高压富水深埋充填型溶洞注浆施工工法

'高压富水深埋充填型溶洞注浆施工工法中铁隧道集团有限公司:邹翀石新栋李治国张民庆一、前言高压富水深埋充填型溶洞是隧道施工的世界性难题，前期地质不易探明，在开挖时极易引发岩溶突水、突泥、涌砂等地质灾害。为了克服这一难题，确保渝怀线如期建成，经建设、设计、施工、监理各方共同努力，对施工中的技术难题进一步作科研立项和攻关，最终解决了工程中出现的各项困难，建成了渝怀线圆梁山隧道。圆梁山隧道是渝怀铁路线上最长的隧道，其穿越的毛坝向斜地质构造被国内外地质专家和隧道工程专家誉为“隧道设计和施工禁区”。在隧道的开挖施工过程中，揭示了五个深埋充填型溶洞。1#溶洞位于正洞DK354+255～+280。当隧道开挖到DK354+235时，揭示出一直径为2～3m的大型岩溶管道，最大涌水量10000m3/d，稳定涌水量为1000m3/d。受DK354+235岩溶管道水量泄出影响，1#溶洞填充介质受水的影响不大，有一定的自稳性，填充介质主要为淤泥质粉质粘土，夹杂部分漂石和砾石，测试地层含水率为33.3%。2#溶洞位于正洞DK354+460～+490。下导坑施工时，由风钻探孔揭示了该溶洞。探孔直径为Φ42，孔内射出远达30m的高压水，水呈铁锈色，含大量粉细砂。随后，采用MKD-5S地质钻机超前探孔时，钻孔（Φ90）内射出高压水和粉细砂，将钻杆顶出8m，瞬时涌水量达到860m3/h。持续6小时后由于粉细砂淤积，水量减小到40m3/h。此后，在该溶洞下导坑施工时，多次发生涌水涌砂。在全溶洞开挖施工及初支完成后，又突发涌水涌砂。通过水压监测，该溶洞测试水压值超过3.0MPa。3#溶洞位于正洞DK354+879。仍由下导坑施工揭示了该爆喷型溶洞，洞内填充的硬塑～软塑状粘性土瞬时喷出，塞满DK354+879～+635长244m的下导坑空间。随后，涌泥至DK354+550才基本稳定。4#溶洞由岩溶裂隙带构成，位于DK360+800～+960。隧道开挖时，分别于DK360+873、+875、+890、+950揭示出出水点。随后，随着降雨先后发生5次大规模涌泥涌砂。5#溶洞位于DK361+764。隧道开挖到DK361+764处在掌子面左下方突发大规模涌水涌砂。受降雨影响，施工中多次发生大规模涌水涌砂。施工中，通过采用普通水泥单液浆、普通水泥—水玻璃双液浆（简称C—S双液浆）、超细水泥单液浆、超细水泥—水玻璃双液浆（简称MC—S双液浆）、TGRM浆和HSC浆作为注浆材料；采用预注浆和后注浆两种注浆方式；（预注浆包括全断面超前预注浆、局部超前预注浆和顶水注浆；后注浆包括径向注浆、局部注浆和补充注浆。）采用合金钻头、MK-5型钻机钻进成孔；采取前进式分段注浆技术；现场针对各溶洞的不同特点采取不同的注浆施工方案，成功地解决了圆梁山隧道高压富水深埋充填型溶洞的注浆堵水和加固，在不断完善、发展和总结的基础上形成了本工法，保证了隧道开挖衬砌的安全顺利完成。二、工法特点1、采用物探、超前钻孔、地质素描等综合地质预测预报技术，超前探明前方的溶洞地质，为修正设计和制定施工方案提供依据，将地质预报作为正常工序纳入施工管理。2、根据地质预报资料，分别采用帷幕注浆、超前预注浆、小导管注浆、开挖后径向注浆和补充注浆等多种手段对地层进行加固。3、针对各溶洞不同充填物的性质，分别采用普通水泥单液浆、普通水泥—水玻璃双液浆、超细水泥单液浆、超细水泥—水玻璃双液浆、HSC浆和TGRM浆等五种浆液作为注浆材料，采用长短结合的复式综合注浆技术，有效地加固地层，力求取得良好的堵水效果。4、采用水囊式止浆塞或袖阀管后退式分段注浆工艺来保证困难地质条件下的注浆效果。5、采用TSS管补充注浆技术进一步加固溶洞体，最大限度地减小注浆盲区。