浆或T浆）具有较好的抗分散性，能有效地控制注浆区域。早期强度高，利于注完浆后就立即进行开挖施工。粘度大，初凝时间短，易堵管。只能在水大（Q40m3/h）条件下进行注浆堵水，不利于在其它条件下注浆施工。粘度大，难于注入粉细砂层。普通水泥-水玻璃双液浆（简称C-S浆）凝胶时间可控，可以达到控域注浆目的。可注性较好，在扰动后的粉细砂层中有一定的可注性。早期强度较高，利于

9、注浆后就立即进行开挖施工。颗粒粗，在未扰动的粉细砂层中可注性差。抗压、抗剪强度较低，易被高压水破坏。超细水泥-水玻璃双液浆（简称MC-S浆）可注性最好，在粉细砂层中能得到较细的劈裂脉。凝胶时间可控，可达到控域注浆目的。早期强度较高，利于注浆后就立即进行开挖施工。抗压、抗剪强度较低，易被高压水破坏。单价高。根据可行性、可注性、可靠性、无毒性、易操作性等要求，针对圆梁山隧道高压动水粉细砂层填充型溶洞，宜采用多种注浆材料综合进行注浆施工。经试验研究，形成了以普通水泥单液浆超细水泥单浆HSC浆/TGRM浆普通水泥-水玻璃双液浆超细水泥-水玻璃双液浆为主体流程的浆液选择程序。这样充分利用各注浆材料的优点

10、，达到“既实现扩大范围注浆，又可实现控域注浆；既满足高强度加固堵水要求，又可保证开挖施工容易；既达到加固砂层目的又满足降低造价要求的综合型注浆材料配套体系。现场注浆材料选择流程如图3-1-2所示。图3-1-2 注浆材料动态选择流程图圆梁山隧道溶洞注浆材料选择及配比如表3-1-3、表3-1-4所示。表3-1-3 圆梁山隧道注浆材料选择表注浆施工方案注浆材料超前预注浆非溶洞体富水地段普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆淤泥质溶洞普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆粉细砂层溶洞普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆、超细水泥单液浆、超细水泥-水玻璃双液浆、TGRM浆、HSC浆综合应用粘性土溶洞T

11、GRM浆、HSC浆、超细水泥-水玻璃双液浆底部加固注浆超细水泥单液浆、TGRM浆、HSC浆径向加固注浆一般地段普通水泥单液浆特殊地段超细水泥单液浆表3-1-4 圆梁山隧道注浆材料配比表浆液名称原材料浆液配比普通水泥单液浆32.5R普通硅酸盐水泥水灰比 W:C=0.6:11:1超细水泥单液浆20m超细水泥水灰比 W:MC=0.6:10.8:1TGRM单液浆42.5R TGRM-材料水灰比 W:C=0.6:11:1HSC单液浆42.5R HSC材料水灰比 W:C=0.6:11:1普通水泥-水玻璃双液浆32.5R普通硅酸盐水泥35Be以上水玻璃水灰比 W:C=0.6:10.8:1水玻璃浓度3035B

12、e水泥浆、水玻璃体积比C:S=1:0.31:1超细水泥-水玻璃双液浆20m超细水泥35Be以上水玻璃水灰比 W:MC=0.6:11:1水玻璃浓度3035Be水泥浆水玻璃体积比MC:S=1:0.31:1五、注浆设计参数（一）注浆圈加固厚度注浆圈加固厚度主要应满足开挖施工安全要求，开挖后抗水压要求。以往多数隧道注浆设计时注浆加固范围按开挖直径的34倍来确定，日本青函隧道注浆时考虑到地层的不良原因，注浆加固范围设计为开挖直径的5倍。随着注浆材料的不断开发，注浆技术的不断提高，目前我国地下工程施工中，注浆加固圈厚度一般情况下应满足下式要求：式中：注浆加固圈厚度（m）；开挖断面宽度或高度（m）。根据注浆

13、加固圈计算公式，结合圆梁山隧道工程及水文地质特点，以及开挖施工状况，圆梁山隧道毛坝向斜注浆加固圈厚度选择标准如表3-1-5所示。表3-1-5 圆梁山隧道毛坝向斜注浆加固圈厚度选择标准表参数值全断面超前预注浆径向注浆平导3m5m3m正洞5m8m5m（二）浆液扩散半径根据注浆堵水要求和注浆加固后的抗水压要求，结合圆梁山隧道工程地质及水文地质特点，注浆材料选择采用普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆、超细水泥单液浆、超细水泥-水玻璃双液浆、TGRM单液浆和HSC单液浆六种注浆材料。根据注浆材料的颗径尺寸，采取工程类比，浆液扩散半径选取为：=2m。在现场注浆施工过程中，可根据注浆施工中地层的吸浆能力

