隧道岩溶流塑粘士劈裂注浆固结工法

1、隧道岩溶流塑粘士劈裂注浆固结工法 (T、LEJGF9326) 铁道部第五工程局 一、前言 石灰岩岩溶发育地层，溶岩中充填大量流塑粘土，隧道通过这种地层极易发生突泥涌水，危及施工与人身安全。浅埋隧道洞内与地表通过溶洞互相联通，洞内突泥，地表反应敏捷，以致产生陷坑，地下水位急剧下降，井泉干涸，破坏生态平衡，影响工农业生产与当地居民的生活。 衡广复线南岭隧道施工中，针对流塑粘土渗透性弱的特点，采用劈裂注浆技术，成功地使流塑粘土固结成近似类围岩的土体，开创了我国铁路隧道施工先例，这在技术上、经济上都具有重大意义。南岭隧道以劈裂注浆为基础的综合整治技术，获1991年铁道部科技进步一等奖。我局由此总结经验

2、，开发成本工法。 二、工法特点 1劈裂注浆可以在颗粒细、含水量大的流塑状粘土中进行。 2劈裂注浆技术是隧道岩溶流塑粘土综合整治的基础，岩溶发育地层隧道开挖采用管棚支护，钢管支撑等，都有赖于注浆成功。 2采用本工法工期短、效果好、费用省。对浆液材料性能要求不高，悬浊液型的水泥浆或水泥一水玻璃双被藏，就适用于流塑粘土，具有凝结时间可控、固化后强度高、稳定性较好、操作容易、料源广泛、价格较低、对环境一般不产生不利影响等特点。 三、适用范围 本工法适用于地层为岩溶流塑粘土、淤泥质土、稳砂、细砂以及其他渗透性弱的土壤的山岭隧道和地下工程。 四、工艺原理 在流塑粘土中钻孔井压注具有胶凝性质的浆液，只要注浆

3、压力超过被注土体的最小剪切强度，浆液便能呈脉状快速渗入士体并不断劈开土体，还将其中的空气、水分排出，使浆脉加密、加qC、加大，增密土体。随后，浆液发生胶凝反应，使流塑粘土胶结、硬化，转变为硬塑，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆脉为骨架的固结体，从而提高了围岩的强度、稳定性和抗渗性能，根据实际注浆效果，采用相应的开挖方法，以改善衬砌受力状况，达到防止洞内突泥涌水、地表沉陷和保证施工与人身安全的目的 五、工艺程序 本工法的工艺流程见图 l。 一)施工前准备 1调查岩溶形态、连通情况、地下水涌水量、水位，充填物及土质、水质分析。 2隧道衬砌结构与钻孔注浆设计。 3准备注浆材料，测定性能。、 4安

4、装钻孔注浆机械并调试。 二)止浆岩盘或止浆墙 一般较完整的石灰岩预留5m岩层作为止浆岩盘。基岩破碎时则需设置2m厚的混凝土 止浆墙，墙身嵌入围岩0.305m。 (三)钻孔 1埋孔口管：开孔直径146mm，长2tn，用 CS(水泥水破璃)砂浆埋设127mm孔口管， 管口安装田127mm球形闸阀，以封闭钻孔中可能出现的突泥涌水 2选用两种钻具：YGZ100重型风钻，进度可达48m班(但不能取岩芯，宜打仰角 孔。改进工艺与钻具后可钻俯角孔并取岩芯)；XU3002A钻机，进度为24m班(可取岩 芯)。钻头按围岩类别选配。 3钻孔直径一般为108mm，后半部变为89mm。 4钻机定位：钻孔方向应符合设计