三、适用范围24 适用于高压富水（水压1～4.5Mpa、涌水量1.2×104m3/d以上）和深埋充填型溶洞地层等复杂地质条件下的铁路、市政、公路、水工、电力等地下隧道工程的注浆加固堵水与施工。也适用于其它不良地层下的工程有相关技术要求情况。四、工法原理依靠超前地质预测预报，准确判析出前方溶洞的具体地质特征、地层的自稳力和涌水量，详细设计注浆和超前支护方案。针对于深埋充填型溶洞的具体地质特征、堵水要求、注浆加固方案要求注浆体永作为久性支护结构的一部分等方面综合考虑进行注浆材料选择。在超前管棚的防护下，在洞体及周围被充分注浆加固并能达到注浆方案要求的止水条件下，视不同情况分别采用全断面、台阶法和CRD法开挖支护，衬砌和内部结构施工紧跟开挖工序。在整个施工过程中，对工程进行各种状态的监控量测、分析和信息反馈，确保施工全过程处于安全可控状态，使工程质量最终全面达到设计标准。五、工艺流程（一）总体工艺流程（参见图1）图1总体施工工艺流程图（二）分项工艺流程1、综合超前地质预报工艺流程（参见图2）提出预报方案预报策划是否研究区域地质资料地质素描，掌握开挖地质情况TSP202或TSP203长距离宏观探测红外探测，短距离有无水的预报初步分析、提出是否需要钻探超前钻探，可短可长距离验证以上预报结果地质综合判析，提出结论性意见图2综合超前地质预报工艺流程图24 2、全断面深孔超前预注浆施工工艺全断面深孔超前预注浆采取前进式分段注浆施工工艺，即在施工中，实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。每次钻孔注浆分段长度3～5m。前进式分段注浆可采用水囊式止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆。全断面深孔超前预注浆施工工艺流程见图3。图3全断面深孔超前预注浆施工工艺流程图3、全断面TSS管超前预注浆施工工艺24 针对填充型溶洞体，采取超前预注浆方案能达到整体性的注浆加固效果，保证施工中不会产生大范围的涌泥、涌砂、涌水和坍塌。但要减小注浆盲区，提高注浆效果，保证开挖施工的安全稳定性，还应进行TSS管补充注浆方案。这样形成“长短结合复式注浆方案”。TSS管补充注浆方案包括上半断面的TSS管超前预注浆方案和下半断面的TSS管垂直注浆方案。上半断面TSS管超前预注浆方案在是在深孔超前预注浆方案实施后进行。它主要是对上半断面开挖轮廓线外进行补充注浆加固，以保证注浆效果达到安全施工的目的。下半断面TSS管垂直注浆方案是在上半断面开挖一定距离后，施作水平混凝土止浆墙，垂直布设TSS管，然后进行后退式分段注浆，从而对下半断面进行补充注浆加固。TSS管补充注浆施工采取后退式分段注浆施工工艺。TSS管采用φ42mm、δ=3mm焊接钢管加工制作。TSS管前端加工成尖锥状并封死，在TSS管周体垂直钻设φ6～8mm的溢浆孔，然后采用洗刀在溢浆孔位置洗出φ10～12mm的台阶孔，采用胶粘剂将贴片粘在溢浆孔的洗孔位置，这样形成单向袖阀管，从而满足后退式分段注浆施工工艺要求。进行TSS管后退式分段注浆施工时，首先将TS-D止浆塞及其它配套装置放入TSS管中，对底部一个注浆分段段长进行注浆施工，第一分段注浆完成后，反时针旋转芯管上的TS-C顶杆螺母，使止浆塞恢复到原状。将芯管后退一个分段长度进行第二分段注浆，如此循环，直到将整个注浆段完成。进行后退式分段注浆施工，注浆分段长度宜取0.6m～1m。全断面TSS管超前预注浆施工工艺流程如图4所示。24 图4全断面TSS管超前预注浆施工工艺流程图4、径向注浆施工工艺根据超前地质预测预报方案，当判析前方地层自稳性较好，只是存在着裂隙水，而裂隙水的总涌水量基本可以确定，能保证开挖施工安全，并确定在开挖施工完成后能够对涌水量进行控制时，可采取开挖后径向注浆方案。