建 筑 技 术 第４８卷第３期２０１７年３月 Ｖｌ０１．４８ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１７ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｖ 岩溶隧道涌水注浆加固关键技术研究 程强强 （１．中国矿业大学地球科学与资源学院，２２１１１６，江苏徐帅ｈ ２．江苏建筑职业技术学院，２２１１１６，江苏徐州） 摘要：某大型隧道穿越富水岩溶地层，结合该隧道的地形地貌、地层岩性、地质构造 水文地质与工 程地质条件，分析突发涌水事故原因，采用一次成孔自上而下分段注浆的关键加固技术。监测结果表明，该 注浆加固技术效果好，克服了反复扫孔的缺陷，大幅提高了施工效率，节约了施工时间。 关键词：岩溶隧道；涌水；一次成孔分段注浆 中图分类号：ＴＵ７５３．８ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００—４７２６（２０１７）０３—０２３０—０３ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＮ ＫＥＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＯＦ ＧＲＯＵＴＩＮＧ ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＭＥＮＴ ＦＯＲ ＷＡＴＥＲ ＳＥＡＬＩＮＧ ｏＦ ＫＡＲＳＴ ＴＵＮＮＥＬ ＣＨＥＮＧ Ｑｉａｎｇ－ｑｉａｎｇ ，。 （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２２１１１６，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｓｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃａｔｒａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２２１１１６，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｌａｒｇｅ ｔｕｎｎｅｌ ｐａｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｗａｔｅｒ—ｒｉｃｈ ｋａｒｓｔ ａｒｅａｓ．Ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｓｕｄｄｅｎ ｗａｔｅｒ ｇｕｓｈｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ，ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ，ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｐｏｒｅ— ｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ ｏｎｃｅ ａ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｌｙ．Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｈａｄ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ，ａＳ ｗｅｌｌ ａｓ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ｒｅｐｅａｔｅｄｌｙ ｓｗｅｅｐｉｎｇ ｈｏｌｅｓ，ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｇｒｅａｔｌｙ，ｓａｖｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｋａｒｓｔ ｔｕｎｎｅｌ；ｗａｔｅｒ ｓｅａｌｉｎｇ；ｐｏｒｅ—ｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ ｏｎｃｅ ａ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ｇｒｏｕｔｉｎｇ 近年来，岩溶区修建隧道愈发普遍，施工时面临 于南山的两山峡谷腹地处，该区域为喀斯特地貌，在 的涌水风险更大。