特高压富水隧道钻孔注浆动态施工工艺

特高压富水隧道钻孔注浆动态施工工艺陈国强 韩银辉摘 要 以中天山隧道为例，介绍通过特种设备进行隧道特高压富水段的钻孔注浆施工，在原有全断面注浆及帷幕注浆基础上进行创新，采用了“注浆局域划分，对角泄水降压”的原则进行动态注 浆施工，取得了极好的效果，为安全快速的通过高压富水区积累了宝贵的经验。

关键词 特高压富水 特种设备 钻孔注浆 施工工艺1 工程概况中天山隧道位于托克逊、 和硕间中天山东段 的岭脊地区， 穿越中天山北支博尔托乌山中山山 地 ， 平 均 海 拔 1100 ～ 2950m ， 最 高 海 拔 为 2951.6m，隧道最大埋深 1700m。

隧道设计为两 座单线隧道，线间距 36m，左线全长 22449m。

中 天山隧道为高风险等级隧道， 按规范要求在施工 过程中采用物探 TSP 长距超前地质预报、 红外探 水与超前钻孔相结合的方法验证掌子面前方水 文地质情况， 掌子面开挖至 DK154+856 在进行超 前探孔施工时遇到特高承压水。

2 设备选型及左右线联合测压2.1 设备选型根据利用普通潜孔钻机进行超前地质预报 探明的出水情况，确定水压至少 4MPa 以上，普 通钻机已无法满足此高压下的正常钻孔施工， 同 时考虑高水压治理过程中需进行高压环境下的 注浆施工， 综合各因素确定了目前国内最为先进 的 RPD-150C 多功能钻注一体机进行特高压富水 段的钻孔注浆施工。

2.2 水压测定2.2.1 孔口管安装 采用 RPD-150C 多功能地质钻机钻孔，安装 孔口管（管径 89mm） 、高压闸阀（10MPa） 、防震 压力表（10MPa） ，采用锚固剂将孔口管锚固牢 固，并安设长 3.0mφ 22 砂浆锚杆锚固，确保孔 口管牢固。

孔口管安装示意图如图 1。

 图 1 孔口管安装示意图2.2.2 打设探孔 在掌子面布设 3 个探测孔，探测孔编号为 T1（中上） 、T2（左下） 、T3（右下） ，采用 65mm 钻头钻进。

T1 号孔钻进至 9m 位置出现承压水， T2 号孔钻进至 8m 位置出现承压水, T3 号孔钻进 至 10.5m 位置出现承压水, 承压水的压力随着 钻进长度的增加而增大，探孔深度均为 33m。

探 孔出水情况如图 2。

T1 孔T3 孔T2 孔图 2 超前探孔出水情况 2.2.3 左右线联合测压 为进一步掌握承压水的水文特征， 为施工方 案的确定提供了理论依据和参考数据， 左右线在 掌子面进行了联合测压工作： （1）隧道右线泄水情况下，左线稳定水压 测试为 1.6MPa，隧道左线泄水情况下，右线稳 定水压测试为 2.3MPa； （2）在隧道左、右线均关闭情况下左右线 水 压 上 升 较 快 ， 40 分 钟 左 线 静 水 压 上 升 至 4.5MPa，60 分钟达最高值 6.3 MPa，单孔涌水量 为 350 m /h； （3）左线（右线）打开闸阀后，右线（左 线） 水压下降较快， 20 分钟下降至稳定水压 2.0 MPa。

经现场左右线联合测压得出水体具有连通 性好、 静水压大、 补给快、 单位溶水量小的特点。

33 施工方案3.1 施工方案的确定原则根据 “中天山隧道斜井工区高压富水段施工 方案论证会”的专家意见，采用“注浆减排、排 水降压” 的原则处理富水段。

同时为保证注浆效 果， 经我项目部技术小组的讨论研究， 提出了注 浆施工采用“注浆局域划分，对角泄水降压，动 态管理施工”的原则进行注浆施工，加大注浆、 中天山隧道出口端掌子面采用超前注浆堵 水通过富水段。