对于填充型溶洞地段，除进行超前预注浆方案进行施工外，同时还应实施径向注浆补强措施。径向注浆加固范围3～5m。径向注浆采用注浆花管进行全孔一次性注浆。注浆管采用φ42mm、δ=3mm焊接钢管加工制作。径向注浆施工工艺流程如图5所示。图5径向注浆施工工艺流程图在开挖过程中，以及开挖完成后，针对局部的涌流水可采取局部注浆方案。局部注浆按定压标准进行控制。局部注浆施工应根据现场出水情况采用孔口管或钻设注浆孔下入注浆管方式进行。针对填充型溶洞，对基底进行地基改良注浆十分重要，它对保证工程完工后的运营安全起到重要的作用。底部注浆加固改良可采取梅花型垂直布置钢管桩结构。钢管桩采用φ75mm、δ=6mm的无缝钢管加工制作成TSS管。注浆管布设间距：环向×纵向=0.6m×0.6m，深度应进入基岩。若底部填充型溶洞体较深时，对加固深度应通过计算确定。5、孔口管施工工艺孔口管加工前端灌注水泥砂浆封堵10～20cm标注钻孔位置钻Φ130钻孔长1.4m放入锚固剂放入孔口管（后端加连接件）将钻杆和连接件相连接边旋转钻机边顶进孔口管结束图6孔口管施工工艺流程图在高压富水条件下进行注浆堵水，需快速牢固地安设安全、可靠、方便的孔口管。孔口管施工工艺参见图6。24 6、高水压富水岩溶隧道施工工艺流程（参见图7）否是超前地质预测预报水平深孔钻探地质素描测水压涌水量物探TSP202或TSP203红外线探水地质雷达其他物探方法综合判断分析提供地质预报资料动态设计（调整支护结构参数）一般地质破碎带或充填溶洞全断面帷幕注浆补充注浆检验注浆效果长管棚或小管棚超前支护台阶法或CRD法开挖支护抗水压衬砌埋设监测元器件封堵泄水通道全断面开挖支护径向注浆抗水压衬砌埋设监测元器件长期监测当水压超过初期支护抵抗能力时，泄水降压图7高水压富水岩溶隧道施工工艺流程图六、操作要点（一）超前地质预报1、研究区域地质资料24 研究区域地质资料包括可溶岩分布情况、构造发育情况、地表水系发育情况、当地最低侵蚀基准面标高、岩溶大概发育几层、每层大概标高、哪一层对工程影响最大等。通过对这些资料的分析和把握，制定超前地质预报方案。如已有资料不全，或研究中发现问题，则需进行初期补充探测。由于岩溶发育的复杂性，一般要采用综合超前地质预报方法，比较成功的预报组合形式为：做好地质素描，以TSP202或TSP203作长距离的宏观控制性预报，以红外探测作短距离有无地下水的定性预报，以深孔、浅孔超前钻探作验证性预报，通过综合分析，作出预报结果。2、地质素描随开挖及时进行，地层岩性变化点、构造发育部位、地下水发育带附近应每开挖循环进行一次素描，其他地段也应每10～20m进行一次素描，以便随时掌握开挖地质情况。3、TSP202或TSP203探测在复杂地段应增加预报次数，以便前后两次重复地段对比分析，另随着预报距离的增大，地质异常带的位置和宽度误差也在增大。4、红外探测原则上可以定性预报掌子面前方30m范围内有无地下水，因其体积小、操作方便、数据直观、不占用施工时间，可以20m预报一次，以增加对比分析。5、超前地质钻探在高压富水岩溶发育区应连续重叠式进行，每循环钻120m/4孔或150m/5孔，开挖22～25m，留8～5m止浆岩盘，也可进行深孔钻探，比如每循环钻100～150m，留8～5m止浆岩盘，但随着钻孔深度的增加，钻具下垂加大，孔位易偏离设计值。为减少粉尘污染，保护操作人员身心健康，采用水循环钻；在钻孔揭露岩溶水时为便于控制水流及采取措施，钻孔应安设孔口管；因钻孔主要是探测有无溶洞及岩溶水，为提高钻进速度，减少工序时间，可采用冲击钻，特殊地段应采用回转取芯钻，以便对岩心进行鉴定。