摘 要 某隧道斜井工区在开挖至Ⅳ级围岩后，在进行超前小导管施工时，小导管内出现了较大涌水，由于隧道上方房屋众多，环境复杂，大量失水，容易引起地表沉降，因此决定进行注浆堵水，根据地质条件，采用了周边帷幕注浆的技术方案，通过注浆参数分析和效果检验，注浆达到了预期要求，效果良好。
关键词 裂隙涌水；周边注浆；效果检查
中图分类号U41 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0071-03
1 工程及地质概况
某隧道为双向六车道，隧道平面布置为分岔式结构，即由连拱隧道、小净距隧道组成，设计纵坡为-2.44％，其中ZK7+915.072~ZK8+050为小净距隧道，线路正上方有3层～6层的居民楼房14栋，房屋一般为砖混结构，独立或扩大条形基础。该段隧道埋深32.3m~37.3m。地下水埋深3.5m~6.0m。隧道洞顶围岩以全风化～微风化花岗岩为主，洞顶5m以内为碎块状强风化花岗岩，其上为5m左右的全风化～砂砾状强风化花岗岩。隧道主要从碎块状强风化或弱风化岩体中通过，岩体较破碎，岩质软硬不等且有含泥砂砾状风化夹层；地下水压力约为0.3MPa，地下水对围岩强度影响较大；本段围岩级别主要为Ⅳ级，局部为Ⅲ级，跨度大于5m时，一般无自稳能力，数日~数月内可发生松动变形、小塌方，进而可发展为中~大塌方。
2 涌水情况及裂隙参数估算
2.1 涌水情况
斜井工区左线隧道进入Ⅳ级围岩施工后，采用CD法开挖，施工分四部进行，该段左上部施工至里程ZK7+962.2进行超前小导管支护时，位于拱顶左侧一根小导管钻至3m左右时，出现了涌水，实测涌水量达6m3/h~8m3/h，涌水为清水，见图1。隧道内涌水后，地表水位观测孔水位下降明显，最大时水位下降达6m，地表房屋沉降达3mm/d。为了探明前方地质情况，现场施作了两个探水孔，探孔涌水量达4m3/h~5m3/h，探明前方围岩存在全强风化围岩互层，部分地段围岩软弱，存在多处裂隙水。
为了防止继续开挖导致地下水大量流失，引起地表沉降，影响地表建筑物的安全，须对隧道超前预注浆，以封堵地下水。
2.2 裂隙宽度的估算
现场对小导管涌水喷射距离及高度进行了量测，见图2，实测结果为水平距离x=1.2m，垂直距离y=1.8m。根据物理学知识可知钻孔水流在水平方向的流速为，计算得钻孔水流的速度为1.98m/s。
根据裂隙宽度经验公式[1]，见式(1)
已知钻孔半径R=19mm，v=1.98m/s，静水压力H=0.3Mpa=30m水柱，代入公式（4），计算得裂隙宽度=0.78mm。
2.3 裂隙率的估算
压水试验表明，该段透水率为20~40lu，将上述数据。代入公式（3），计算得。
3 注浆设计与施工
3.1 注浆方案及参数的确定
3.1.1 注浆方案及孔位布置
根据地质报告和超前钻探情况，该段围岩主要以微风化和强风化花岗岩为主，掌子面围岩具有自稳能力，隧道涌水主要来自拱顶上方的裂隙水，且裂隙发育范围主要在隧道掌子面前方30m左右，因此根据设计文件及地质条件确定采取局部周边帷幕注浆方式。注浆按三个断面进行加固，其孔位布置见图2、3。
3.1.2 注浆参数的确定
1）注浆压力