目前国内外多数采用全断面帷幕注 该湖下方与靠近第二外国语学校山体附近有两处呈线 浆加固技术，但岩溶区隧道涌水处理技术尚不完善， 治理富水岩溶隧道涌水仍是一项难题。 形溶洞。 ２地质环境与涌水情况 ２．１地形地貌 １工程概况 某大型隧道西接东水门大桥南立交，东止茶园新 隧道区地貌的发育受构造和岩性的控制明显， 城区凉风村新农土湾，全长２。８２ ｋｍ，是城市综合交 地势西低东高，属四川盆地东部平行岭谷区，向斜成 通规划中主城区至长寿、涪陵方向茶园路的控制工程， 谷，背斜成山，谷岭相间。南山为狭窄的条状山脉，也是茶园交通路网三纵三横连接城市内环快速路与绕 向北北东向延伸，与地质构造线方向一致，海拔高程 城高速公路的重要横向干道。 隧道进洞口位于南岸区上新街，出洞口位于 瓦房子社，下穿南山第一庄、重庆第二外语学校、 鸡公嘴，起止中线里程分别为Ｋ０＋４００（进口）～ ３００～７００ｍ，顶部常见一山二岭或一山三岭，间以石 灰岩槽状谷地。 ２．２地层岩性 Ｋ３＋２２０（出口），全长２．８２ｋｉｎ，属公路长隧道，轴 隧道区地表出露地层有第四系全新统人工填土层 （Ｑ４ｍ ）、残坡积层（Ｑ 删）、下伏岩层为三叠系下 线方向１０７ｏ；双向四车道，单洞净宽１０．８０ｍ，洞净 统嘉陵江组地层。 ２．３地质构造 高６．８０ｍ；两隧道内侧边距约２２ｍ。 隧道区构造裂隙发育一般。节理发育主方向为北 隧道由西向东在溶蚀槽谷北部的涂山湖，该湖位 北东一南南西，次为南东东一北西西向节理。背斜两 收稿日期：２０１６—１１—２１ 基金项目：２０１６年江苏建筑职业技术学院教授博士专项ＪＹＪＢＺＸ１６－４； 翼多为共轭剪切裂隙，背斜轴部为张裂隙。 ２．４水文地质条件 ２０１６年江苏省高校优秀中青年骨干教师赴境外研修项目 作者简介：程强强（１９８７一），男，江苏徐州１人，博士，ｅ・ｍａｉｌ： ｃｈｅｎｇｑｉａｎｇ ２０５＠１６３．ｃｏｎ１． 隧道下穿南温泉背斜，背斜轴部地貌为岩溶 强： 溶隧通 水 浆 …火谜投术研究 槽 区，为嘉陵 Ⅲ八乏 门地组碳酸盐岩裂隙岩溶 水：嘉陵 ／，Ｈ 嘤岩溶 水 组：南温泉背斜轴部， 好的条件。 纵张 隙 育，地丧水 渗、人气降雨为地表岩溶洼 地、落水洞、漏 ＿＿发商捉ｆＪ ２．５隧道工程地质评价 置，撤 场实际情况以日』ｊ显 状揣水点 、，佑 葺ｌ～２个引水孔，孔径不ｒＪ、ｆ ７０ＩＴＩ１ＴＩ，引水孔ｌＪ、ｊ友转 自制封儿 肝加固，达到集巾明水的目的 ３．２．２散水治理注浆钻孔布置 根据 浆段长、注浆范例、岩溶（岩层裂隙）发 育情ｉ 、 个注浆钻孔的作用范围、含水 分布情 、 隧道里 Ｋ０＋５４３～Ｋ０＋６１４为雷口坡地层，白稳 能力差，与嘉陵 地 角接触可出现大忮状涌水或 隧道断面人小和钻孔作业要求确定注浆￣Ｆｋ＃Ｌ 、凡 流 隧道里程Ｋ０＋６ｌ４～Ｋ０＋７１ ８为嘉陵江第四段地层， 有一定自稳能力，可 现４ 状成射状地下水 隧道里程Ｋ０＋７ ｌ ８￣Ｋ０＋８５４ 嘉陵江第 段地 ， 肓一定自稳能力．可甘。 慢状 射状地下水。 ２．６超前地质预报与涌水情况 ３月４日隧道 超时地Ｊｌｊｊ 报钻孔时发生涌水： ３月６¨２３：００删内涵水髓 然急剧增加，４月Ｊ ９ ｆ＿ｊ、 ４月２０曰，上捌湖『 内ｆｊ１ 次坍塌并被疏干。 隧道左、右洲分圳进行 前预注浆帷幕止水， 从进口＿＿【 作 检查孔舱 进『＿ｌＪ右洞超前预注浆效粜 较好 左删掌子 附近 水谴仍较大，出水点较为 分散，育够 【ｊＪ｛水 水 较人（图１）．现场测曼 ＺＫ０＋８６８～ＺＫ０＋８３８ Ｉｈ１ 水 为７０４ｍ ／ｄ，庄洞总 漏７ｋ量为１ ０９０ｍ ／ｄ Ｉ１ １ｊｌＩｄ 水｝攀 揣 为最大限嗖减．Ｊ、隧道肝挖对周边地下水环境的影 响，减，Ｊ、隧道＂挖引 的地下水渗漏，针对隧道进口 左洞漏水较为 重区域ＺＫ０＋８３８～ＺＫ０＋８６８区 ，实 施ｆ垒『占］注浆堵水 ３注浆设计 ３．１ 总体方案 结合隧道围 的ｒ 地 条件、岩体完整性、岩 溶发育情 ．涌突水他罱、水 、水量及岩体的综合 渗透系数等情况，采 制 密注浆。 ３．２注浆设计 ３．２。１钻孔集水 将Ｔ作面进 ＹＴ—ＴＦ…￣ 处列 ，找 明显股状漏水点位 区域散水治理注浆钻孔采取 浅结合、梅仡形佑置 （图２） 、 Ｉ ｒＫ帷 汴浆．ｒＬ ｝＂ＪｍＩｌ州 ｝：浆扎 施¨ 城分为两部分，由洞口向 拳予 方…进行 施 Ａ ｚＫ０卜卜８５８～ｚＫ（Ｈｎ８６８： 水较严重， ， ＿Ｊ卜挖 爆破 响， Ｌ孔距１．