6、地质综合判析地质综合判析是综合超前地质预报方法的中枢，它对以上所采用的各种预报手段获得的资料进行归纳、分析、对比，提出最终预报结论和指导工程施工的建议，并确定下一步预报的方案和各预报手段工作计划。因此，必须体现出及时性，以便随时指导工程施工。（二）注浆作业1、超前预注浆设计（1）根据超前地质预测预报结果，当判析出前方地层的自稳力极差或地层中涌水量随着开挖断面的增大而大量增加时，应采取超前预注浆加固方案。（2）以前方溶洞体或富水地层进行固结和堵水，以保证施工安全。（3）结合施工中所揭示的地质状况，在充填型溶洞地段必须采用超前预注浆方案，加固开挖面及开挖轮廓线外5～8m。（4）超前预注浆采用MKD-5S钻机成孔，成孔直径φ90mm，钻孔深度参照注浆孔布设参数表。注浆段长度30m，注浆施工采用水囊式止浆塞进行后退式分段注浆，若地层围岩较差，出现返浆现象严重时，可采用袖阀管后退式分段注浆工艺进行注浆施工。注浆完成后开挖23m，余留7m作为下一循环注浆施工的止浆岩墙。在该注浆设计中，针对钻孔-注浆盲区，在长管注浆完成后，每开挖2m，采取超前小导管进行补充注浆，以提高注浆施工质量，确保开挖施工安全。（5）超前预注浆设计（以加固范围开挖轮廓线外5m为例）一般如图8所示。2、注浆设计参数（1）注浆圈加固厚度注浆圈加固厚度主要应满足开挖施工安全要求，开挖后抗水压要求。根据力学模拟计算，注浆加固圈厚度一般情况下应满足下式要求：式中：——注浆加固圈厚度（m）；——开挖断面宽度或高度（m）。根据注浆加固圈计算公式，结合圆梁山隧道工程及水文地质特点，以及开挖施工状况，注浆加固圈厚度选择标准如表1所示。24 注浆孔横断面布设图注浆孔终孔交圈图注浆孔纵剖面布设图图8超前预注浆设计图注浆加固圈厚度选择标准表表1参数值全断面超前预注浆径向注浆平导3m5m3m下导坑2m3m5m8m正洞5m8m5m隧道开挖施工主要包括平导开挖、正洞全断面开挖、下导坑开挖，以及利用下导坑进行正洞扩挖等四种开挖型式。①、平导全断面超前预注浆可根据地层中水量大小，围岩破碎状况选择注浆加固圈厚度为3m、5m两种；径向注浆加固圈厚度为3m；②、下导坑全断面超前预注浆可根据地层中水量大小，围岩破碎状况选择注浆加固圈厚度为2m、3m两种；径向注浆主要是通过下导坑加固正洞开挖轮廓线外5m、8m两种，以满足正洞的安全施工及抗水压要求；24 ③、当正洞采用全断面开挖施工时，正洞全断面超前预注浆可根据地层中水量大小，围岩破碎状况选择注浆加固圈厚度为5m、8m两种；径向注浆加固圈厚度为5m；（2）浆液扩散半径根据堵水要求和注浆加固后的抗水压要求，结合圆梁山隧道工程地质及水文地质特点，注浆材料选择采用普通水泥-水玻璃双液浆、普通水泥单液浆、和TGRM单液浆三种注浆材料。根据注浆材料的颗径尺寸，采取工程类比，浆液扩散半径选取为：=2m。在现场注浆施工过程中，可根据注浆施工中地层的吸浆能力，注浆效果的检查评定等状况，对浆液扩散半径进一步调整。（3）终孔间距根据注浆加固交圈理论，注浆后应能形成严密的注浆帷幕，在注浆终孔断面上，根据注浆扩散半径进行注浆设计时不应有注浆盲区存在，这样，在进行注浆设计时，注浆终孔间距应满足下式要求。式中：——注浆终孔间距（m）；——浆液扩散半径（m）。（4）注浆段长度注浆段长度一般应综合考虑选择钻机的最佳工作能力、余留止浆墙厚度、根据加固圈要求进行注浆设计时盲区最小时的最佳设计孔数等等内容。根据工程类比，经过进行预设计，在进行超前预注浆施工时，注浆段长度选择为=30m。（5）止浆岩墙厚度止浆岩墙主要是指在进行超前预注浆施工时，为满足抵抗注浆施工过程中注浆压力的要求而采取的止浆模式。在注浆工程施工中，除第一循环止浆岩墙采用模筑混凝土施工外，其它循环段止浆岩墙主要由喷射混凝土层（或模筑砼层）+上一注浆循环余留止浆墙共同组成。①、第一循环注浆施工采用模筑混凝土止浆岩墙。