注浆压力是浆液在地层中扩散、充填、压密的能量，浆液在裂隙中扩散、充填的过程就是克服流动阻力的过程，注浆压力的选择不仅要考虑静水压力的大小，而且还要考虑裂隙的大小。裂隙大，浆液扩散阻力就小，裂隙小，浆液就不易扩散。根据该处隧道埋深和涌水压力结合裂隙宽度等因素综合考虑确定注浆压力为1 MPa~1.5MPa。
2）终孔间距
在动水压力下注浆时，注浆孔按行排列时注浆孔间距有以下公式[]泵，根据试验，该地层浆液扩散半径在2m~2.5m，则计算得注浆孔间距为2.51m~3.14m，设计时取2.8m。
3）工艺选择
为了减小工程量和提高工作效率，施工中采取遇水即注的注浆堵水工艺，即当钻孔过程中遇到涌水时即开始注浆，在涌水地段，采取前进式分段注浆工艺，分段长度5m，钻孔过程若水量较小或无水时可增加钻孔段长。
4）注浆参数
根据以上分析及相关工程经验，确定注浆参数见表1。
纵向注浆加固长度/m 径向加固范围 浆液扩散半径
3.2 注浆材料选择
浆液进入岩体裂隙的能力主要取决于裂隙宽度、浆液颗粒粒径和灌浆压力等因素[]，这与岩体可注性有关，裂隙岩体的可注性可由Mitchell公式[2]确定。
式中Df-岩体裂隙宽度；D95-浆液材料在粒度分析曲线上占95%的对应直径。
对于岩体裂隙介质，当GR>5时，才能保证注浆成功，因此浆液粒径D95应小于Df/5，这样对本工程来说D95应小于0.16mm。而普通硅酸盐水泥的粒径D95多小于80μm[2]，能够保证注浆成功，因此注浆材料主要采取42.5R普通硅酸盐水泥单液浆及普通水泥―水玻璃双液浆，浆液配比为W:C=（0.8~1）:1，C:S=1: （0.6~1），水玻璃浓度35Be’~50Be’。
3.3 注浆顺序
钻孔注浆按两序孔采取间隔跳孔、先外后内、先上后下的方式进行，实施挤密注浆。
3.4 注浆施工
1）止浆墙施作。隧道开挖工作面至注浆设计里程后，在工作面挂Φ6.5，间距20*20钢筋网并喷射C20混凝土封闭掌子面，喷射厚50cm，止浆墙必须满足设计要求，以保证注浆效果。注浆过程若止浆墙出现开裂，跑浆等现象影响注浆效果，则必须进行补喷；2）基底铺垫。由于矿研钻机对路面平整度要求较高，需要采用碎石渣进行铺垫，并在两边预留排水沟；3）孔位标定。按设计在掌子面上将开孔位置用红油漆标出。采用罗盘确定注浆外插角，调整钻机满足设计钻孔方向要求；4）钻孔作业。钻机采用低压力、慢钻速，采用Φ110mm的钻头开孔，钻深1.8m，退出钻杆，安装孔口管；5）安装孔口管。在孔口管距法兰盘端部30cm处缠绕麻丝，成纺锤形状，缠绕长度不少于50cm，钻孔内放入锚固剂或快凝水泥砂浆，将孔口管顶入孔内；6）注浆。钻孔至设计位置后按照注浆方式和注浆工艺流程进行注浆作业。
4 注浆效果检查与分析
4.1钻孔涌水情况
左侧导洞在钻设注浆孔时，前期钻孔不同程度的有出水现象，其中最大单孔出水量为5m3/h， 随着注浆施工的进行后期出水量逐渐减小，涌水量基本为清水。钻孔涌水的孔主要集中在隧道拱腰部位，从钻孔可看出，所钻孔的水力联系不大，表明该段地下水主要为基岩裂隙水，从水量来看，裂隙宽度不大，从钻孔难易程度来看，该段围岩相对还是较硬，主要为弱风化花岗岩。
4.2 注浆量分布特征时空效应法
对左侧导洞注浆孔注浆量进行统计。见图5
