大回山隧道F23富水断层信息化超前预注浆加固技术研究

【摘 要】 结合新建厦深铁路（福建段）客运专线大回山隧道工程实践，通过信息化超前预加固堵水注浆，优化了注浆加固圈厚度和钻孔数量，较好地提高了功效，攻克了大回山隧道f23富水断层施工难题，供今后类似工程参考。

【关键词】 隧道；f23富水断层；信息化注浆 【中图分类号】g64 【文献标识码】e 【文章编号】2095-3089（2013）9-0-02 1 概述

新建厦深铁路福建段大回山隧道位于福建省诏安县境内，为新建厦深铁路ⅲ标重难点工程，隧道全长3403m，分进出口两端掘进，其中位于出口dk133+060～+260、dk166+650～+750段为两处断层破碎带的不良地质现状。

本隧道主要分布燕山期粗粒花岗岩，粗粒花岗岩主要由石英、长石、云母等矿物组成。断层处均为ⅴ级围岩，围岩的节理、裂隙发育且围岩自稳能力较差，不利于施工。鉴于此种情况，对断层处采取信息化超前预注浆加固施工技术可以加快施工进度，确保隧道的施工安全。

通过对传统超前注浆设计理念创新提出信息化注浆设计理念，使注浆更具有针对性，在保证注浆效果的基础上减少工程数量，并通过新的施工模式、新型注浆材料和注浆效果检查新方法提出和应用，实现了富水断层快速施工的目的，并成功推广应用。

2 本技术领域国内外现状和技术发展趋势

目前，国内正处于铁路客运专线施工高峰阶段，为保证施工安全，隧道断层破碎带超前预注浆施工技术显得尤为重要。由于隧道所处地域的差异很大，超前预注浆施工周期长、成本高，使超前预注浆技术推广受到一定的限制。

本文研究旨在以厦深铁路大回山隧道为工程背景，寻求探索在复杂地质条件下，在隧道的监控及超前预报的前提下，把地质勘测资料、量测数据、地质观察、超前地质预报等方面的信息有效地结合起来，分析影响监控量测和超前地质预报数据准确性的不确定因素的分析方法，把数据反馈到施工中，确定预注浆方案指导隧道施工。 3 施工技术

3.1信息化注浆设计新理念

全断面预注浆是对隧道开挖工作面及开挖轮廓线外一定范围引起的松动圈进行注浆加固，形成全断面注浆帷幕，以此来抵抗外水压力。其假定条件地层是均匀的，外侧水压力均匀分布，注浆堵水加固范围与水压力有关，水压力越高、水量越大，加固范围也就越大，如图1所示。目前铁路隧道一般平导普遍采用3～5m注浆圈，正洞采用5～8m注浆圈。

而实际工程中地层是不均匀的，其透水性也是不完全相同的。信息化注浆设计就是用探孔或前期注浆孔探明的地质情况，先进行分区定位，确定预注浆重点范围，通过前期外圈注浆改变岩体的透水性，使隧道周边地层中水量得到有效控制，然后按均匀地层进行“合

理步距，由外及内”方式实现基本区域注浆加固，并对局部区域进行注浆补强，保证隧道开挖安全。每个注浆孔既是探孔、又是注浆孔和检查孔，按照注浆孔探明的地质及前期注浆情况，确定注浆参数和注浆工艺。因此，信息化注浆设计又可称为“动态注浆设计”。如图2所示。

3.2信息化注浆设计关键技术 该工法主要包含四个方面关键技术：

①分区定位、锁定区域。先考虑对隧道开挖轮廓线外3～5m区域进行钻注施工，探测破碎岩体周围强水区与弱水区，以确定需要注浆的基本加固区和加强区。

②控域注浆、区域加强。先对基本注浆区（3～5m范围）进行钻孔注浆，基本注浆区完成后，对探明的强水区进行补注浆加强（5～8m范围）。

③环环相扣、过程控制。严格按照“先外圈后内圈、同圈间隔跳孔”的顺序进行注浆，后续注浆孔兼做前序孔注浆效果检查孔，通过加强单孔注浆过程控制，确保整体注浆效果。

④效果检查、标准评定。富水断层既要达到堵水效果，又要起到加固作用，因此，应严格按制定的标准进行注浆效果检查，未达到标准必须进行补充注浆。

3.3信息化注浆设计施工效果分析

（1）可靠性分析。经过厦深线大回山山隧道近15个循环的注浆施工和开挖揭示，采用精细注浆设计在富水破碎带注浆施工中，均

能达到预期的注浆效果，满足安全开挖技术要求。

（2）经济性分析。以厦深线大回山隧道f23富水断层施工为例，对一般全断面超前注浆法和采用信息化注浆设计全断面注浆法进行经济效益分析如下。

图3 注浆孔数量比较 图4 注浆作业时间比较 图5 延米注浆量比较

①工程数量比较。如图3由两种工法注浆孔数量比较来看：平导按目前全断面超前预注浆3个循环，平均循环注浆孔数量为90个；信息化注浆12个循环，平均循环注浆孔数量为26个，孔数减少71%。正洞按目前全断面超前注浆1个循环，循环注浆孔数量为122个，信息化注浆实施12个循环，平均循环注浆孔数量为50个，孔数减少59%。

②循环工期比较。如图4由两种注浆工法循环作业时间来看：平导按目前全断面超前注浆3个循环，平均循环作业时间45天；信息化注浆12个循环，平均循环作业时间18天，为目前全断面超前注浆循环作业时间的40%。正洞按目前全断面超前注浆1个循环，循环作业时间为63天；信息化注浆12个循环，平均循环作业时间为25天，为全断面超前注浆循环作业时间的39.7%。 ③浆材消耗比较。如图5全断面超前注浆延米注浆量平导为50.2m3，正洞为63.8m3；信息化注浆延米注浆量平导为21.3m3，正洞为36.1m3。信息化注浆较全断面超前注浆，平导延米注浆量减少42.4%，正洞减少56.4%。