止浆岩墙厚度一般按下式进行计算。式中：——止浆岩墙厚度（m）；——最大注浆压力（MPa）；——注浆断面面积（m2 ）；——混凝土容重（t/m3）。上式计算结果一般偏大，在国内煤矿部门进行注浆施工时，一般采用如下经验数值。当<2MPa时，取=1m；当=2～5MPa时，取=1.5～2.0m；当=5～7.5MPa时，取=2.5～3.0m。根据计算公式，并结合国内煤矿部门的经验数据，在注浆施工中，止浆岩墙厚度按表2进行取值。止浆岩墙厚度选择标准表表2参数值注浆加固圈厚度2m3m5m8m平导0.8～1.0m1.0～1.5m下导坑0.5～0.8m0.8～1.0m正洞1.0～1.5m1.5～2.0m②、自第二循环开始，当采取余留上一注浆循环止浆墙时，一般情况下，止浆岩墙厚度按下式进行计算。式中：——止浆墙厚度（m）；——注浆段长度（m）。在进行超前预注浆施工时，注浆段长度选择为=30m，由公式计算得止浆墙厚度=6～9m。一般情况下，喷射混凝土或模筑混凝土层选择标号为C20，厚度一般为30～50cm；余留止浆墙可参考计算结果，并结合尽量消除注浆盲区，减少注浆孔的布设数量的原则，采取工程类比，进行余留止浆墙的设计。24 3、注浆施工参数通常，施工参数如表3所示，但应用中需根据现场施工情况进行动态调整。注浆施工参数表表3参数名称径向注浆超前注浆大管棚底部钢花管桩凝胶时间2～8h单液浆2～8h双液浆30＂～3＇2～8h2～8h注浆速度（L/min）5～10010～11010～305～20注浆终压（MPa）2～36～93～43～4分段长度（m）全孔一次性砂层1～2m其它3～5m全孔一次性或后退式注浆TSS管全孔一次性注浆量0.1～0.5m3/孔——————4、注浆作业（1）钻孔施工注浆孔采用MKD-5S钻机成孔，钻孔后安设φ108mm孔口管，孔口管长度200cm；当无法安设孔口管时，采用水囊式止浆塞进行注浆施工。（2）孔口管施工在高压富水条件下进行注浆堵水，需安设安全、可靠、方便的孔口管装置。成功、快速、牢固地安设好孔口管，是注浆能正常、安全进行的前提。①、孔口管加工：采用Φ108无缝钢管加工制作，长度1.5m，一端焊接法兰盘。②、封堵：用水泥∶砂=1∶3的水泥砂浆灌入孔口管前端，封堵长度15cm。封堵时要捣固密实。③、钻孔：采用MKD-5S钻机和Φ130钻头进行钻孔，钻孔深度1.4m。④、装锚固剂：将30节不饱和聚酯树脂锚固剂放入孔口内。⑤、顶管：采用钻机将孔口管顶入钻孔中。（3）注浆施工①、外圈注浆孔外插角10度，次外圈注浆孔外插角3.7度，内圈注浆孔垂直于开挖面布置；②、注浆施工顺序基本上按以下两个原则进行。a、发散-约束型注浆。即注浆按内圈→外圈→次外圈原则进行。首先对内圈、外圈实施发散性注浆，之后对次外圈进行约束型注浆，从而达到扩散-挤密的目的。b、充分考虑水源影响因素，按由下到上，由左到右的注浆顺序进行。③、注浆工艺采取前进式分段注浆，注浆步距5m，即钻孔5m，注浆5m，以此循环下去，直到完成整个注浆段。钻孔深度以达到钻入岩层3m为原则。④、根据注浆堵水要求，注浆材料选择采用普通水泥-水玻璃双液浆。水泥-水玻璃双液浆配比为W:C=（0.8～1）:1，C:S=1:1，水玻璃浓度为35Be＇，缓凝剂掺量为0～2%。浆液凝胶时间控制在30S～3min，凝胶时间可根据现场施工情况进行调整；在注浆过程中，若浆液由出水点涌出，应采取间歇注浆，并缩短浆液的凝胶时间，或采取其它封闭措施。⑤、注浆结束标准以定压为主，注浆终压为水压+2～3MPa，当注浆过程中长时间压力不上升时，应缩短浆液的凝胶时间，并采取间歇注浆措施，同时控制注浆量。（4）TSS管补充注浆①、开挖前，在工作面周边施做Φ42mm的TSS管进行补充注浆加固。