探讨超前帷幕注浆在隧道软弱围岩中的应用

探讨超前帷幕注浆在隧道软弱围岩中的应用

朱东旭 许亚红

（中铁六局集团广州工程有限公司，广州 510110）

[摘要] 超前帷幕注浆技术是一种广泛应用于隧道洞内软弱围岩施工的加固技术。它通过向地层中注入浆液，在地层中形成一道帷幕，以阻止地下水渗透软化围岩，提高隧道结构的稳定性，从而保证隧道施工的顺利进行和运营的安全。以赣深高铁项目林寨隧道DK189+548～DK189+518段为研究对象，该段掌子面揭示围岩为全风化砂岩，红褐色，遇水软化呈泥状，设计采用超前注浆施工工艺对该软弱围岩段进行加固处理。根经过实际施工效果的检验，本次施工在准备阶段已经做了充分的规划和准备，所应用的设备和技术均为业内先进，为整体施工过程的顺利进行提供了有力保障。同时，通过验收的结果也充分证明了本次施工不仅有效保证了工期，更在施工质量上达到了预期效果，为项目的成功实施奠定了坚实基础。

[关键词] 隧道工程施工；止浆墙；超前帷幕注浆技术；软弱围岩注浆施工

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0引言

超前帷幕注浆技术系隧道施工中不可或缺的关键技术，广泛应用于各类工程实践。通过在隧道开挖前，沿着隧道开挖轮廓线预先进行帷幕注浆，可以有效地防止隧道开挖过程中围岩的变形和破坏，提高隧道施工的安全性和稳定性。

超前帷幕注浆技术的原理是将帷幕注浆液注入地层中，形成一层具有一定厚度的帷幕层，这层帷幕层能够承受一定的水压力和土压力，从而保护围岩不受破坏。同时，帷幕注浆还能够有效地加固地层，提高地层的承载力和稳定性，进一步保证隧道施工的安全。

在进行超前帷幕注浆时，需要选择合适的注浆材料和注浆参数。注浆材料主要由水泥、粘土、水玻璃等组成，注浆参数则涵盖注浆压力、注浆量、注浆时间等关键要素。需要根据隧道的具体情况和地质条件进行合理的选择和调整。

超前帷幕注浆技术的优点在于它能够有效地防止围岩变形和破坏，提高隧道施工的安全性和稳定性。同时，帷幕注浆还能够减少地表下沉和防止地下水渗漏，减少了对环境的影响。总之，超前帷幕注浆技术是隧道施工中一种重要的技术手段，它能够有效地提高隧道施工的安全性和稳定性，减少对环境的影响。在未来的隧道施工中，随着技术的不断进步和发展，超前帷幕注浆技术在隧道软弱围岩地质将会得到更广泛的应用和推广。

1注浆方案

1.1注浆方案的确定

林寨隧道斜井工区往小里程上台阶换拱至DK189+538.6处时,掌子面揭示围岩为全风化砂岩，红满色，遇水软化呈泥状，热项及在侧存在溜塌、初支表面有线状流水、局部列支开裂、地表塌陷有延伸势象。该段地质分析为地处砂岩风化不均句地段,地形呈漏斗状、囊状,围岩破碎。富水较大，且存在偏压荷载,存在较大施工风险。为确保施工安全，对林寨隧道DK189+548～DK189+518段进行帷幕注浆施工。

1.2注浆参数的确定

根据隧道超前地质预报及现场围岩情况，方案确定注浆材料以硫铝酸盐水泥单液浆为主，普通水泥-水玻璃双液浆、普通水泥单液浆为辅。具体注浆设计参数及材料详细配比详见下表：

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2帷幕注浆施工工艺

2.1止浆墙施工

（1）止浆墙施工参数

止浆墙采用2m厚C20模筑砼，围岩与封堵墙间采用3m长φ22钢筋连接，钢筋环向间距1.5m，嵌入围岩及封堵墙内各1.5m，共设置2环，环间距1.5m，内外层保护层厚度均25cm。开挖面涌水采用中108mm钢管集中引排，孔口安设闸阀。沿封堵墙周边埋设中42小导管，环向间距1m,通过小导管注浆保证围岩和止浆墙充填密实。

孔口管选用直径为108毫米、壁厚为5毫米的热轧无缝钢管，总长度为3米。在安装过程中，需确保孔口管稳固埋设，并应采取有效的止浆措施，以确保其正常工作。各孔口管均须安装高压闸阀。

（2）止浆墙施工工艺

模板安装前，在混凝土浇注范围内，采用风钻在两侧壁按照1.5m×1.5m间距打孔，深度为3m，插入4m长φ28钢筋并锚固完成后，用φ28钢筋将两侧预留出来的钢筋进行横向满焊连接，搭接长度为20cm。安装脚手架过程中，在每根竖向焊管底部使用风钻50钻头打孔30cm，插入焊管并使用水泥砂浆+速凝剂进行锚固，以保证脚手架的稳固性。关模过程中，两模板连接部分采用方木进行加固。在拱顶及拱肩部分每隔1.5米预留注浆管，为确保拱顶部分混凝土浇注质量，需采取注浆堵漏的方式防止浇注效果不佳。关模完成后，模板外同样采用风钻在两侧壁按照1.5m×1.5m间距打孔，深度为3m，插入4m长φ28钢筋并锚固完成后，用φ28钢筋将两侧预留出来的钢筋进行横向满焊连接，搭接长度为20cm。在φ28钢筋上每隔2米使用φ22钢筋焊接，进行竖向加固。