14、，注浆效果的检查评定等状况，对浆液扩散半径进行动态调整。（三）注浆孔终孔间距根据注浆加固交圈理论，注浆后应能形成严密的注浆帷幕。在注浆终孔断面上，根据注浆扩散半径进行注浆设计时，不应有注浆盲区存在，这样，在进行注浆设计时，注浆孔终孔间距应满足下式要求。式中：注浆孔终孔间距（m）；浆液扩散半径（m）。（四）注浆段长度注浆段长度一般应综合考虑选择钻机的最佳工作能力、余留止浆墙厚度、根据注浆加固圈要求进行注浆设计时盲区最小时的最佳设计孔数等等内容。根据工程类比，经过进行预设计，在进行超前预注浆施工时，注浆段长度选择为：=30m。（五）止浆岩墙厚度止浆岩墙主要是指在进行超前预注浆施工时，为满足抵抗注浆

15、施工过程中注浆压力的要求而采取的止浆模式。在注浆工程施工中，除第一循环止浆岩墙采用模筑混凝土施工外，其它循环段止浆岩墙主要由模筑混凝土+上一注浆循环余留段共同组成。1.第一循环注浆施工采用模筑混凝土止浆岩墙。止浆岩墙厚度一般按下式进行计算。式中：止浆岩墙厚度（m）；最大注浆压力（MPa）；注浆断面面积（m2 ）；混凝土容重（t/m3）。上式计算结果一般偏大，在国内煤矿部门进行注浆施工时，一般采用如下经验数值。当注浆压力<2MPa时，取=1m；当注浆压力=25MPa时，取=1.52.0m；当注浆压力=57.5MPa时，取=2.53.0m 。根据计算公式，并结合国内煤矿部门的经验数

16、据，在圆梁山隧道毛坝向斜注浆施工中，止浆岩墙厚度按表3-1-1-6进行取值。表3-1-6 圆梁山隧道毛坝向斜止浆岩墙厚度选择标准表参数值注浆加固圈厚度2m3m5m8m平导0.81.0m1.02.0m下导坑0.50.8m0.81.0m正洞1.52.0m2.03.0m2.自第二循环开始，当采取余留上一注浆循环止浆墙时，一般情况下，止浆岩墙厚度按下式进行计算。式中：止浆墙厚度（m）；注浆段长度（m）。在进行超前预注浆施工时，注浆段长度选择为=30m，由公式计算得止浆墙厚度=69m。其中上一注浆循环余留不开挖段长度为38m，施作混凝土止浆墙厚度为13m。六、注浆参数圆梁山隧道注浆施工参数如表3-1-7

17、所示，在施工中可据情况动态调整。表3-1-7 注浆施工参数表参数名称径向注浆超前注浆大管棚底部钢管桩凝胶时间28h单液浆28h双液浆30328h28h注浆速度（L/min）5100101101030520注浆终压（MPa）23693434分段长度（m）全孔一次性砂层12m其它35m全孔一次性或后退式注浆TSS管全孔一次性注浆量0.10.5m3/孔（定压）（定压）（定压）七、注浆效果检查评定注浆效果检查评定通常采用分析法、钻检查孔法和力学指标测试法三种。（一）分析法分析法主要是根据注浆施工过程中的P-Q-t曲线、浆液填充率反算、涌水量对比分析等方法来评定注浆效果。（二）钻检查孔法根据注浆实施状况

18、，选择可能存在的薄弱环节进行钻孔检查，检查孔应不涌水、涌泥、涌砂。单孔涌水量应0.2L/m·min。4（三）开挖取样分析在开挖过程取样，测试浆液对地层固结体的物理力学指标，通过和注浆前地层的物理力学指标相比较，从而判定注浆加固效果。圆梁山隧道毛坝向斜注浆效果控制标准如表3-1-8。表3-1-8 圆梁山隧道溶洞施工注浆标准注浆标准径向注浆超前注浆大管棚底部钢管桩过程控制分两序施工。一序孔按定量定压相结合原则，二序孔按定压原则。分两序施工。一序孔采用普通型注浆材料，二序孔采用超细型材料。定压控制。严格控制分段长度。分两序孔进行注浆。定压控制。分四序孔进行注浆。一序孔定量控制，二序、三序孔

19、定量定压相结合，四序孔定压控制。效果检查P-Q-t分析应符合过程控制标准和注浆设计及施工参数地层填充率反算80%90%80%渗透系数测定注浆后10-5cm/s注浆后10-5cm/s检查孔无流水、无涌泥、无流砂不坍孔注浆后水量少量渗水无任何渗水无任何渗水第二节 注浆施工方案及施工工艺流程一、注浆方案选择程序根据圆梁山隧道毛坝向斜工程地质条件特点，按图3-1-3进行注浆施工方案的选择。超前地质预测预报报告溶洞区段非溶洞区富含水地段非溶洞区含裂隙水地段深孔全断面超前预注浆周边超前大管棚支护TSS管周边补充注浆开挖支护径向注浆、局部注浆二衬深孔全断面超前预注浆超前小导管支护开挖支护径向注浆、局部注浆二