TSS管管长6m，环向间距15cm，外插角15°，每2m施做一个循环。注浆加固范围为开挖轮廓线外3m。②、注浆材料采用超细水泥-水玻璃双液浆、HSC浆（TGRM浆）。（5）径向补充注浆①、径向补充注浆加固范围为开挖轮廓线外5m，注浆孔梅花型布置，开孔环向间距60cm，纵向间距60cm。②、径向补充注浆采用Φ42mm的TSS管注浆。径向注浆孔TSS管采用引孔顶入法，即先用风钻钻设φ50mm，深5m的孔，然后将TSS管顶入。③、注浆材料采用超细水泥单液浆。24 （6）特殊情况处理①、如施工中出现特殊的涌水、涌泥或堵塞情况，则需合理调整设计分段注浆控制量，也可对不同孔位或部位采用不同的注浆量控制标准。②、采用中铁隧道集团科研所先进的专利技术——TSS单向袖阀式注浆管进行后退式分段注浆。5、注浆效果检查评定注浆效果检查评定是决策开挖施工方案的依据。注浆效果检查评定主要有分析法、钻检查孔法、和开挖后取样测试等三种方法。下面以圆梁山隧道平导1#溶洞为例分别进行叙述。（1）分析法①、注浆施工Ｐ-Ｑ-t曲线在注浆施工过程中，主要表现出两种Ｐ-Ｑ-t曲线。以本实例绘制的注浆施工Ｐ-Ｑ-t曲线如图9所示。Ｐ-Ｑ-t（Ⅰ型）Ｐ-Ｑ-t（Ⅱ型）图9注浆施工Ｐ-Ｑ-t曲线图由曲线图可以看出：Ⅰ型Ｐ-Ｑ-t曲线主要是内圈C和外圈A注浆孔注浆时所表现，特别是底部注浆孔。其注浆压力较小，随着注浆的进行，注浆压力稍有升高，注浆速度略有降低，但表现不明显，当达到设计注浆量时，注浆终压不能达到设计终压值，而此时注浆速度仍表现为较大。经分析，认为主要是溶洞区存在一定空隙（洞），浆液流动的阻力较小。浆液主要表现为填充扩散方式进行加固。Ⅱ型Ｐ-Ｑ-t曲线主要是上部注浆孔和次外圈B注浆孔所表现，这和注浆设计意图所采取的约束性注浆一致，达到了挤压密实的目的。在注浆过程中，开始时注浆压力较小，随着注浆的进行，注浆压力呈曲线上升，注浆速度亦成曲线明显下降，当达到设计注浆量时，注浆终压达到或超过设计终压值。可见该类型注浆方式主要表现为挤压－劈裂再挤压。②、注浆施工前后涌水量对比分析注浆前探测过程中涌水量为50～70m3/h，在注浆施工过程中出现了涌水量超过100m3/h、钻孔中水柱喷射距离超过10m的情况，经注浆后，该溶洞段涌水量只有5～10m3/h，注浆堵水效果是很明显的，堵水率是比较高的。（2）钻检查孔法根据注浆状况，选择注浆范围内可能存在薄弱环节的注浆部位布设检查孔,检查孔数量一般应达到注浆孔数量的5%以上。注浆检查孔布设可参照图10所示进行。检查孔垂直于开挖工作面钻设，终孔深度稍短于注浆加固段长度。①、取芯状况鉴于受现场取芯条件所限，检查孔采用MKD-5S钻机冲击旋转取芯，施工中未能取得完整岩芯，但检查孔的岩芯中有大量浆液的固结体存在，被冲击成碎块状，这说明浆液已完全固结，且有较高的强度。②、检查孔状况检查孔在钻进过程中，以及结束放置一段时间后，检查孔内均未出现涌水、涌泥现象，这表明检查孔部位的淤泥已被完全固结，达到了固泥堵水目的。③、注浆后地层渗透能力24 检查孔钻设完成后对检查孔进行注浆施工，注浆参数为：注浆终压P=4MPa，注浆段长L=12m，注浆速度Q=15L/min→0L/min（开始时注浆速度为15L/min，之后随着注浆进行，当P=4MPa时，注浆速度减少到0L/min）。图10注浆检查孔布设图（3）开挖取样分析评定①、加固方式浆液加固溶洞地层，主要表现为两种方式，方式一为填充挤压方式，方式二为剪切劈裂方式。填充挤压方式主要是当粘土孔隙（洞）较大时，浆液直接填充空隙（洞），以达到固结目的，该加固方式主要发生在破碎围岩和粘土的交界面，以及由于涌泥造成的部分空隙率较大的部位。剪切劈裂方式主要是针对未扰动的粘土地层，浆液在较高压力条件下形成劈裂脉，以脉状扩散方式形成网状加固结构，以达到固泥堵水的目的。