【正文】 ，堵水及巖溶的處理技術(shù)有待發(fā)展，注漿材料、注漿方式、注漿參數(shù)等等內(nèi)容還需進一步的 研究和完善。 根據(jù)國內(nèi)外施工實例來看，針對圓梁山隧道高壓富水這一特點，若施工中采取大量排水將引起巖溶地下水水位大幅度下降造成翼部暗河出口水量減小，甚至可能被襲奪疏干；水位大幅下降，水力梯度大幅增加，溶蝕加強，隨著時間的推移，隧道通過地帶村民引飲水水源的局部運流系統(tǒng)小巖溶泉水點將被襲奪疏干，從而增加了居民生產(chǎn)、生活用水的困難；由于隧道和地下水的埋深均較大，地表松散層很薄，疏干排水甚至可能產(chǎn)生危及生命、財產(chǎn)安全的大面積巖溶塌陷；局部溶洞充填物或溶蝕漏斗、洼地覆土層被巖溶水水流不斷攜帶，可能產(chǎn)生局部地面巖溶塌陷或 開裂；同時，堵水施工又是保證安全開挖的前提，因而，經(jīng)過多次專家會議論證，為確保圓梁山隧道修建成功，為確保圓梁山隧道修成后的“綠色工程”，圓梁山隧道采取“以堵為主、限量排放”的原則實施各項工程技術(shù)措施。依托圓梁山隧道工程，對高壓、富水、巖溶隧道進行注漿技術(shù)研究是十分必要的。 [6][7][11][12][13] 山東科技 大學工程碩士專業(yè)學位論文 8 國內(nèi)外注漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 注漿用于堵水和改良地層已有盡二百年的歷史。早在 1802 年法國人別魯尼第一次用撞擊泵向地層中注入粘土和水凝性石膏來穩(wěn)定地層；自 1824 年發(fā)明波特蘭水泥后，1885 年德國人提 琴斯首先采用向巖層裂隙注入水泥漿的方法，來防止涌水取得成功，并在歐洲礦山建設(shè)中廣為應(yīng)用。 1920 年，荷蘭人尤斯登發(fā)明用水玻璃 氯化鈣漿液分開注入地層，利用兩種漿液的化學反應(yīng)加固地層。日本于 1924 年在舊丹那鐵路隧道中，采用水泥 水玻璃混合漿液注入斷層破碎帶，取得了良好的效果，以后在隧道工程中廣泛應(yīng)用。注漿經(jīng)過二百年的發(fā)展，由開始的單液注漿發(fā)展到多液注入；漿材由粘土類發(fā)展到高效無毒易注的化學類漿；設(shè)備由單一的注漿設(shè)備發(fā)展到勘測、制漿、灌注、記錄、檢查分析配套專用設(shè)備。工藝技術(shù)日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域愈加廣泛。 在我 國應(yīng)用注漿只有幾十年的歷史，但真正發(fā)展是從 1955 年開始的。材料從水泥漿發(fā)展到水泥 水玻璃雙液漿、化學漿等。工藝從單液注漿發(fā)展到雙液注漿再到化學注漿，設(shè)備也從泥漿泵等代用設(shè)備發(fā)展到成套專用注漿設(shè)備。但與歐洲和日本等先進國家相比，特別是在高壓注漿泵、自動記錄設(shè)備方面，還存在較大差距。 [14][17][22][23] 研究主要內(nèi)容 根據(jù)國內(nèi)外注漿技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合圓梁山隧道的具體工程及水文地質(zhì)特征，依托圓梁山隧道對高壓富水隧道工程主要進行以下方面內(nèi)容的研究。 （ 1）注漿施工方案的研究與制定； （ 2）超前 地質(zhì)預(yù)測預(yù)報； （ 3）注漿材料的選擇與研究； （ 4）機械設(shè)備配套研究； （ 5）注漿施工工藝研究 第二章 注漿 方案設(shè)計 研究 設(shè)計依據(jù) （ 1） 《新建鐵路重慶至懷化線補充技術(shù)設(shè)計圓梁山隧道設(shè)計圖（第五冊，共九冊）》 鐵道部第二勘測設(shè)計院 （ 2） 《圓梁山隧道富水區(qū)高水壓地段注漿堵水實施性施工方案》 中鐵隧道集團有限公司 山東科技 大學工程碩士專業(yè)學位論文 9 （ 3） 國家、地方及各部委相關(guān)的規(guī)范及標準 （ 4）采用工程類比，參照其它類似注漿工程施工實際 注漿方案的選擇標準 注漿方案 的選擇主要是研究地層的注漿方式、注漿圈加固厚度。 