魏家山隧道周边深孔预注浆施工技术
摘要：以巴达高速公路重点工程魏家山隧道为例，对施工过程中突发的涌水事故原因进行分析，采取周边深孔预注浆治理涌突水的施工技术措施，通过监控量测结果和施工验证，隧道周边注浆加固有效的抑制了涌水难题，为相关工程实践提供借鉴与帮助。
关键词：隧道 涌突水 深孔预注浆 超前地质预报
1 概述
在山岭隧道修建过程中经常遇到涌水等地质灾害，往往给施工过程中及隧道修建后带来较大影响，因此，对隧道涌水进行治理是一项重要的任务，尤其是在施工阶段，采取必要的治理措施既可以防止突水事故的发生，又为以后的运营安全提供保障，同时还可以保护自然生态环境[1]。同时在涌水处理过程中选择合理、经济有效的处理方法，有着重大的技术价值及经济和社会意义。
2 工程概况
隧道最大涌水量为10876m3/d，一般涌水量为5437 m3/d。
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图1 隧道顶地形地貌图
3 施工及涌水情况
①施工方法
该段属于Ⅲ级围岩，以细砂岩为主，整体性较好，采用全断面开挖法，每循环进尺3.5m。
②涌水情况
表1 K100+636掌子面涌水情况一周监测表
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说明：本监测表只统计前一周涌水量情况，后续一段时间均衡无减。
③超前地质预报[2]
在掌子面拱顶和“牛角”位置钻了三个超前孔探测，发现掌子面前方3.2～7米含有黄色泥砂岩夹层，钻进速度较快为3～5min/m（正常细砂岩段25min/m）。
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图2 现场涌水量测量 图3 地质雷达现场测试
中铁西南科学研究院分别先后采用了HSP声波反射法和地质雷达法对K100+636掌子面前方进行超前探测预报。
④水质分析
经西南交通大学专家、科研人员对隧道涌水和谭家河水库的水进行取样比对分析，两者几乎相似。
4 处理方案研究
①涌水原因分析
②处理方案选定
考虑到谭家河水库为蒲家镇饮水源，为保证附近村庄水系不受影响，保障蒲家镇生产生活用水，经综合研究决定采用预注浆（水泥-水玻璃双液浆），在隧道开挖轮廓周围形成5米左右的注浆圈，封闭水源。同时也做好排水设施，疏通中央排水沟，配备抽水量大于100m3/h的潜水泵。
5 注浆设计[3]
注浆孔布置由工作面开挖方向呈伞形辐射状，钻孔布置成四圈，共89个孔，内外圈按梅花形排列，并采用长短孔相结合，保证注浆充分、不留死角。浆液扩散半径2m，孔底间距不大于3m，孔径φ110mm。
双液注浆堵水的机理是在发生涌水的位置附近注入快凝早强的双液浆，双液浆在随地下水流动的同时快速凝结，凝结的浆体不断堆积并达到一定强度，堵塞涌水通道，达到堵水效果。
6 注浆施工方法及工艺
6.1 注浆施工工艺流程见下图所示：
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图7 注浆施工工艺流程图 6.2 施工方法
6.2.1 施工止浆墙
6.2.2 钻孔清孔
①布孔
根据设计要求，对准孔位，根据不同入射角度钻进，保证孔位偏差不大于2cm，入射角度偏差不大于1°。为保证止水效果，在涌水量较大、围岩较破碎的拱顶加密布孔，在拱底适当扩大布孔间距。
②钻孔
a潜孔钻机置于台车上，定好角度，加固牢实，确保施工精度。