浆液加固方式与效果示意参见图11。方式一填充挤压方式方式二剪切劈裂方式图11浆液加固方式与效果示意图②、物理力学指标测试在现场取样，测试其物理力学指标。由测试结果来看：a．浆液的强度较高，但由于浆液的固结机理主要表现为挤压填充和剪切劈裂作用，因而浆液加固固结体测试抗压强度时，首先固结体内的粘土体被破坏，而此时浆液仍表现为固结强度，经多次取样测试，其单轴抗压强度均在0.2MPa左右，这是固结体内压密粘土的抗压强度反映。注浆前地层为软塑状粘土，不能自稳，注浆后地层抗压强度得到了改善，达到了固泥目的。24 b．注浆前地层含水量为120.3%，地层空隙率为82.8%，注浆后地层含水量降低到15.7～29.1%，地层空隙率降低到18.3～44.2%。注浆后地层的含水量和空隙率均较注浆前有较大幅度降低，这主要是浆液通过填充、挤压、劈裂作用，挤走地层中的一部分游离水份，取而代之，使地层的结构产生了变化，达到了固泥堵水目的。③、围岩变形测试溶洞区经注浆加固后，在大管棚和超前小导管及浆液固结体的共同作用下，采取了全断面开挖，开挖后测试围岩变形情况，围岩极其稳定，其水平收敛和拱顶下沉仅为3～5mm，可见注浆效果是很好的，这对安全施工及施工后的工程质量有较好的保证作用。④、对开挖的碴土进行观察分析在开挖过程中，直接观察分析开挖的碴土，可直观地了解浆液对地层的加固状况。⑤、根据上述测试结果，对注浆效果进行详细评价，确定合理的开挖施工方案。首先应试开挖，现场观察及取样试验后再转入正常开挖，确保施工过程安全、周围地层保持稳定。6、管棚注浆加固通过管棚进行注浆加固，一则增加管棚支护刚度，二则通过管棚注浆，加固管棚周围地层，形成连续密闭管棚喇叭桶形支护结构，避免或减少施工期间泥砂和岩溶水通过管棚间隙涌入开挖空间形成危害。（1）大管棚施工①、在超前预注浆结束经检查符合要求后，采用50cm厚的C20喷射混凝土封闭掌子面。②、通过导向管在开挖断面周边施作环向密排管棚，钻孔用MKD-5S钻机，钻到深度后安设大管棚。③、管棚采用Φ108/Φ75mm，δ=6～8mm的无缝钢管加工，每节长度2m或3m，外设Φ5～10mm单向阀溢浆孔。管棚布设间距@=20～40cm，管棚长度20m（现场根据钻孔状况以钻入硬岩1～2m为原则）。④、管棚布设完成后，对管棚进行全孔一次性注浆，以形成超前刚性支护体系，使它和超前注浆帷幕体系共同作用，以提高超前帷幕效果。⑤、注浆材料选用超细水泥单液浆、HSC单液浆或超细水泥-水玻璃双液浆，W:C=0.8:1～1:1，C:S=1:1，缓凝剂掺量1～3%。⑥、超前大管棚施工方案示意参见图12。图12超前大管棚施工方案示意图（2）小导管超前支护超前预注浆完成后，在进行开挖施工前对注浆不足部位或注浆盲区进行小导管补充注浆。①、注浆管长L=6m，采用每节长2m的φ42mm焊接钢管丝扣连接。注浆管前端加工成圆锥状并封死。花管部分长3m，在花管段上间隔30cm，按梅花型布设φ4～6mm的溢浆孔。管尾部分采用两道φ6mm的圆型钢筋焊箍，其中一道用于连接注浆芯管，另一道绕上棉纱后用于止浆。②、注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，注浆材料配比为W:C=（0.8～1）:1，C:S=1:1，缓凝剂掺量为0～2%，凝胶时间为30S～3min。注浆结束标准采用定压定量相结合原则，注浆终压为2～3MPa，单孔注浆量为0.2～0.3m3。④、注浆施工过程中应加强监控量测，以防注浆压力过大造成结构变形。（三）隧道施工1、开挖支护24 经常采用的开挖支护方法为：全断面法，台阶法和CRD法。（1）全断面开挖支护：适用于Ⅰ～Ⅲ级围岩，全断面一次开挖成型，采用喷锚支护。