５ｍ ｘ １．５ｍ，长短交错悔花 ｍ扎， 扎深，ｊ＼圳为３ｍ，５ｍ；Ｂ区ｚＫ０卜卜８３８￣ＺＫ０十８５８：…对Ａ ｆ 漏水较，Ｊ、，布孔孔距２ｍ×２ｍ．采用长短交错悔花 ｎ汀Ｌ，彳Ｌ深‘Ｊ＼舄Ｊ为５Ｉｎ和３ｍ（图３）、 为防止裂隙水由于注浆被引向洞孔方向，征Ｂ 区靠近洞［＿Ｊ外延的两排孔分别加深ｌ ｍ；为降低爆破 对注浆区域的影响，在靠近掌子面的初支边缘布置两 排斜孔，扎深呈３ｎｌ，５ｉ１１交错分布，每一个孔与初支 面夹角为１０。。 ３．２．３一次成孔自上而下分段注浆 ‘次成孔自上而下分段注浆即一次钻孔至终孔深 度，采用孔内分隔器将注浆孔分为数段进行注浆，泫法 克服厂反复钻孔注浆扫孔的过程，改善了注浆孔口封闭 ・２３２・ 建筑效果，大幅提高孔口封闭承压能力（图４）。 图４一次成孔分段注浆示意 ４钻孑Ｌ与注浆施工 ４．１钻孔施工 根据位置容许偏差和偏角符合设计要求，准确定 位注浆钻孔孔口位置，每钻进一段即检查一段，确保 及时纠偏，孔底位置偏移不超过３０ ｃｍ；由下至上Ｉ司 ｝稿施工。 钻机选用ＭＹＧ．６０型钻机，主要技术参数如下： 钻孔直径９０￣１５０ｍｍ，钻孔深度３５～６０ｍ，钻进角度 ０。－３６０。，钻机转速０～１６０ｒ／ａｒｉｎ，钻机扭矩３５０ｋｇ／ｍ， 动力机功率１８ｋＷ，钻机净重７００ｋｇ。 ４．２注浆施工 ４．２．１压水试验 采用双塞正水法进行试验，将压力表安装在ＴＬ ｏ 管回水管上，试验压力为静水压力的１．５～２．０倍，流 量和压力每间隔１０ｍｉｎ观测一次，待流量和压力保 持相对稳定时，对流量进行４次连续的读数，待其最 大值和最小值之差小于最终值的１ ０％，可结束试验， 最终流量即为计算流量。一序孔一般要进行压水试验。 ４．２．２钻孔冲洗 冲洗方式为压力骤升骤降，出水管出水洁净后再 保持１０ｒａｉｎ后可结束冲洗，总冲洗的时间不得少于 ３０ｒａｉｎ。 ４．２．３浆液水灰比 根据注浆试验成果，普通水泥浆液采用２：１，１：１， ０．８：１，０．６：１，０．５：１（重量比）五个比级，细水泥浆液 采用ｌ：１，０．８：１，０．５：ｌ（重量比）三个比级。注浆浆液 由稀到浓逐级变换。 浆液变换原则如下：当注浆压力保持不变时，若 注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时， 且不改变其水灰ｂＬ；当某级浆液注入量已达３００Ｌ以 技术 第４８卷第３期 上，或灌注时间已达３０ｍｉｎ时，而注浆压力和注入 率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注。 ４．２．４注浆结束标准及封孔 （１）单孔注浆结束标准为注浆压力逐步升高至 设计终压，调小泵量到设计结束时的进浆量，并稳定 至少ｌＯｍｉｎ；注浆结束时进浆量小于２０Ｌ／ｍｉｎ；检查 孔涌水量小于０．４ Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ）；检查孔钻取岩芯，浆液 充填饱满。 （２）全段注浆结束标准为注浆孔均符合单孔结 束条件，衬砌表面无线状渗漏；注浆后预测涌水量小 于１ｍ ／（ｄ・ｍ）；有效注入范围满足设计要求；岩体注 浆后开挖能保证洞壁稳定。 ４．３注浆堵水效果检查 直观检查法：注浆区内表面无明显线状流水，局 部有水渍，注浆效果良好。 现场和室内试验法：注浆区内检查孔钻取岩心， 抽取注浆孔的５％作为检查孔，岩心填充有注浆结石 体浆液，室内试验测得７ｄ单轴抗压强度为５．４ＭＰａ， 满足设计要求。 ５结论 （１）针对某大型岩溶隧道出现的较大涌水状况， 结合该隧道的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文 地质与工程地质条件，分析了突发涌水事故原因，创 新陛地提出并成功应用一次成孔自上而下分段注浆的 关键加固技术综合处理方案。 （２）采用双塞正水法压水试验可更精确地探求 裂隙岩石渗透性，提高注浆效果。采用的控制性压 密注浆使岩土体的防渗性能和强度得到改善，也使 岩土体的物理力学性质得到改变，提高了地基的承 载力。 （３）对富水岩溶隧道涌水采用径向注浆堵水、 一次成孔自上而下分段注浆的方式堵水效果显著， 对类似岩溶隧道涌水治理和抢险具有重要的借鉴 意义。 参考文献 【１］吕言新，张猛，董之龙．富水岩溶隧道注浆堵水技术研究［Ｊ］．中国 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