通过比较分析采用信息化注浆设计施工在工程数量、施工时间和材料消耗方面均明显减少，对快速施工起到了关键作用，具有明显的社会效益和经济效益。 4 钻孔注浆机械配套

机械设备配套是保证注浆质量，加快注浆进度的重要环节。针对富水断层钻孔注浆施工，钻孔注浆设备不仅要具有顶压钻进、退钻、自动装卸钻杆的能力，且需推进力大、扭矩高以满足快速钻进能力。经过对国产mz-200、日本矿岩150c、意大利c6三种钻孔设备性能的对比和应用试验。国产mz-200钻机在富水地层，初开初始速度为18m/h，钻深到10m后，钻进速度急剧下降，当钻孔深度到20m时，钻进速度已为5m/h以下，钻进效率极低。

意大利c6和日本矿岩150c钻机在富水条件下，初始速度为约18m/h，随着钻孔深度加大，钻进速度匀速下降，当钻孔深度达到30m时，钻进速度仍能保持在15m/h左右，两者都适合于富水断层快速钻进的施工要求。

为满足富水断层注浆需要，注浆设备的配置必须兼顾单液、双液注浆方式的作业要求。通过对国产注浆泵的比选分析，zjb（bp）-30型单液注浆泵和kby90/150双液泵较为适合。zjb（bp）-30型单液注浆泵采用先进的高变频调速技术无级调速，零起动运行平稳，对电网无冲击，保护装置完备、安全、节能、结构简单，操作方便，施工效率高。kby90/150双液泵可实现双液注浆，操作简单、流量大、压力高、性能稳定特点。

5 确定注浆施工断面

为了进一步提高隧道施工机械化程度，提高施工效率，施工企业大都引进了国外先进的大型履带式全液压钻孔设备如意大利卡萨、日本矿岩等，用于软弱地层超前注浆加固等施工。该隧道超前注浆采用意大利履带式c6型钻机，该钻机最大仰角为23度，可以覆盖高度为3.8～4.5m的作业断面，很难实现一次性全断面开孔作业，因此必须根据钻机和注浆施工要求进行合理施工断面研究。 经过现场多循环的实际应用，采取上半断面开孔实现全断面注浆加固作业模式，均能达到预期的注浆效果。通过上半断面开孔完全可以实现全断面加固的目的，可以有效地减少止浆墙封堵工程量，减少工序转化，每循环可节约工期5～7天，对于需要多循环钻孔注浆作业的地层，有利于开挖安全风险控制，加快施工进度。 上半断面开孔加固全断面钻注作业即在隧道开挖施工过程中采取上下台阶开挖平行推进方式，每循环下台阶开挖距上半断面10～12m停止，并将预留未开挖段作为钻机作业平台，在上半断面施作混凝土止浆墙，通过从上半断面开孔完成对全面注浆加固作业的施工模式。 6 新型注浆材料

目前注浆施工中常用的注浆材料有普通水泥单液浆、水泥-水玻璃双液浆以及超细类的等浆材。由于普通水泥单液浆液凝结时间长不利于控域注浆。水泥-水玻璃双液浆凝胶时间可调，但结石体强度低，操作性差。超细类浆材料单价高，仅适宜用于特殊条件下使

用。

硫铝酸盐水泥单液浆作为一种新型注浆材料，兼顾了普通水泥单液浆高强，水泥-水玻璃双液浆凝胶结时可调的特点。硫铝酸盐水泥经适当配合后，锻烧成含有适量无水硫铝酸钙的熟料，再掺适量石膏共同磨细所得的水硬性胶凝材料，具有早期强度高、长期强度稳定、低温硬化性能好的特点。在隧道及地下工程注浆施工中，硫铝酸盐水泥单液浆具有：凝结可控、高强可靠、操作简单等特性，对隧道工程“注浆堵水、加固地层”十分有利，且对超前预注浆快速施工发挥较高的作用。 7 注浆效果检查新方法

注浆效果检查评定方法和标准对提高注浆质量，防止注浆隐患有着极其重要的作用。目前也没有一个较为系统完善、可操作性强、安全可靠的标准和规范，以适应地下工程注浆堵水加固需要。经过施工中反复研究应用，利用孔内摄影技术通过钻设的检查孔对注浆段内的地层进行摄像记录，能够较为直观的对地层地质状况，浆液充填度和地层的稳定性以及出水情况进行直观判识，可对注浆效果进行客观评价，指导开挖施工。该方法是一种具有操作方便、高效、直观的特点，成为一种新的注浆效果评定检查方法，可以取代钻孔取芯被推广应用。 8 结论

通过对信息化超前预注浆设计理念、机械配套、施工模式、注浆材料及新的效果评定方法的研究应用，运用该技术后，实现了钻孔

注浆的快速施工，成功穿越1条f23断层破碎带和1条f23富水断层构造带。目前以铁路隧道全断面超前注浆循环加固长度25m为例，运用该技术后一般在富水断层破碎带钻注施工周期为15～20天，较目前常用的工法缩短工期10～20天，同时保证了隧道安全质量，降低了工程成本。 参考文献

[1]伍军，大跨度隧道施工与围岩加固浅析，山西建筑，2008，319-320

[2]孙国庆.齐岳山隧道f11高压富水断层注浆设计与施工技术探讨[j].隧道建设，2010，304-308