20、衬开挖支护径向注浆、局部注浆二衬基底加固注浆图3-2-3 注浆施工方案选择程序图二、深孔全断面超前预注浆方案根据超前地质预测预报结果，当判析出前方地层的自稳力极差或地层中涌水量随着开挖断面的增大而大量增加时，应采取超前预注浆加固方案。结合圆梁山隧道毛坝向斜所揭示的地质状况来看，在填充型溶洞地段必须采用超前预注浆方案。在非岩溶的富水地段，当涌水量较大时，也应采取超前预注浆方案。根据平导和正洞的断面大小及地质状况，超前预注浆加固范围按表3-1-9进行选择。表3-1-9 深孔全断面超前预注浆加固范围选择表平导正洞非溶洞段溶洞段非溶洞段溶洞段加固圈范围3m5m5m8m（一）平导超前预注浆方案1.超前预

21、注浆（=3m）平导超前预注浆（=3m）注浆设计如图3-1-4所示。注浆孔横断面布设图 注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图3-1-4 平导超前预注浆（=3m）注浆设计图平导超前预注浆（=3m）采用MKD-5S地质钻机成孔，成孔直径90mm，注浆段长度设计30m。当围岩地层条件较好时，注浆施工采用水囊式止浆塞进行后退式分段注浆；若地层围岩较差，注浆过程中出现返浆现象严重时，可采用前进式分段注浆工艺进行注浆施工。每一个循环注浆完成后开挖26.2m，余留3.8m作为下一循环注浆施工的止浆岩墙。在该注浆设计中，针对钻孔-注浆盲区，应在长管注浆完成后，应每开挖2m，采取超前小导管进行补充注浆，以提高注浆

22、施工质量，确保开挖施工安全。2、超前预注浆（=5m）平导超前预注浆（=5m）注浆设计如图3-1-5所示。注浆孔横断面布设图 注浆孔终孔交圈图注浆孔布设纵剖面布设图图3-1-5 平导超前预注浆（=5m）注浆设计图平导超前预注浆（=5m）采用MKD-5S钻机成孔，开孔直径130mm，开孔深度2m，开孔完成后安设108mm孔口管，之后，采用90mm钻头进行钻孔，若地层破碎，可采取前进式分段注浆工艺进行注浆施工，否则，可采取后退式分段注浆工艺进行注浆施工。注浆段长度30m，注浆完成后开挖23m，余留7m作为下一循环注浆施工的止浆岩墙。针对钻孔-注浆盲区，应在长管注浆完成后，每开挖2m，采取超前小导管进

23、行补充注浆，以提高注浆施工质量，确保开挖施工安全。（二）正洞注浆方案1、超前预注浆（=5m）正洞超前预注浆（=5m）注浆设计如图3-1-6所示。注浆孔横断面布设图 注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图3-1-6 正洞超前预注浆（=5m）注浆设计图正洞超前预注浆（=5m）采用MKD-5S钻机成孔，开孔直径130mm，开孔深度2m，开孔完成后安设108mm孔口管，之后，采用90mm钻头进行钻孔，注浆段长度30m。注浆施工采用水囊式止浆塞进行后退式分段注浆，若地层围岩较差，出现返浆现象严重时，可采取前退式分段注浆工艺进行注浆施工。注浆完成后开挖23m，余留7m作为下一循环注浆施工的止浆岩墙。在该注浆

24、设计中，针对钻孔-注浆盲区，应在长管注浆完成后，应每开挖2m，采取超前小导管进行补充注浆，以提高注浆施工质量，确保开挖施工安全。2、超前预注浆（=8m）正洞超前预注浆（=8m）注浆设计如图3-1-7所示。注浆孔横断面布设图 注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图3-1-7 正洞超前预注浆（=8m）注浆设计图正洞超前预注浆（=8m）采用MKD-5S钻机成孔，开孔直径130mm，开孔深度2m，开孔完成后安设108mm孔口管，之后，采用90mm钻头进行钻孔，若地层破碎，可采取前进式分段注浆工艺进行注浆施工，否则，可采取后退式分段注浆工艺进行注浆施工。注浆段长度30m，注浆完成后开挖22m，余留8m作为

