鸿图嶂隧道后注浆堵水与防排水施工技术应用

李 彬

(保利长大工程有限公司，广州 510620)

0 引言

广东大丰华高速公路鸿图嶂隧道紧邻飞泉电站、飞泉水库、三度水库及下穿八乡山水库，隧址区经历了燕山期和喜山期构造运动，褶皱剧烈，断层发育，有26条断层存在。由于断裂破碎带处岩体结构面发育，贯通性好，围岩的整体强度低，自稳能力差，在隧道修建过程中往往伴随着裂隙水、富水等问题，不良工程地质问题层出不穷，如突水、涌泥、塌方等。若采取以排为主，则长期排水带来地表生态环境破坏、地下水资源的浪费等，严重影响隧道的施工安全和效率、当地旅游业的开发及毗邻水库的蓄水发电和下游村庄饮用水问题。

为了确保鸿图嶂特长隧道的施工和今后的运营安全，本文结合隧道施工，对富水段落后注浆堵水及排水施工进行分析，控制断裂破碎带的排水和隧道涌水量，保持地下水环境的相对平衡及原有的生态环境，介绍径向后注浆加固的方法及工艺。

1 工程概况

1.1 地形地貌

鸿图嶂隧道进口端位于丰顺县汤西镇，从莲花山山脉八乡山位置通过。隧道穿过中低山地貌区，地面标高245～1 060m，相对高差约715m，山体植被发育。丰顺端洞口位于低山山体南侧，山体陡峭，分布多条沟谷，其中K90+00～K91+000段为山体抬升段，地形为陡崖。地表分布多处山谷溪流，水系发育。

1.2 工程地质水文情况

鸿图嶂右线隧道单头掘进约1.25km至K90+717处遭遇F4-3断层破碎带，原设计衬砌类型为S-Ⅱ～JS-Ⅱ，埋深约310m。隧道穿越地层主要由微风化安山玢岩组成，存在两组大倾角节理面，岩体较完整，局部较破碎，岩质坚硬。F4-3走向北北西，倾向54°，倾角84°，为张性断层，约50°角穿过隧道线位，断层组成物为辉绿岩脉、碎裂岩、硅化破碎火山岩等。渗透系数经验值K=20m/d。根据设计图纸F4-3断裂破碎带形成的构造裂隙水量较大，并可能对本段基岩裂隙构成侧向补给。根据古德曼经验式涌水量预测结果，K90+470～K91+010段最大涌水量为6 833.71 m3/d。

1.3 开挖后现场情况

隧道开挖至K90+675后开始出现拱顶淋雨状出水，随着开挖的继续掘进，隧道出水量逐渐增大。开挖至K90+717后，受两组大倾角节理面影响，拱顶偏右侧出现小型滑塌，伴随较大基岩裂隙水流出，K90+675～K90+717段出现大面积淋水状出水和多处股状出水。待隧道围岩出水稳定后，经初步测算，出水量约为5 000m3/d。

为尽量不改变地下水结构及减少地下水资源的流失，避免因地下水出水量超过隧道排水系统能力，影响运营安全和减少作用在二衬衬砌上的水荷载，根据限量排放的原则，对K90+675～K90+717富水段落采取全断面径向后注浆止水措施。

2 注浆堵水方案的确定

2.1 绘制隧道出水部位展开图

为保证径向后注浆的精确有效，注浆施工前，业主、设计、监理和施工单位对隧道施工现场出水部位及出水量大小进行详细记录并绘制隧道出水部位展开图，如图1～图3所示。

图1 隧道出水横断面

图2 隧道出水部位

图3 隧道出水纵断面

2.2 注浆设计方案

在隧道出水部位展开图绘制完后，针对出水情况，采用全断面径向后注浆结合局部注浆的方式堵水，如图4～图6所示。对于本路段径向后注浆，注浆范围为隧道开挖轮廓线以外3m～5m。注浆材料主要采用单液浆，困难时采用水泥-水玻璃双液浆，水泥为425#普通硅酸盐水泥，水灰比W/C=0.6～1.1，水泥浆与水玻璃体积比 1：0.3，凝胶时间根据现场情况确定，注浆压力为2MPa。

图4 隧道预注浆方案选择

图5 隧道预注浆堵水方案

图6 注浆管平面布置

2.3 注浆顺序

注浆顺序采取跳孔间隔注浆的方式进行，从水头高的一段开始注浆。如发现串浆现象，可多孔同时进行注浆，或者加深钻孔后下套管注双液浆，及时封堵裂隙水。

2.4 注浆效果检查

一个注浆段注浆结束后，随机抽取不少于总孔数的5%且不少于3个检查孔，对该段注浆效果进行检查，检查孔内涌水量不大于5L/min，否则需要加密钻孔注浆，补充注浆。

3 注浆的具体实施

3.1 工艺流程

注浆的工艺流程如图7所示。

图7 注浆工艺流程

3.2 施工准备

(1)注浆人员及设备:施工人员12人、钻孔台车1台、YT-28气腿式凿岩机12台、注浆泵2个、流量计2个、搅拌机1台、拌合站等。

(2)施工材料:止浆塞、孔口管、土工布、水泥、水玻璃、缓凝剂等。

3.3 钻孔

隧道开挖后先对围岩裂隙进行标记，进行掌子面素描，以便喷射混凝土后能迅速找到注浆点，提高注浆效率。

钻孔前先用红油漆按设计标定注浆孔位，然后钻孔、安装孔口管，孔口管埋设。对无水孔采用干硬性早强砂浆堵塞定位，对于出水孔采用增强型防水剂和水泥配制的固管混合料来定位固定孔口管(图8)。注浆孔孔径为108mm，开孔孔径为150mm，开孔长200mm～300mm。