注漿方式 注漿方式包括預(yù)注漿和后注漿兩種。預(yù)注漿是指在開挖面采取超前鉆孔，通過鉆孔進行注漿施工，預(yù)注漿包括全斷面超前預(yù)注漿和局部超前預(yù)注漿，及探水孔預(yù)注漿；后注漿是指在開挖完成后，對開挖面不能滿足工程質(zhì)量要求時而采取的一種注漿措施，后注漿包括徑向注漿、局部注漿和補充注漿。注漿方式的選擇應(yīng)以掌子面能否滿足進行安全開挖施工為前提，若掌子面前方地質(zhì)條件能滿足安全開挖施工要求，則應(yīng)首先進行掌子面的開挖施工，在開挖施工完成后進行后注漿措施，以達到注漿堵水、加 固圍巖的目的；若掌子面前方地質(zhì)條件不能滿足安全開挖施工要求，則應(yīng)首先在掌子面進行預(yù)注漿措施，以達到注漿堵水、加固圍巖的目的，滿足隧道的安全開挖施工要求。 關(guān)于注漿方式的選擇標準主要參考①鐵二院地質(zhì)設(shè)計資料， 《新建鐵路重慶至懷化線補充技術(shù)設(shè)計圓梁山隧道設(shè)計圖（第五冊，共九冊）》所提供的相關(guān)內(nèi)容 ；②現(xiàn)場進行超前 TSP 預(yù)報資料、洞內(nèi)地質(zhì)素描和預(yù)測預(yù)報資料 ；③ 現(xiàn)場超前 地質(zhì) 探孔 預(yù)測預(yù)報等。在施工過程中，通過監(jiān)控量測，根據(jù)鐵二院動態(tài)設(shè)計要求，在施工中對注漿方案選擇標準進行完善。 圓梁山隧道注漿方式 選擇標準如表 1 所示。 [2][3] 注漿方 式 選擇標準表 表 1 方 案 選擇標準 超 前 預(yù) 注 漿 方案一 ① 可溶巖與非可溶巖接觸帶，斷層破碎帶及毛壩向斜核部； ② 施工中可能發(fā)生嚴重突水突泥等地段； ③ 探水孔流水量 ≥10m3/h。 方案二 ① 巖層接觸帶，物探電阻異常帶； ② 施工中可能發(fā)生嚴重突水突泥等地段； ③ 探水孔流水量 ≥10m3/h。 后 注 漿 方案三 ① 一般富水地段； ② 巖體完整，探水孔流水量 2m3/h≤Q＜ 10m3/h，開挖后大面積淌水。 方案四 ① 一般富水地段； ② 巖體完整，探水孔流水量 2m3/h≤Q＜ 10m3/h。 ③ 開挖后局部有較大的流水； ④ 初支完成后不能滿足鐵二院設(shè)計的排水量 ≤5m3/md 要求，不能確保結(jié)構(gòu)防排水的等級需要； 山東科技 大學工程碩士專業(yè)學位論文 10 注漿圈加固厚度 注漿圈加固厚度主要應(yīng)滿足開挖施工安全要求，開挖后抗水壓要求。根據(jù)力學模擬計算，注漿加固圈厚度 B 一般情況下應(yīng)滿足下式要求： [9][10] DB )3~2(? 式中： B —— 注漿加固圈厚度（ m）； D —— 開挖斷面寬度或高度（ m）。 根據(jù)注漿加固圈計算公式，結(jié)合圓梁山隧道工程及水文地質(zhì)特點，以及開挖施工狀況，注漿加固圈厚度選擇標準如表 2 所示。 注漿 加固圈厚度 選擇標準表 表 2 參數(shù)值 全斷面超前預(yù)注漿 徑向注漿 平導 3m 5m 3m 下導坑 2m 3m 5m 8m 正洞 5m 8m 5m 隧道開挖施工主要包括平導開挖、正洞全斷面開挖、下導坑開挖，以及利用下導坑進行正洞擴挖等四種開挖型式。 ①平導全斷面超前預(yù)注漿可根據(jù)地層中水量大小，圍巖破碎狀況選擇注漿加固圈 厚度為 3m、 5m 兩種；徑向注漿加固圈厚度為 3m； ②下導坑全斷面超前預(yù)注漿可根據(jù)地層中水量大小，圍巖破碎狀況選擇注漿加固圈厚度為 2m、 3m兩種；徑向注漿主要是通過下導坑加固正洞開挖輪廓線外 5m、 8m兩種，以滿足正洞的安全施工及抗水壓要求； ③當正洞采用全斷面開挖施工時，正洞全斷面超前預(yù)注漿可根據(jù)地層中水量大小，圍巖破碎狀況選擇注漿加固圈厚度為 5m、 8m兩種；徑向注漿加固圈厚度為 5m； 設(shè)計 參數(shù) 注漿設(shè)計參數(shù)，主要是根據(jù)力學計算，工程類比等手段選擇合理的漿液擴散半徑、終孔間距、注漿段長度、止?jié){巖墻厚度等 參數(shù)，并在施工中不斷完善、優(yōu)化。 [4][15][16][18] 漿液擴散半徑 根據(jù)堵水要求和注漿加固后的抗水壓要求，結(jié)合圓梁山隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特點，注漿材料選擇采用普通水泥 水玻璃雙液漿、普通水泥單液漿、和 TGRM 單液漿三種注漿材料。根據(jù)注漿材料的顆徑尺寸，采取工程類比，漿液擴散半徑選取為： R =2m。在現(xiàn)場注漿施工過程中，可根據(jù)注漿施工中地層的吸漿能力，注漿效果的檢查評定等狀況，對漿液擴散半徑進一步調(diào)整。 山東科技 大學工程碩士專業(yè)學位論文 11 終孔間距 根據(jù)注漿加固交圈理論， 注漿后應(yīng)能形成嚴密的注漿帷幕，在注漿終孔斷面上，根據(jù)注漿擴散半徑進行注漿設(shè)計時不應(yīng)有注漿盲區(qū)存在，這樣，在進行注漿設(shè)計時，注漿終孔間距 a 應(yīng)滿足下式要求。 Ra 3? 式中： a —— 注漿終孔間距（ m）； R —— 漿液擴散半徑（ m）。 注漿段長度 注漿段長度一般應(yīng)綜合考慮選擇鉆機的最佳工作能力、余留止?jié){墻厚度、根據(jù)加固圈要求進行注漿設(shè)計時盲區(qū) 最小時的最佳設(shè)計孔數(shù)等等內(nèi)容。根據(jù)工程類比，經(jīng)過進行預(yù)設(shè)計，在進行超前預(yù)注漿施工時，注漿段長度 L 選擇為 L =30m。 止?jié){巖墻主要是指在進行超前預(yù)注漿施工時，為滿足抵抗注漿施工過程中注漿壓力的要求而采取的止?jié){模式。在注漿工程施工中，除第一循環(huán)止?jié){巖墻采用模筑砼施工外，其它循環(huán)段止?jié){巖墻主要由噴射砼層（或模筑砼層） +上一注漿循環(huán)余留止?jié){墻共同組成。 （ 1）第一循環(huán)注漿施工采用模筑砼止?jié){巖墻。止?jié){巖墻厚 度一般按下式進行計算。 ??? A PD 100 式中： D —— 止?jié){巖墻厚度（ m）； P —— 最大注漿壓力（ MPa）； A —— 注漿斷面面積 (m2 )； ? —— 混凝土容重（ t/m3）。 上式計算結(jié)果一般偏大，在國內(nèi)煤礦部門進行注漿施工時，一般采用如下經(jīng)驗數(shù)值。 當 P 2MPa 時，取 D =1m； 當 P =2～ 5MPa 時，取 D =～ ； 當 P =5～ 時，取 D =～ 。 根據(jù)計算公式，并結(jié)合國內(nèi)煤礦部門的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在圓梁山隧道注漿施工中，止?jié){巖墻厚度按表 3 進行取值。 