混凝土浇筑：模板加固完成后进行止浆墙的浇筑, 首先在底板铺100～200mm 砂浆灰(一般配合比为水泥∶砂= 1∶2) 以防底板渗水, 然后浇筑混凝土, 浇筑工作要快速连续不断地进行并分层捣固, 分层厚度为400mm 左右。若止浆墙浇筑接近拱顶时, 浇筑效果不理想, 可采取喷射混凝土的方法协助进行封顶, 也可利用预留注浆管进行注浆堵漏。

止浆墙试压：在完成止浆墙施工后，必须实施养护固结措施。经过一定的养护期（即2天后），需关闭泄水管闸阀，启动止浆墙的试压工作。试压时的压力应为注浆终压的1.5倍，并持续至少半小时。在此过程中，务必密切关注围岩及其附近巷道的漏水情况，并做好详细记录，以便后续的注浆堵漏工作。

注浆纵断面布置图

2.2注浆施工

（1）注浆试验

在进行注浆作业之前，必须首先进行注浆试验。注浆试验的目的是为了准确掌握浆液填充率、浆液配合比、初凝和终凝时间、注浆量、注浆速度、浆液扩散半径以及注浆终压等关键参数。在注浆过程中，需要根据现场实际情况动态调整相关注浆参数，以确保注浆能够达到预期的目的和效果，同时保证注浆的质量。这样，注浆作业才能更加严谨、稳重、理性地进行，从而满足工程需求；试验中应加强硫铝酸盐水泥的注浆试验工作，并调试注浆材料品种，做好注浆记录，若采用非设计材料，应与设计材料各参数进行比较。

（2）注浆施工工艺

为确保钻孔注浆施工的质量与效率，我们决定采用分段前进式注浆方式。在注浆过程中，我们将预设计分段长度设定为3~5m，并随时根据现场钻孔的实际情况进行灵活调整。此外，我们将对孔口位置进行精确定位，并在每钻进一段后，及时进行检查和纠偏，以确保施工精度。同时，注浆孔的开孔直径将不小于110mm，终孔直径不小于91mm，以满足工程要求；钻孔与注浆顺序原则上应由外向内，由下至上，同一排孔间隔跳孔施工；注浆施工应选用孔口管法兰盘或水囊式止浆塞进行。当钻孔过程中出现坍孔或遇到大量出水、涌砂情况时，必须立即暂停钻孔，转而进行注浆作业。每个孔段的注浆工作应尽可能连续进行至完成，以避免不必要的中断。应高度重视避免由机械故障、电力中断、水源不足或器材问题等因素引发的被迫中断。若因特殊需要，如实施间歇注浆以控制串浆冒浆等情况而有意中断注浆，需在重新开始注浆前，先对钻孔进行清理，确保达到原设计深度，然后再进行复注。

超前注浆开孔布置图

（3）注浆过程控制

①在注浆过程中，必须密切监控泵压及流量的变化。一旦发现吸浆量异常增大或压力突然下降，且注浆压力长时间无法恢复，应立即查明原因。若确认为工作面漏浆，应采取相应的封堵措施。如遇到跑浆问题，可通过调整浆液种类、优化浆液配合比等方式进行解决。在必要时，可采用间歇注浆的方式，以确保注浆目标的顺利实现；

②在注浆过程中，若发现存在显著空洞或其他显著缺陷，为确保注浆效果与结构安全，建议先进行水泥砂浆或混凝土的灌注工作，随后再进行注浆操作；

③在注浆过程中，若观察到局部单循环孔的压力长时间无上升趋势，可采取暂停注浆的措施。随后，将注浆工作转向双循环孔进行。待双循环孔注浆完成后，再对之前暂停注浆的单循环孔进行恢复注浆操作；

④在注浆施工过程中，必须严格遵守施工顺序，确保每一步操作都符合设计方案及相关规定、规范的要求。这样可以确保施工质量和安全，达到预期的效果。

（4）质量保证措施

①钻孔作业必须严格遵循设计参数进行。在实际操作过程中，钻孔的孔位和角度偏差必须控制在相关规范允许的范围内。若现场条件限制导致孔位无法满足设计要求，应立即采取移位措施，并重新计算以确定合适的参数。在必要时，还需进行补孔操作以确保工程质量；