图8 固定孔口管

3.4 注浆

注浆施工前，先安装孔口管和止浆塞，采用快硬水泥浆液将孔口管与岩壁固结，并用钢筋缠绕增强孔口管与岩壁的摩擦力。待孔口管固结24h后开始进行浅孔注浆，并对注浆情况进行观察，若出现异常情况，及时对注浆参数进行调整。若出水量大，采用双液浆仍不能封堵时，可在附近实施深部引流泄压钻孔，减少基岩裂隙水对该孔的水力补给强度，再实施注浆。最后将引流泄压孔的水接管引至隧道拱脚处。

3.5 后注浆安全保障

(1)注浆作业人员需配备劳动保护用品，如口罩、眼镜、橡胶手套和长手套等。

(2)机电设备应设安全防护罩和漏电保护器。

(3)注浆施工前，应做注浆管道抗压试验，防止高压浆液喷出伤人。

(4)注浆施工时，应注意来往车辆对施工的干扰。现场要有专门负责人现场指挥，统一指挥，相互协调，确保安全生产。

(5)在注浆段落范围内，设置围岩变形监测点。注浆过程中密切关注围岩变形量，当超过容许值时立即停止注浆。

4 综合防排水措施

在隧道富水段落施工，采用径向后注浆施工后，往往还会有少量的水渗出，这时需结合进一步的综合防排水措施，构建行之有效的防排水体系，确保日后二衬不渗漏水。

(1)在注浆后的初支表面，将残余散水用环向排水管引至拱脚处，与隧道纵向排水管相接，减少散水的无序流淌以及和防水板、二衬接触的面积，防止地下水对隧道结构的腐蚀，提高结构的使用寿命(图9)。

图9 环向排水管

(2)采用EVA防水板+HDPE自粘式防水板技术，充分利用自粘式防水板遇热与二衬混凝土溶为一体的防水优势，增强整体防水性能，将隧道渗漏水完全封堵在防水板后面。

(3)采取多重保障措施，在二衬施工缝、沉降缝等防水薄弱处，增加一道环向排水盲沟，位于止水带与防水板(或背贴式止水带)之间，防止二衬施工缝漏水(图10)。

图10 环向排水盲沟

(4)二衬浇筑完成后，通过带模注浆施工工艺，可有效提高二衬拱顶注浆质量。在衬砌混凝土初凝前及时进行注浆，避免传统衬砌注浆浆液与衬砌“两层皮”现象，使衬砌结构整体性更好。

(5)提高隧道衬砌支护等级，防止后期因注浆材料的失效，导致围岩后水压力作用在隧道永久衬砌结构上，造成二衬开裂等现象。

5 结语

(1)鸿图嶂右线隧道K90+675～+717段采用径向后注浆止水后，现场监测显示，后期初支表面未出现大面积淋水或严重渗漏水，限量排放后出水量约为50m3/d(注浆前约为5 000m3/d)。初期支护基本稳定，表明本次注浆止水、加固效果良好。封堵了隧道围岩浅层裂隙和过水通道，减轻了围岩渗水对特长隧道侧式暗沟的排水压力，有效地减少了地下水资源的流失，限量排出隧道。

(2)结合地质情况，采取防、排、堵、截的综合治理方法，刚性防水和柔性防水相辅相成，充分利用各种防排水材料和工艺的特性，发挥各自优点，注重施工质量。在富水段落地区应加密布置排水管和排水沟，必要时选择双重防水板(EVA防水板+HDPE自粘式防水板)，加强施工缝和变形缝细部防水的处理，是构建部漏水隧道的关键之一。

(3)径向后注浆后再采取综合的防排水措施，在多重防排水技术的保障下，可杜绝二衬渗漏水现象，提升隧道品质工程的形象，改善日后隧道运营环境，延长洞内设施和二衬的使用寿命以及减少后期养护管理费用，具有较好的社会效益和经济效益，可为类似的隧道施工提供借鉴与参考。

(4)受工程建设期造价的影响，“以排为主”的设计理念，成本最低、施工简单，但对衬砌背后水压力和后期隧道衬砌渗水的处理考虑较少。“以排为主”的原则对环境影响较大，在施工阶段虽然可以降低造价，但长远对生态环境的影响却不可忽视，往往后期治理费用远大于前期施工治水费用，需综合分析研究。

(5)由于注浆材料的耐久性不同和使用寿命较短，可考虑提高隧道支护等级，增强其后期抗水压的能力。