止?jié){巖墻厚度 選擇標準表 表 3 參數(shù)值 注漿加固圈厚度 2m 3m 5m 8m 平導 ～ ～ 山東科技 大學工程碩士專業(yè)學位論文 12 下導坑 ～ ～ 正洞 ～ ～ （ 2）自第二循環(huán)開始，當采取余留上一注漿循環(huán)止?jié){墻時，一般情況下，止?jié){巖墻厚度 D 按下式進行計算。 LD )~(? 式中： D —— 止?jié){墻厚度（ m）； L —— 注漿段長度（ m）。 在進行超 前預(yù)注漿施工時，注漿段長度選擇為 L =30m，由公式計算得止?jié){墻厚度D =6～ 9m。 一般情況下，噴射砼或模筑砼層選擇標號為 C20，厚度一般為 30～ 50cm；余留止?jié){墻可參考計算結(jié)果，并結(jié)合盡量消除注漿盲區(qū)，減少注漿孔的布設(shè)數(shù)量的原則，采取工程類比，進行余留止?jié){墻的設(shè)計。 注漿設(shè)計 根據(jù)注漿設(shè)計參數(shù)進行注漿設(shè)計。 平導注漿設(shè)計 （ 1）超前預(yù)注漿（ B =3m） 平導超前 預(yù)注漿（ B =3m）注漿設(shè)計如圖 2 所示，注漿孔設(shè)計參數(shù)如表 4 所示。 5810 20 1819679XY123414131211152322171621R607R320300 300614 注漿孔橫斷面布設(shè)圖 注漿孔終孔交圈圖 山東科技 大學工程碩士專業(yè)學位論文 13 262030002620300038038030061421300 注漿孔縱剖面布設(shè)圖 圖 2 平導超前預(yù)注漿（ B =3m）注漿設(shè)計圖 平導超前預(yù)注漿（ B =3m）采用 MKD5S 鉆機成孔，成孔直徑φ 90mm，鉆孔深度參照注漿孔布設(shè)參數(shù)表。注漿段長度 30m，注漿施工采用水囊式止?jié){塞進行后 退式分段注漿，若地層圍巖較差，出現(xiàn)返漿現(xiàn)象嚴重時，可采用袖閥管后退式分段注漿工藝進行注漿施工。注漿完成后開挖 ，余留 作為下一循環(huán)注漿施工的止?jié){巖墻。在該注漿設(shè)計中，針對鉆孔 注漿盲區(qū)，應(yīng)在長管注漿完成后，應(yīng)每開挖 2m，采取超前小導管進行補充注漿，以提高注漿施工質(zhì)量，確保開挖施工安全。 [4][8] 平導超前預(yù)注漿（ B =3m） 注漿孔布設(shè)參數(shù)表 表 4 注漿 孔號 開孔坐標 終孔坐標 偏角 （度） 立角 （度） 孔深 （ m） X0(cm) Y0(cm) X(cm) Y(cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 287 12 13 14 山東科技 大學工程碩士專業(yè)學位論文 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 （ 2）超前預(yù)注漿（ B =5m） 平導超前預(yù)注漿（ B =5m）注漿設(shè)計如圖 3 所示，注漿孔設(shè)計參數(shù)如表 5 所示。 平導超前預(yù)注漿（ B =5m）采用 MKD5S 鉆機成孔，開孔直徑φ 130mm，開孔深度2m，開孔完成后安設(shè)φ 108mm 孔口管，之后，采用φ 90mm 鉆頭進行鉆孔，若地層破碎，可采取前進式分段注漿工藝進行注漿施工，否則，可采取后退式分段注漿工藝進行注漿施工。鉆孔深度參照注漿孔布設(shè)參數(shù) 表。注漿段長度 30m，注漿完成后開挖 23m，余留 7m作為下一循環(huán)注漿施工的止?jié){巖墻。針對鉆孔 注漿盲區(qū)，應(yīng)在長管注漿完成后，每開挖 2m，采取超前小導管進行補充注漿，以提高注漿施工質(zhì)量，確保開挖施工安全。 12143215302135343337232827