根据超前地质预报资料， 富水段 长度左线按 82m 考虑， 施工中应根据每循环超前 钻探等地质工作确定富水段长度及地质情况。

由 于涌水地段水压高达 6.3MPa，超前注浆需在泄 泄水孔空间距离，减小串浆几率。

3.2 施工方案水降压后进行,每循环施工长度以 30m 为宜。

3.2.1 止浆墙施工 根据前方围岩情况确定止浆墙厚度 （4~8m） ， 采用 C35 砼浇筑， 模板采用木模， 2 次施工完毕， 施工缝预留接茬筋并埋设钢边止水带， 以保证施 工缝止水效果，拱部预埋设 2.0mΦ 42 超前注浆 小导管， 对止浆墙与初期支护间的空隙进行注浆 封堵，以保证止浆墙良好的堵水效果。

3.2.2 泄水孔布置 由于涌水地段水压高达 6.3MPa，注浆前在 掌子面附近左上、左下、右上、右下各布设 1 个泄水孔， 为减少施工中的干扰， 泄水孔施工避 开注浆加固圈，开孔里程设置在掌子面后方 5m 范围内； 采用前进式分段注浆成孔， 有效的封堵A28 A27 A26 B26 A25 A24 A23 A22 B21 C15 A21 A20 B20 B19 B24 B25 C19 B27 B28 C21 D1 E7 E6 E5 D11 C14 B18 A18 D10 C13 B17 A17 D9 C12 B16 A16 E8 E4 D8 C11 B15 A15 D7 C10 B14 A14 E1 E2 D4 E3 D6 C9 B13 A13 D5 C8 B12 C6 C7 B8 B9 A9 A10 A11 A1 B1 C1 D2 D3 A2 A3 B3 C2 B4 C3 B5 C4 A4 A5 B6 C5 B7 A6 A7 A8了注浆加固圈， 终孔位于开挖轮廓线外 10m （加 固圈范围外 2m）孔深均为 30m，主要释放掌子 面前方 25m 左右的压力水。

注浆时，采用“注浆局域划分，对角泄水降 压”的原则，即对左上部位注浆时，右下部位泄 水； 加大注浆、 泄水孔空间距离， 降低串浆几率。

3.2.3 注浆范围 注浆加固范围确定为开挖轮廓线外 8m,注 浆循环节长度 30m（含 4m 止浆墙，开挖 18m,预 留 8m 作为止浆岩盘） ； 根据注浆过程中钻孔探测 的富水区域、岩性特征,有针对性的增设注浆孔 强化富水区域注浆。

注浆孔开孔布置见图 3、纵 断面如图 4 所示。

C20 D14止浆墙600C18 D13B23 C17 D12 B22 C16排水沟B11 B10A19A121600400注浆孔检查孔13001500图 3 注浆开孔布置图 3.2.4 注浆材料 注浆材料采用普通水泥单液浆(简称 C 浆)为主，普通水泥-水玻璃双液浆 (简称 C-S 浆)为辅，现注浆材料配比如表 1 所示。

表 1 注浆材料图 4 纵断面图 3.2.5 注浆参数 注浆参数见表 2。

配比参数 序号 名 称 水灰比 1 2 普通水泥单液浆 普通水泥-水玻璃双液浆 W:C=（0.8～1） ：1 W:C=(0.8～1):1 体积比 C:S=1:(1～0.3) 水玻璃浓度 35～39Be′注：现场注浆施工中根据情况进行浆液种 类和配比的选择调整。