25、下一循环注浆施工的止浆岩墙。针对钻孔-注浆盲区，应在长管注浆完成后，每开挖2m，采取超前小导管进行补充注浆，以提高注浆施工质量，确保开挖施工安全。（三）施工工艺流程深孔全断面超前预注浆施工工艺流程如图3-1-8所示。图3-1-8 深孔全断面超前预注浆施工工艺流程图三、TSS管补充注浆方案针对填充型溶洞体构造，采取超前预注浆方案只能达到整体性的注浆加固效果，保证施工中不会产生大范围的涌泥、涌砂、涌水和坍塌。但要减小注浆盲区，提高注浆效果，保证开挖施工的安全稳定性，还应进行TSS管补充注浆方案。这样形成“长短结合复式注浆方案”。TSS管补充注浆方案包括上半断面的TSS管超前预注浆方案和下半断面的T

26、SS管垂直注浆方案。上半断面TSS管超前预注浆方案在是在深孔超前预注浆方案实施后进行。它主要是对上半断面开挖轮廓线外进行补充注浆加固，以保证注浆效果达到安全施工的目的。下半断面TSS管垂直注浆方案是在上半断面开挖一定距离后，施作水平混凝土止浆墙，垂直布设TSS管，然后进行后退式分段注浆，从而对下半断面进行补充注浆加固。TSS管补充注浆方案施工工艺流程如图3-1-9所示。图3-1-9 TSS管补充注浆方案施工工艺流程图四、径向注浆方案根据超前地质预测预报方案，当判析当前方地层自稳性较好，只是存在着裂隙水，而裂隙水的总涌水量基本可以确定，能保证开挖施工安全，并确定在开挖施工完成后能够对涌水量进行控

27、制时，可采取开挖后径向注浆方案。对于填充型溶洞地段，除进行超前预注浆方案进行施工外，同时还应实施径向注浆补强措施。径向注浆加固范围按如表3-1-10进行选择。表3-1-10 径向注浆加固范围选择表 平导正洞加固范围3m5m径向注浆采用注浆花管（必要时采用TSS管）进行全孔一次性注浆。注浆管采用42mm、=3mm焊接钢管加工制作。径向注浆施工工艺流程如图3-1-10。图3-1-10 径向注浆方案施工工艺流程图（一）平导径向注浆（=3m）平导径向注浆是在平导开挖完成后，垂直于开挖轮廓线环向布设42注浆钻孔。注浆钻孔呈梅花型布置，开孔间距1.49m，排距3.2m。根据围岩状况，当围岩条件较好时，可不

28、安设注浆小导管，直接采用TSS止浆系统进行注浆施工；当围岩条件较差时，应进行注浆小导管的安设，利用注浆小导管注浆加固围岩，以达到抗水压要求。平导径向注浆（=3m）注浆设计如图3-1-11所示。注浆孔横断面布设图 注浆孔终孔展开交圈图图3-1-11 平导径向注浆（=3m）注浆设计图（二）正洞径向注浆（=5m）正洞径向注浆是在正洞开挖完成后，沿开挖轮廓线径向环向布设42注浆钻孔。注浆钻孔呈梅花型布置，开孔间距1.6m，排距3m。采用全孔一次性注浆措施进行注浆施工。正洞径向注浆（=5m）注浆设计如图3-1-12所示。图3-1-12 正洞径向注浆（=5m）注浆设计图五、局部注浆方案在开挖过程中，以及开

29、挖完成后，针对局部的涌流水可采取局部注浆方案。局部注浆按定压标准进行控制。局部注浆施工应根据现场出水情况采用孔口管或钻设注浆孔下入注浆管方式进行。六、底部钢管桩注浆方案针对填充型溶洞，对基底进行地基改良注浆十分重要，它对隧道运营安全起到重要的作用。底部改良注浆加固可垂直布置钢管桩,钢管桩采用75mm、=6mm的无缝钢管加工制作成TSS管。采取梅花型布设，间距：环向×纵向=0.6m×0.6m，深度应进入基岩。底板钢管桩注浆施工工艺流程如图3-1-13所示。图3-1-13 底板钢管桩注浆施工工艺流程图第三节 注浆施工工艺针对注浆技术而言，注浆工艺是决定注浆成败的关键。注浆工艺包

30、含的内容较多，目前，已研究的注浆工艺有前进式分段注浆工艺、后退式分段注浆工艺、全孔一次性注浆工艺、钻杆注浆工艺等等。圆梁山隧道毛坝向斜高压富水地段主要采用了前进式分段注浆工艺、后退式分段注浆工艺和全孔一次性注浆工艺三种。一、前进式分段注浆深孔超前预注浆采取前进式分段注浆施工工艺，即在施工中，实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。每次钻孔注浆分段长度35m。前进式分段注浆可采用水囊式止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆。前进式分段注浆钻孔注浆施工模式图解如图3-1-14。图3-1-14 前进式分段钻孔注浆施工模式图二、后退式分段注浆TSS管补充注浆施工采取后退式分段注浆