②注浆材料务必符合设计要求，对于过期结块的水泥应坚决禁止使用。在需要的情况下，应对其进行质量检验，以确保工程质量与安全；

③浆液配比应严格按照设计要求执行，在配制过程中，水泥和水的最大允许误差为±5%；

④为确保浆液的质量和性能，必须对其进行充分的搅拌以确保其均匀性。任何未搅拌均匀或发生沉淀的浆液，均不得使用；

⑤在注浆过程中，必须密切监控泵压和流量的变化。一旦发现吸浆量异常增大或压力突然降低，且注浆压力长时间无法回升，应立即查明原因。若系工作面漏浆所致，应迅速采取有效的封堵措施。若注浆过程中出现跑紫现象，可通过调整浆液种类、优化配比、缩短凝胶时间等方式进行改进。同时，考虑实施大泵量、低压力注浆策略，并在必要时采用间歇注浆方法，以确保注浆过程得到有效控制；

⑥在注浆过程中，若发现压力异常升高，务必立即展开调查，以明确原因，并采取相应措施进行处理；

⑦当一台泵出现故障时，必须立即启动备用泵以维持注浆作业的正常进行；

⑧在注浆过程中，必须确保注浆管路的畅通无阻。任何管路的堵塞都可能会对注浆结束标准的判断造成不利影响，从而对整个注浆过程的质量和效果产生潜在威胁。因此，保持注浆管路的畅通是注浆作业中不可或缺的重要环节；

⑨在注浆过程中，需根据钻孔的实际情况，适时调整前进式注浆的分段长度。一旦遭遇显著的出水现象，应立刻执行注浆操作，并在必要时采取重复注浆的措施，以确保注浆工作的高质量完成；

⑩注浆效果必须经过严格的检查与评定，确保符合既定标准后，方可终止注浆作业。若注浆效果未达到预定标准，应立即实施补孔注浆措施。

（5）安全保证措施

①在注浆过程中，我们必须严格遵循隧道施工规范，加强对监控量测的实施，特别是要密切关注掌子面后方已施工段和止浆墙的变形情况。为确保施工安全，我们必须提前准备好相应的加固措施，并制定详细的应急预案；

②注浆管路及其连接件应采用高压耐受性强的设备。在面临压力升高的情境下，必须采取有效措施，以防管路连接处发生破裂，从而避免可能的人员伤害；

③孔口管法兰盘与止浆塞的安装必须确保稳固牢靠，任何施工期间，严禁工作人员站在其可能冲出的前方区域，以防因止浆塞意外冲出而造成人员伤害；

④务必高度重视机械设备的操作、保养及维修工作，并严格遵守用电安全规范。需定期对设备进行全面检查，确保无漏电隐患。务必指派专业人员进行设备操作和维修工作，严禁非机电专业人员擅自拆卸设备；

⑤在钻孔作业进行中，务必密切监视前方地层的动态变化，同时采取充分的预防措施，以防范可能出现的突发性涌水和涌泥现象，确保作业人员的安全；

⑥为确保施工安全，需在台阶上进行施工操作时设置防护围栏，以有效防止施工人员高空坠落事故的发生；

⑦在进行高空作业时，必须搭建牢固且安全的脚手架和施工平台，以确保作业人员的安全，并防止发生机械倾覆或人员伤害事故；

⑧为确保施工安全，需提前准备充足的抢险材料，并全面落实抢险准备工作。在开挖施工过程中，一旦出现涌水涌泥现象，应立即启动应急响应机制，迅速进行封堵作业。这样做可以有效防止施工中大量涌水带来的潜在危害。同时，对于涌出的泥砂，需及时组织人员进行清理，以确保施工区域的整洁和畅通；

⑨在遇到大规模的涌水涌泥灾害时，必须立即撤离所有相关人员和设备，以确保安全。

（6）注浆结束标准：

①注浆压力逐步提升至设计终压，并维持注浆操作超过10分钟；

②注浆结束时，进浆量应控制在小于5L/min的范围内。

3施工效果与结语

超前帷幕注浆技术，作为富水软弱围岩隧道施工过程中的核心技术，通过在隧道开挖轮廓线前预先实施帷幕注浆措施，可以有效预防围岩在开挖过程中的变形和破坏，进而显著增强隧道施工的安全性和稳定性。本文基于赣深高铁项目林寨隧道DK189+548～DK189+518段，采用超前帷幕注浆技术处理地下水渗透软化围岩的不良地质段。注浆质量经过严格检测，确认所有注浆孔均满足设计要求。在实际施工过程中，得益于超前帷幕注浆技术的有效应用，隧道不良地质段的施工得以顺利完成。由此可见，该隧道项目所采纳的超前帷幕注浆防水治水施工技术取得了明显的成效，为类似工程的实施提供了宝贵的经验借鉴。

参考文献

[1] 李广跃 某工程不良地段帷幕注浆施工方案探讨 《建筑工程技术与设计》 2018

[2]  凌松 论宜万铁路别岩槽隧道的帷幕注浆技术 《科园月刊》 2008

[3]  陈卓平 松阳隧道孔槽源斜井富水破碎带施工技术 《城市建设理论研究（电子版）》 2016

[4]  魏辉 别岩槽隧道超前帷幕注浆施工技术 《铁道勘察》 2007

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