b开钻前期采用低速钻进，待钻机正常钻进时（一般进尺0.5m左右），将钻机速度调至正常运行速度。钻孔过程密切观察钻进速度、涌水、岩层等情况，及时作好记录。
c开孔孔径及深度：孔径φ110mm，孔深根据Ⅰ～Ⅳ圈设计深度施钻。
d钻至设计深度后，用高压风清洗孔洞残碴，确保注浆通道顺畅。
表3 钻孔基本数据表
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根据现场实际情况，在拱顶加密布孔，在拱底适当扩大布孔间距，其它设计参数均不变。
6.2.3 注浆
③注浆顺序：按先外圈后内圈，同一圈先上部孔后下部孔、间隔跳孔，逐渐加密，先注无水区，后注有水区。
⑤注浆结束标准：第一序孔按注浆量达到或接近预估注浆量可结束注浆；第二序孔按注浆压力达到设计压力，注浆量逐渐减少至小于1L/min.m并维持10min以上，可结束本孔注浆。
6.3 注浆效果检查
开挖过程中采用微弱爆破全断面开挖方式，经监测组对隧道围岩变形监测显示几乎无沉降收敛，开挖过程中围岩稳定。从K100+636～K100+616开挖断面揭示掌子面均干燥无水，只有拱腰墙壁有局部少量渗水，说明本次预注浆止水效果是比较明显的，保证了安全掘进也达到止水的目的。
表4 实施效果检查表
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图10 注浆后效果 图11 注浆段开挖后效果
6.4 注意事项
①注浆压力突然升高，应停止水玻璃浆液，只注水泥浆，待泵压恢复正常后再进行双液注浆。
②进浆量很大，压力长时间不升高，则应调浓浆液或调整配合比，缩短浆液胶凝时间，进行小泵量、低压力注浆，使浆液在岩层裂隙中有相对停留的时间，以便胶凝，也可采用间歇式注浆，但停注时间不能超过浆液的胶凝时间。
③注浆过程中压力突然下降，增大流量仍不回升，则缩短胶凝时间，加大浆液浓度或用间歇式注浆。
④当止浆墙或孔口等处发生跑浆现象时，应缩短胶凝时间，进行小泵量、低压力注浆或采用间歇式注浆，或进行外部堵塞。
⑤如发生串浆现象，应关闭串浆孔的孔口阀门，继续注浆。
⑥钻孔过程中未涌水的，就一钻到底，全孔一次压入式注浆；在钻孔过程中，如发现有水，即停止钻孔，采取注一段钻一段的前进式注浆，直至达到设计段长位置。
⑦若一个注浆段完成后需要继续注浆，则留5m不开挖作为下一注浆段的止浆盘。
⑧注浆结束7d后采用5点法压水试验或钻孔取芯试验进行注浆检查，若灌浆质量不合格，则加密钻孔补注浆。
7 结语
本次注浆的30m一共消耗水泥-水玻璃双液浆402.2m3，与设计方量基本吻合。从正式开始施工止浆墙到注浆结束，整个施工过程耗时27天。在钻孔时采用的是潜孔钻干钻，导致洞内灰尘很多，应该加强通风洒水降尘，保证洞内施工环境。
通过运用超前预注浆技术，不仅顺利通过高压富水破碎带，取得了较好的堵水效果，保护了自然生态环境，而且降低了工程造价，加快了施工进度，为确保工程的顺利完成创造了条件，同时也提高了隧道的长期稳定性及营运安全性。
鉴于魏家山隧道紧邻谭家河水库特殊的水文地质条件，对隧洞前方潜在的富水带、突水点进行有效的超前地质预报对指导隧道施工，及时采取措施、预防涌突水事件意义重大。采用宏观预报（工程地质法）、长距离预报（TSP、HSP法及陆地声纳法等）、短距离预报（超前钻孔、表面雷达、孔内雷达及经验法等）相互结合，相互印证。
隧道涌突水的治理是一项复杂的系统工程，应根据涌突水情况以及周围的地理、水文地质环境和施工工期要求，综合分析，合理选择治理方案，坚持“预报为先、择机封堵、堵排结合、综合治理”的原则，保证安全、质量、效率“三驾马车”齐头并进。