31、施工工艺。TSS管采用42mm、=3mm焊接钢管加工制作。TSS管前端加工成尖锥状并封死，在TSS管周体垂直钻设68mm的溢浆孔，然后采用洗刀在溢浆孔位置洗出1012mm的台阶孔，采用胶粘剂将贴片粘在溢浆孔的洗孔位置，这样形成单向袖阀管，从而满足后退式分段注浆施工工艺要求。进行TSS管后退式分段注浆施工时，首先将TS-D止浆塞及其它配套装置放入TSS管中，对底部一个注浆分段段长进行注浆施工，第一分段注浆完成后，反时针旋转芯管上的TS-C顶杆螺母，使止浆塞恢复到原状。将芯管后退一个分段长度进行第二分段注浆，如此下去，直到将整个注浆段完成。进行后退式分段注浆施工，注浆分段长度宜取0.6m1m。后退

32、式分段注浆钻孔注浆施工模式图解如图3-1-15。图3-1-15 后退式分段钻孔注浆施工模式图三、全孔一次性注浆直接将注浆管路和注浆孔口装置接通进行注浆施工。全孔一次性注浆钻孔注浆施工模式图解如图3-1-16。图3-1-16 全孔一次性钻孔注浆施工模式图第四节 孔口管安装设计及施工隧道穿越毛坝向斜高压富水区时，静水压力达到4.6MPa。为保证高压富水区的安全施工，设计采用注浆法进行堵水。在高压富水条件下进行注浆堵水，需安设安全、可靠、方便的孔口管装置，但目前在孔口管装置设计、安设方面尚无成熟的经验可以参考。因而圆梁山隧道从方案、理论、试验和应用方面对孔口管施工技术进行了研究。一、孔口管安装方案设

33、计与试验（一）孔口管安装方案在高压富水区施作注浆堵水措施，成功快速牢固地安设好孔口管是注浆能否正常、安全进行的前提。 参照以往的施工经验，我们选择了三种孔口管固定方案进行研究分析。方案一是利用钻孔，直接采用麻丝+速凝高强水泥系材料固定孔口管，如图3-1-17。图3-1-17 方案一固定方案图方案二是利用钻孔，采用麻丝+锚杆固定孔口管，如图3-1-18。 图3-1-18 方案二固定方案图方案三是采取模筑混凝土直接将孔口管固定。对三种孔口管固定方案进行比较分析，如表3-1-11所示。表3-1-11 孔口管固定方案比较表 方案固定方式固定力优 点缺 点一麻丝+速凝高强水泥材料一般施工简单孔口管较难重

34、复利用。二麻丝+锚杆较高孔口管能重复利用施工较复杂。三模筑混凝土高可靠性高需占用较多的时间；一旦施作后方案较难变更；孔口管固定后，钻机施钻时对孔难度较大。经对以上三种方案进行比较，从锚固力、可靠性、工期性等多个方面综合考虑，暂以第二种方案作为首选方案进行现场试验。（二）现场试验2001年8月8日2001年8月9日在圆梁山隧道毛坝向斜高压富水区PDK353+252+282，2001年8月13日在PDK353+276.6+306.6段进行超前探水孔施工时，对方案二进行了试验。现场试验施工工艺流程如图3-1-19所示。标出钻孔位置钻108孔至0.9m放入锚固剂顶入锚杆固定锚杆螺母拉拔力测试（测试0.

35、5hh）孔口管外缠麻丝顶入孔口管标出锚杆钻孔位置钻锚杆孔至设计深度图3-1-19 孔口管安设施工工艺流程图按照施工工艺流程，现场进行了孔口管的安设，之后根据开孔槽位置钻设锚杆孔。在施工中发现，采用YT-28风钻成孔，钻孔精度较难控制。钻孔时钻设了5个钻孔，但只有一个孔能满足要求，其余均无法准确固定孔口管。根据试验中存在的问题，对方案二固孔方式进行了优化：扩大孔口管固定件开孔槽。施工中顶进孔口管后，直接从孔口管固定件开孔槽中钻孔并安设锚杆固定。采用钻机进行拉拔试验。2001年8月18日在圆梁山隧道毛坝向斜PDK353+300.6+330.6段进行探水施工中，对孔口管按优化方案进行试验。试验中仍然

36、存在锚杆孔钻设困难的问题。孔口管安设后，利用钻机，采用钢丝绳，用9MPa拉力无法将孔口管拉出。根据现场钻机的性能指标，试验拉力为21kN。经对孔口管方案二（采用锚杆安装）安设模式进行试验，认为该方案具有以下缺点：钻设2根锚杆时耗时过长，约需23个小时。锚杆钻设时，钻机需停止工作，使钻注总时间受到影响。由于钻机移位比较困难，在钻机不移动情况下，影响锚杆孔的钻设；倘若移动钻机则需耗时，且钻机归位后完全调整到原来的位置存在较大难度。鉴于以上原因，我们认为方案二不适于快速施工，因而拟采用方案一进行试验，并将固定方式优化为采用锚固剂进行孔口管锚固。二、孔口管安设方案设计计算及检算对方案一所采取的孔口管安