5、要求。为确保全孔钻进方向准确，首先要保证孔口 2m长度的方向准确。因此，定位开孔误差须控制在50mm以内，并需准确控制钻机立轴方 向。 5扫孔钻进时，要观察分析回水与岩芯或弃碴状态，用以判断注浆质量，以便调整注浆参数。 6钻进顺序：钻孔遇岩溶突泥涌水，停钻注浆-停8小时-洗孔钻进，又遇突泥涌水，停钻注浆-停8小时-反复钻、注直至终孔。 (四)注水试验 成孔后注水数分钟(注水量由小到大)，测定吸水量，清洗裂隙。 投放连通试料，加水压注，做连通试验。 (五)注浆方法 l双液注浆系统(见图2) 2分段注浆法 根据钻孔的地质条件，可分别采用全孔一次注浆和前进式、后退式分阶段注浆方法。遇岩溶发育有可能突

6、泥涌水时，则采用前进式分阶段钻企，逐步往前推进封堵。 3同步注浆法 采用一机多孔或多机多孔施行同步注浆，要求高度集中统一指挥，根据各种反馈信息，采取调控措施，提高注浆质量，加快工程进度。 4钻注原则 (l)先外后内：先从断面外侧，逐步向中间或内侧钻注。 (2)先疏后密：每排孔先间隔式钻注，再补注中间的加密孔，逐步形成帷幕。 (3)外密内疏：毛洞四周布孔较密，隧道断面内布孔少而疏。 (4)反复钻、注：注浆段各注统孔均应根据进浆情况反复钻、注，保证固结范围达到设计要求。 (5)开孔诱导：注浆时在需要重点加固处设置通气诱导孔，诱导浆液至设计范围，之后适时关闭诱导孔。 5浆液类型 (l)水泥浆或水泥一

7、水玻璃双液，胶凝时间通过调整体积比，必要时可适当加添加剂调整。 (2)根据注浆设计、注水试验及洗孔情况、泵送能力、注浆过程中进浆情况确定用单液还 是用双淑。 (3)为消除地下水质与气温、水温的影响，应进行现场配比试验，调整胶凝时间。 6注浆参数 (1)流塑粘土劈裂注浆有效扩散范围为46m，注浆段长度为40m。 (2)注浆孔从隧道毛洞(隧道衬砌外轮廓)呈幅射状布孔，终孔位置隧道毛洞外5m，按15m间距布孔。实线中应按岩溶地质、注浆扩散与充填情况调整孔距或增减钻孔数。 (2)岩溶地质复杂，注浆量只能估算。估算的注数量等于被固结的溶洞泥体积乘以注浆率。影响注浆率的主要因素有孔圈比、压缩指数、注数压力

8、及注浆方法等。 单孔注浆量不能以设计总注浆量除以孔数的平均值控制，原则上根据进浆情况，以充填好岩溶为度。 (4)注浆压力以不破坏岩层结构，浆液控制在有效范围内为度，采用的经验公式为： P=(0.020.05)HK 式中 P-注浆压力(MPa) H孔位至静水位的高度(m)； K洞内突泥涌水修正系数，取K2。 隧道埋深及水头为4O-90m时，注浆压力经验值为45MPa。 执行注浆压力规定值时，可在规定值的上下限内调控。 7注浆终结， 要求达到规定注浆压力值，并稳压30分钟。若注数段初始注浆孔或韧始注浆面达不到规定压力值，则可能是以下原因引起： (1)注浆压力比注浆开始时大; (2)单位时间的灌注量

9、较开始时小g (3)每孔的洗孔次数与每延米灌注量减少； (4)钻孔注水试验不进水； (5)孔口突泥涌水被封堵； (6)岩芯已由流塑粘土转变为固结体， (六)开挖与衬砌 1注数段注浆终结8h后(最好根据检查孔取出的固结土芯样试验决定)可以开挖。 2一般采用分都开挖或半断面开挖方法。 3及时喷锚支护与设钢架支撑。 4隧道村砌一次支护采用先拱后墙法。复合衬砌二次模注采用先增盾拱法或连续灌注。 六、机械设备(见表 l) 七、劳动组织 三班制台钻机钻孔作业劳动组织见表2 三班制双液注浆劳动组织见表3。 八、质量控制 本工法执行铁路隧道施工规范TBJ20486)和铁路隧道工程质量评定验收标准 (TBJ41