由注浆量分布来看：
1）注浆量分布比较均匀， 注浆量大的孔主要为C圈孔上，A、B圈孔注浆量明显较少，注浆量与钻孔深度有明显关系。注浆量最大为C2孔，单孔注浆量为8.63m3；2）虽然地层裂隙较发育，但裂隙较小，因而吸浆能力差，钻孔贯穿裂隙小或贯穿裂隙较少时，虽然注浆压力较大，但注浆量仍很小，很难注进，压力上升较快；3）注浆量较大的孔基本上是钻孔过程中水量较大的孔，说明浆液主要是沿原有的出水路对透水裂隙进行充填，由于采用的是普通水泥单液浆和双液浆，浆液在细小的裂隙内很难扩散，注浆量也不是很大，对基岩微细裂隙水封堵效果不很理想。
4.3 注浆压力分布特征
统计分析注浆过程中左右导洞各注浆孔注浆终压，见图6，见图7。
由注浆压力来看：
1）各孔注浆压力都达到或超过设计的注浆压力；2）对比注浆量和注浆压力柱状图可以看出，注浆压力大的孔注浆量相对较小，注浆量大的孔注浆压力也不是很大，说明对于该地层中的裂隙水封堵，浆液主要是通过充填挤密的机理；3）对于地层中微小渗水裂隙，采用普通水泥浆或普通水泥－水玻璃单液浆较难达到不漏水的理想效果，即使通过提高注浆压力，效果也不是很明显。
4.4 P-Q-t曲线分析法
注浆P-Q-t曲线如图8所示，由图8可以看出，开始注浆压力比较小，注浆速度基本保持不变为50L/min，这主要是浆液充填注浆孔和地层中裂隙的过程，而后注浆压力迅速增大，注浆速度迅速减小，这表明浆液已将地层中的裂隙填充满，无法在继续注入。故浆液在这种地层主要是充填岩石裂隙。
4.5 检查孔情况分析
根据效果检查标准，在注浆的薄弱区域进行钻孔检查，左侧导洞共钻设检查孔4个，钻孔深度25m。前两个检查孔钻孔结束后出水量分别为0.7m3/h和0.9m3/h，从检查孔钻设过程中推断地层岩石较硬，强度高，整体性也较好。检查孔钻设结束后鉴于孔内水量较大，对检查孔进行了补充注浆，两检查孔注浆量分别为0.27m3和0.4m3，注浆量较小，说明检查孔区域地层裂隙发育不明显，地层吸浆能力较差。在后续钻设的两检查孔出水量分别为0.15m3/h和0.4m3/h，水量较小，注浆堵水效果比较明显。检查孔主要出水范围均在21.5m后较明显。
4.6 开挖观察
开挖时左侧导洞掌子面基本无水，个别地方有少量渗水，开挖以后已经进行初支的拱部有水，原因在于开挖时的爆破对围岩产生扰动，使围岩中的细小的裂隙增大使已经被充填的裂隙开裂，从而形成渗水通道，导致局部出水。
5 结论与建议
1）通过帷幕注浆和检查孔补充注浆，涌水量明显减小，堵水效果明显；2）因该段地层为强风化地层，裂隙较发育，但裂隙较小，出水主要是基岩裂隙水，注浆主要是通过充填挤密的机理封堵裂隙水，而普通水泥浆由于颗粒较粗，通过提高注浆压力后地层吸浆量增加也不是很明显，浆液扩散范围有限，为了进一步提高堵效果，建议部分采用超细水泥，提高对细小裂隙的填充封堵率，保证堵水效果；3）由于裂隙宽度较小，可通过增加钻孔数量和扩大注浆加固范围，来提高对裂隙水的封堵效果，减少或避免因地下水的流失而引起地表沉降。
参考文献
[1]曾荣秀.注浆技术经验汇编[M].北京：煤炭工业出版社，1988.
[2]孙钊.大坝基岩灌浆[M].北京：中国水利水电出版社，2004.