37、设方案进行设计计算及检算。（一）注浆孔密封及止浆系统设计根据经验公式P终=P水+24MPa，式中：P终注浆压力（MPa）。P水外水压力（MPa）。在注浆施工中考虑到圆梁山隧道毛坝向斜高压水的最大压力为4.6MPa，因此注浆系统所承受的最大压力应为8.6MPa，据此可对注浆孔的封孔方式和止浆系统进行设计。孔口管和围岩固结模式如图3-1-20所示。图3-1-20 孔口管与围岩的固结模式图三、现场试验及方案确定2001年10月29日，在圆梁山隧道毛坝向斜PDK353+704.6+734.6探水孔施工中，采用计算结果进行试验。安设工艺试验取得了较满意的效果，但由于工作面不具备抗拔力测试条件，因而未进行

38、拉拔力测试。于是现场采取注浆试验，当采用8.6MPa注浆压力时，持续30min未发现孔口管有破坏现象，据此，我们确定了孔口管安设方案，安装设计如图3-1-21所示。图3-1-21 孔口管安装设计图（一）机具材料孔口管安设机具材料如表3-1-12所示。表3-1-12 孔口管安设机具材料 序号机具材料名称型 号数量单位备 注1钻机MKD-3S、MKD-5S台130钻头、90钻头2孔口管108×1.5m个按断面孔数配备，一端焊接法兰盘3不饱和聚酯树脂锚固剂23×60mm节30节/孔4连接件24个自制5水泥砂浆长度1020cm灌入孔口管前端。水泥:砂=1:（34）（二）施工工艺流程

39、施工工艺流程如图3-1-22所示。前端灌水泥砂浆封堵1020cm孔口管加工标注钻孔位置钻130钻孔长1.4m放入锚固剂放入孔口管（后端加连接件）将钻杆和连接件相连接边旋转钻机边顶进孔口管结束图3-1-22 孔口管施工工艺流程图 孔口管加工：采用108无缝钢管加工制作，长度1.5m，一端焊接法兰盘。封堵：采用水泥:砂=1:3的水泥砂浆封堵孔口管前端（灌入）封堵长度15cm，封堵时要捣固密实。钻孔：采用MKD-5S钻机和130钻头进行钻孔，钻孔深度1.4m。装锚固剂：将30节不饱和聚酯树脂锚固剂放入孔口内。顶管：采用钻机将孔口管顶入钻孔中。四、现场应用在工程随后的注浆施工中，我们采取了研究的孔口管

40、安装方案，如图3-1-23。现场采用69MPa注浆终压进行压力控制，未出现孔口管破坏现象，可见，所研究的孔口管安装方案达到了快速、安全的目的，值得在今后类似工程中推广应用。图3-1-23 孔口管现场安装就位图第五节 径向注浆施工技术一、概述根据铁道部第二勘测设计院设计图纸，在圆梁山隧道毛坝向斜高压富水区地段设计中，超前预注浆正洞为1090m，平导为1060m；径向注浆正洞为1110m，平导为1140m。正洞径向注浆占50.5%，平导径向注浆占51.8%。在现场实际注浆堵水施工中，径向注浆所占的比例更大。二、径向注浆方案实施的前提条件注浆方案选择的合理与否对施工速度和施工进度会造成很大影响。实施

41、全断面超前预注浆要占用掌子面，这样掌子面就没有开挖进度，而实施开挖后径向注浆基本不会对掌子面开挖形成影响，因而当地质条件适合径向注浆时应选择径向注浆措施。根据圆梁山隧道施工经验，确定是否实施径向注浆最可靠方法是超前探孔。通过利用超前探孔，判定水流方向，测算总涌水量，确定裂隙发育段和裂隙发育度，从而判析出前方地层在开挖后是否能够自稳，是否存在着大量涌水、涌砂的可能，是否能保证涌出水量不会对施工造成太大的影响，并确定在开挖施工完成后是否能对涌水量进行控制。经对圆梁山隧道高压、富水区施工的研究分析，当前方地层为富水岩裂隙构造时，只要总涌水量不超过300m3/h。那么将不会对正常开挖施工造成太大影响，