10、787)以及铁路隧道新奥法指南等有关规定。质量控制措施有： 1检查孔取样检查 (1)流塑粘土固结体抗压强度检测，要求达到0.2MPa或设计值。 (2)判断、评定芯样的浆脉渗透状况及其固结质量。 2作检查孔注水试验：注浆前后注水量对比。 3仪器检测：测定渗透状态、固结状态。 4开挖后直观检测与抗压强度检测。 5对注浆过程中的异常现象，如跑浆、压力骤增骤降、围岩扰动、变形等及时分析处理。 九、安全生产 本工法除执行地质勘测钻孔有关安全规则和铁路施工技术安全规则(T3J40487) 外，还应注意下列各点： 1对注浆掌子面进行有效通风，操作人员应戴带活性炭过滤器防护口罩、防护眼镜、橡 胶手套及专用袖套

11、。 2眼睛、脸部或皮肤接触浆液时，应立即用清水或生理盐水彻底冲洗20分钟，严重者 送医院治疗。 3加强环境保护意识，对废液、冲洗液以及沾染有浆液的弃渣均应妥善处理。 4对使用的钻注设备，经常进行安全检查，隧道内应设置各种安全防护罩，电器部分应 安装漏电保护路。 5钻孔作业抽换钻杆时，应防止钻杆被高压泥水冲出孔口伤人。 6钻孔中发生大量突泥涌水时，应集中全力及时注浆封堵。 7加强统一指挥，在钻注作业中发生异常情况时，要及时处理，确保安全。 十、经济效益和社会效益 南岭隧道DE1935十330十360、DK1935十445+470、DK1935十69O十745三段累计长11Om，采用劈裂注浆管棚法

12、整治岩溶突泥涌水，取得良好的效果，竣工后末次验工讨价实际费用为74O55万元，平均每m造价673万元。 DK1935十690十745长55m，是全隧道突泥涌水最严重的地段，采用劈裂注浆管棚法竣 工后验工计价为4937万元，与冻结法(方案比选时)的概算报价为 l1424万元相比，降低 造价6447万元，可见采用劈裂注浆管棚法是经济合理的。 南岭隧道管道状岩溶突泥涌水，通过劈裂注浆等综合整治后，顺利地进行了开挖和衬砌， 确保南岭隧道施工工期和衡广复线通车的总工期。 十一、工程实例 南岭隧道DK1935十690十745长55nI为全隧道地质复杂之冠。该段管道状大溶洞与隧 道呈45交角，为张性断裂带古

13、暗河道，溶洞水平长达85m，高 1016m，宽3Om，隧道穿越 溶洞达40m，隧道埋深87m。1984年6月17日至 l1月26日相继发生3次大突泥涌水，共漏出 流塑粘土11738m3，淹没隧道177m(见图3)，地表出现大陷坑，面积1583m3，最深陷入1567m， 坍落士体167m3。洞内突泥系粘士，含水量高，颗粒细，呈流塑状态。 岩溶大突泥整治原则是分而治之、层层堵截、综合治理，见图4。 1地表陷坑采用垂直钻孔，劈裂注浆，钻孔内埋置钢导管，管内安装钢筋笼灌注水泥浆， 构成61根钢管栅栏，对溶洞上口已松动的土体注浆固结，使其成为整体形成第一道堵截墙。 2对隧道管道状岩溶地表垂直钻孔，劈裂注浆，使之形成第二道堵截墙。 3隧道内洞顶上方溶洞颈口，设置长管棚28根，形成第三道注浆管棚堵截墙。 4在洞内南北二个钻注工作面，对隧道断面内的岩溶流塑粘土用劈裂注浆固结。 5在平导一测，从横向对隧底岩溶流塑粘土亦用劈裂注浆固结。 钻孔注数工程数量见表4。 管道状岩溶流塑粘士劈裂注浆的主要成果： 1成功地对大溶洞流塑粘上进行劈裂注浆，使土体力学性能改变