①初始注浆时采用普通 水泥单液浆进行注浆，当泄水孔出现串浆时，采用普通水泥-水玻璃双液浆进行封堵； ②如普通水泥-水玻璃双液浆可以封堵串浆， 改 用普通水泥单液浆继续进行注浆800800B2DK154+856表 2 注浆参数 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 参数名称 纵向加固段长 横向加固范围 浆液扩散半径 注浆速度 注浆终压 终孔间距 注浆量 注浆方式 钻孔数量 孔口管 参数值 30m 工作面及开挖轮廓线外 8m 2.0m 5～110 L/min 8～12MPa ≤3.0m Q=Anα(1+β) 前进式分段注浆结合孔底注浆 注浆孔 检查孔 71 个 6 个（总注浆孔的 8%） 充填率 nα(1+β)约为 7% 分段长度根据现场涌水量调整 出水重点区域可补孔 C3、C6、C9、C13、C16、C19 施工时视情况调整 备 含止浆墙２ｍ 注L=3m，φ89mm，壁厚 4mm3.3 钻孔注浆施工工艺3.3.1 钻孔注浆工艺流程测量放线、标注钻孔位置 钻机及平台车就位固定 钻孔方向确定 钻设Φ63 钻孔 3～5m 配制浆液 第一分段长度注浆 第二个分段长度钻孔 配制浆液 第二分段长度注浆 … 效果检查 钻Φ108 钻孔至 3m 深度 安设 3mΦ89 孔口管 前进式分段注浆不 继续注浆 好 好结束该孔钻孔注浆施工整体注浆效果 检查不 补孔注浆 好 好结束图 5 钻孔注浆工艺流程图 3.3.2 施工顺序 ①测量放线：定出隧道中线及法线，根据 方案中孔位布置在止浆墙上用射钉标出钻孔 位置，钻机就位后，测量钻杆方向，保证钻孔 立体位置控制与设计基本相吻合，确保注浆质 量。

②先用钻机开深 2.8m， 直径Φ 130mm 的 钻孔，安设固结 3m 长Φ 108mm 孔口管。

③通过孔口管钻设Φ 90mm 注浆孔，钻到 5m 深时开始实施注浆作业。

④根据高压富水地段的实际情况，拟采取 前进式分段注浆工艺进行钻孔注浆施工，注浆 分段长度根据钻孔涌水量和地层破碎程度控 制。

⑤若钻孔过程中遇到较大突涌水，则应立 即停止钻孔进行注浆。

3.3.3 钻孔注浆顺序 钻孔注浆按“由外到内、由上到下、间隔 跳孔” 的原则进行， 每排注浆孔先施作奇 （偶） 数孔，后施作偶（奇）数孔，对局部水量大的 区域注浆完成后有针对性的进行补强注浆。

3.3.4 注浆结束标准 （1）单孔注浆结束标准 单孔注浆结束标准以定量定压相结合的 方式控制。

定量标准：当注浆量达到设计注浆量的 1.5～2 倍，压力仍然不上升，可采取双液注浆 等措施结束该孔注浆； 定压标准：注浆过程中，压力逐渐上升， 流量逐渐下降，当注浆压力达到 8～12MPa 并 维持 5～20min 可结束该孔注浆。

（2）全段结束标准 ①设计的所有注浆孔均达到注浆结束标 准，无漏注现象。

②按总注浆孔的 5～10%设计检查孔，检 查孔满足设计要求。

3.3.5 效果检查及评定 注浆效果评定是决策开挖施工方案的依 据。

钻孔注浆结束后根据统计数据进行详细的分析，在水量、水压可控，施工安全有保障， 达到泄压减排的注浆效果后方可按设计进行 开挖。

（1）分析法 ①P-Q-t 曲线分析法 根据现场钻孔所揭示的地质状况，注浆结 束后依据注浆量和注浆压力随注浆时间变化 情况绘制 P-Q-t 曲线分析及反算注浆后地层的 浆液填充率判断注浆效果。

②注浆堵水率及钻孔涌水量分析法 对施工过程不同阶段钻孔中最大涌水量 进行统计， 分析各阶段的堵水率,并绘制涌水量 随时间变化的曲线，以确定是否达到注浆效 果。

（2）检查孔法 ①检查孔涌水量测定法 注浆结束后，根据钻孔注浆施工过程出水 区域分布情况及注浆相对的薄弱区域钻设检 查孔进行效果检查，检查孔钻深应穿越裂隙地 段，检查孔效果检查完后兼做补充注浆孔使 用。

检查孔按总注浆孔的 8%布置。

②检查孔孔内摄像 利用钻机先进的孔内摄像法对检查孔内 注浆情况进行检测分析，若检查孔孔壁较为光 滑，成孔性较好、无塌孔现象，孔壁有较明显 的浆液充填痕迹，说明注浆效果明显。