42、完全可以通过采取径向注浆措施进行注浆堵水。（一）探孔布置为了较准确地判定水流方向和对总涌水量进行预测，需要对工作面进行探孔布置。探孔共布置4个，分别位于左、右边墙和左、右拱腰。探孔纵向探测长度30m，终孔为开挖轮廓线外1.5m，即外插角2.9°。每探测30m后，当确认前方可以开挖时，开挖施工25m，余留5m作为下一循环探测的余留岩墙。在现场探孔施工中，当有一个探孔出现流水时，其它探孔应减慢钻进，首先钻进出水孔，并不断测试出水孔的涌水量，直到出水孔钻到设计深度。按这一钻探原则进行探孔施工。期间，应对每一个探孔涌水量进行监测。在探孔施工结束后，如果没有一个孔是满孔流水，那么基本上可不再进

43、行补探施工。否则，可通过分析各探水孔的水力联系进行补探设计和补探施工。（二）水流方向的判定通过各探水孔遇水时的钻孔深度，确定前方岩层的走向。综合各探水孔涌水量变化情况，分析探水孔之间的水力关系，确定水的来源方向。当需要进行补探时，主要在水源方向一侧进行补探，以进一步确定水流方向和涌水量。（三）涌水量的分析与预测正确地分析出前方涌水量大小是确定注浆或开挖的最主要依据之一。涌水量预测主要通过“预估涌水量稳定性分析补探确定”这一程序进行。1涌水量预估探水孔钻探完成后，若探孔不是满孔流水，则可以直接通过采用容器提水的方法进行涌水量测试。这种情况下，涌水量40m3/h，测试的误差不大。若基本是满孔流水，

44、即涌水量40m3/h时，采用容器提水的方法很难较准确地测试，这主要是在很短的时间内所选择的容器就被涌水充满，测试时引起的时间误差太大，造成测试数据不准确。当涌水量Q40m3/h时，可采用射程计算法进行涌水量预估。如图3-1-24。 图3-1-24 涌水量测试方案示意图将108孔口管变径转换为32mm的焊接水管，通过测试当涌水射出高程为1m处的水平射程，从而估算出前方涌水量。计算方法如下：式中：水平射程（m），高程（m）取1m，流水时间（s），预估涌水量（m3/h），涌水速度（m/s），过水面积（m2），管径（m），取32mm即0.032m。计算得：2涌水量稳定性分析测试各探孔涌水量和总涌水量（

45、总涌水量可通过矩形堰测试），绘制涌水量变化曲线，以此分析前方涌水量的稳定性。若涌水量呈稳定性，每个探水孔涌水量都40m3/h，且总涌水量300m3/h时，基本上可以确定前方发生突涌水的可能性不大，可以进行开挖施工，否则应进行前方涌水量的准确判析。3涌水量的准确判析通过在水源侧增补探孔的方式来准确评估前方发生突涌水的可能性。施工中一般按预设计的超前预注浆方案施作水源侧的注浆钻孔，通过钻孔数量的增加，以使总涌水量进行分配。若能达到实施几个钻孔后不再有满孔流水现象。这时继续观测各孔流水量和总涌水量，分析其关系和规律性，通过对总涌水量进行稳定性分析，从而界定出前方发生突涌水的可能性。（四）确定裂隙发育

46、的分布特征裂隙发育的分布特征也是影响注浆方案制定的主要因素之一。对裂隙发育的分布特征可采用止浆塞卡位技术，通过水量观测法进行确定。如图3-1-25所示。将水力膨胀式止浆塞下入钻孔中，按1m，2m，29m的位置对止浆塞进行卡位。通过注水，使止浆塞膨胀，通过测试芯管中的出水量，以确定测试段是否有水，以及水量大小。绘制水量随钻孔深度的分析特征曲线，由分布特征曲线判定水量的主要水源位置，从而确定钻孔范围内的裂隙发育分布特征。图3-1-25 裂隙发育分布特征测试方法示意图（五）注浆前提条件能否实施径向注浆方案，一般主要取决于对前方突水突泥的判定，对前方裂隙发育分布特征的分析，以及对开挖后径向注浆的可控性

47、评估等这三个条件。根据施工经验，决定能否实施开挖后径向注浆方案的条件如下：1.当前方为淤泥或粉细砂层等充填性溶洞，只要是有流水，那怕是只有35m3/h的流水，也会造成开挖后掌子面不能自稳，施工中易出现坍方、涌泥、涌砂等灾害，因而在这种情况下，不能实施开挖后径向注浆方案，必须采取超前预注浆加固方案。2.当探孔区段总涌水量不稳定，或采取预设计方案增加钻孔数量35个后仍不能使任一钻孔不再有满孔流水现象，即Q40m3/ h时，不能实施开挖后径向注浆方案，必须采取超前预注浆加固方案。3.当探孔区段总涌水量稳定，但总涌水量超过300m3/h时，涌水会对开挖施工造成较大的影响，因而不宜实施开挖后径向注浆方案

48、，必须采取超前预注浆加固方案。4.当探孔区段总涌水量稳定，并小于300m3/ h时，若钻孔范围内裂隙分布均散，那么实施开挖后径向注浆很难保证初支质量，很难解决施工后的渗漏水问题，因而一般情况下不宜实施开挖后径向注浆方案，必须采取超前预注浆加固方案。综合而言，开挖后径向注浆方案实施的条件为：（1）不适宜于动水条件下的深埋型充填型淤泥和砂层溶洞。（2）总涌水量必须稳定，且Q300m3/h。（3）涌水段裂隙分布范围不得大于3m以上。三、径向注浆材料（一）径向注浆材料选择径向注浆作为工程结构的一部分，它起到加固堵水和抗水压的作用，因而在选择径向注浆材料时一定要综合考虑注浆材料的耐久性、高强性以及收缩性

49、和无污染性。就注浆材料而言，目前国内外常用的注浆材料可基本分为水泥基浆液和非水泥基浆液。水泥基浆液是指以水泥为基本主要材料所配制的浆液。常用的有普通水泥单液浆、超细水泥单液浆、以及目前尚未大量推广应用的HSC浆和TGRM浆。非水泥基浆液是指水泥基浆液以外的其它注浆材料，例如普通水泥-水玻璃双液浆、改性水玻璃、环氧树脂等。对于非水泥基浆液的耐久性，目前国内外专家的看法不太一致。一部分专家根据注浆后地层产生涌水涌泥后浆液被冲出破坏这一现象，认为该类浆液的耐久性差。而另一部分专家则认为浆液只要经过充分化学反应，生成凝胶的不易再继续发生反应的化合物时则浆液本身已具有耐久性，至于浆液被破坏的这一现象是由

50、于浆液加固机理主要依赖于劈裂作用，如图3-1-26、27所示。在动水压作用下，劈裂脉之间的夹层泥、砂被水逐渐冲击，形成“渗透流水涌水”，从而形成大量破坏，涌水的发展将浆液主脉冲出。因而，只要地层注浆机理是劈裂作用，如果产生渗透水后置之不理，就有可能产生这一破坏现象，解决或避免这一破坏现象的主要方法是加密注浆孔数，加入钢管形成支护构架，采用超细型材料形成主脉下渗透，注浆过程中采用低压力，小流量使主脉厚度减小。这样只要能形成网络状结构体系，支护后实施径向补强注浆，真正做到初支不渗漏，二衬无水，不使水形成动水，那么地层越不容易被破坏。在此，我们倾向于第二种看法。但不管怎样，作为径向注浆而言，如果水泥

51、基材料能满足要求，还是应首选这类浆材。 图3-1-26 淤泥质地层注浆劈裂机理图片 图3-1-27 粉砂层注浆劈裂机理图片（二）浆液配比选择普通水泥单液浆、超细水泥单液浆、HSC单液浆和TGRM单液浆进行室内试验，测试浆液的抗压强度、抗折强度、收缩率以及浆液的初凝和终凝时间等物理力学性能指标。径向注浆应尽量采用高浓度浆液配比，以提高浆液的抗压和抗剪能力，减少浆液的收缩率。同时在选择浆液配比时，又要充分考虑浆液的可注性和可操作性要求，根据以往注浆施工经验和室内浆液试配结果，径向注浆材料配比参数如表3-1-13所示。表3-1-13 径向注浆材料配比表 序号浆液名称原材料要求宜选择配比（水灰比）1普

52、通水泥单液浆（简称C浆）P·O32.5R以上普通硅酸盐水泥0.6:10.8:12超细水泥单液浆（简称MC浆）MC-20细度以下超细水泥0.6:10.8:13HSC单液浆（简称HSC浆）HSC材料0.8:11:14TGRM单液浆（简称T浆）TGRM-型材料0.8:11:1（三）浆液性能采用选择的配比参数配制浆液进行室内试验。试验结果如表3-1-14所示。表3-1-14 径向注浆材料性能试验结果表 材料名称普通水泥单液浆超细水泥单液浆HSC单液浆TGRM单液浆原材料名称P·O32.5R普硅水泥MC-20超细水泥HSC材料TGRM-材料浆液配比（水灰比）0.6:10.8:10.6

53、:10.8:11:11:1凝结时间初凝16h24h1h20min2h30min30min终凝21h48h9h12h30min30min抗压强度（MPa）8h10.11d4.412.36.43d7.11.58.91.312.88.37d11.03.920.57.016.89.628d20.510.024.217.119.912.490d23.017.829.223.620.713.8抗折强度（MPa）8h1.81d1.42.01.93d2.30.82.80.71.02.37d3.31.83.62.41.32.328d5.03.05.64.11.33.190d5.74.45.14.91.11.8试件收缩率-3.34%-6.3%-1.79%-6.7%2.2%0.42%注：1.初凝时间以浆液不流动为止，终凝以浆液有强度、固化，可以脱模为止。2.试件胀缩率正值指试件