（2）台阶法开挖支护：适用于Ⅳ、Ⅴ围岩，断面较小地段。采用正台阶开挖，一般分2～3级台阶，台阶长度不少于5m，开挖进尺不大于1m，采用钢支撑喷锚支护。（3）CRD法开挖支护：适用于Ⅴ、Ⅵ围岩，断面较大地段。一般分为6部开挖支护，每部分除永久支护外，还设临时支护，每次开挖进尺不大于0.5m，采用钢支撑喷锚支护。2、困难段的开挖及支护（1）正洞开挖采用CRD工法，每部开挖6m。每部开挖后用Φ42的TSS管对相邻未开挖区域进行补充注浆。（2）初期支护多为喷+锚+网+钢拱结构。钢拱每0.5m设置一榀。喷混凝土标号为C25，并根据设计或方案掺入钢纤维。初期支护配合开挖分部及时分部实施，包括对掌子面的封闭。3、二次衬砌（抗水压衬砌）（1）在需承受高水压的情况下，二次衬砌结构按均布全水压进行设计。根据实测水压情况，分别采用不同的抗水压衬砌，衬砌断面形式一般为椭圆型和圆型两种，混凝土采用钢筋混凝土及型钢混凝土，混凝土标号采用C20~C40。。本工程实例最大的均布水压力够为4.5Mpa。由于结构荷载太大，二次衬砌设计为型钢钢纤维混凝土，内含双层P50型，厚度100cm,标号为C40。初期支护和二次衬砌之间铺设一层防水板，形成复合式衬砌结构。这种设计目前在世界上尚属首次。（2）防水层在作业台架上施工。二次衬砌作业紧跟开挖工序，先作仰拱，拱墙混凝土用模板台车一次灌注成型。（3）抗水压型钢混凝土衬砌施工工艺流程参见图13。否是否是施工准备弯制型钢加工钢筋铺设全环防水板拼装仰拱型钢、绑扎仰拱钢筋安装纵环向止水带、堵头板质量检查安装仰拱监测元件灌注仰拱砼养生达规范要求拼装拱墙型钢、绑扎拱墙钢筋质量检查安装监测元件模板台车就位安装止水带、堵头板灌注拱墙混凝土图13型钢衬砌施工工艺流程图24 （四）监控量测根据铁路隧道施工规范中的监控量测要求和设计的监控量测内容进行监控量测（相关内容无新的和特殊的部分，故在此略去），利用监控量测技术及时修正设计参数，完善注浆参数，有效地控制围岩变形，确保施工安全。七、材料1、地质预报材料地质预报主要是通过仪器、设备、观察分析判断掌子面前方的地质情况，所用新型材料较少。TSP202或TSP203采用爆速大于6000m/s的烈性炸药（黑索金、TNT炸药）。2、注浆材料注浆材料应根据堵水要求、加固要求以及作为注浆体永久性支护结构的一部分，并从无毒性污染这一角度综合考虑进行选择。对于深埋充填型溶洞区，根据溶洞地质特征和注浆加固方案要求，从堵水性、耐久性和工艺可操作性综合考虑进行注浆材料选择。（1）对淤泥质粉土和粘性土地层，利用其抗剪能力差的特点，选择普通水泥单液浆进行劈裂注浆。当局部涌水量大时，辅以普通水泥-水玻璃双液浆。（2）在处理涌水量较大及爆喷型突泥地段，采用具高强性、抗分散性好的TGRM或HSC浆液。（3）对于主要由砂质充填的溶洞，由砂样筛分结果来看，根据国内外超细水泥的生产现状，选择10μm的超细水泥进行砂层的注浆，虽不能满足J·C·King判式要求，但可得到远超过普通水泥的可注比，注浆中能形成主脉劈裂下的渗透，大大地提高注浆加固效果，有效地保证高压富水条件下的安全施工。式中：（通常取）—注浆比；—地层的粒径累计曲线的15%的颗粒直径；—注浆材料粒径累计曲线的85%的颗粒直径。（4）注浆材料可按表4进行选择。圆梁山隧道溶洞注浆材料选择及配合比参见表4、表5、表6所示。注浆材料选择表表4注浆施工方案注浆材料超前预注浆非溶洞体富水地段普通水泥-水玻璃双液浆淤泥质溶洞体普通水泥-水玻璃双液浆粉细砂层溶洞体超细水泥-水玻璃双液浆爆喷型溶洞体TGRM浆或HSC浆或超细水泥-水玻璃双液浆底部加固注浆超细水泥单液浆或TGRM浆或HSC浆径向加固注浆一般地段普通水泥单液浆特殊地段超细水泥单液浆圆梁山隧道溶洞注浆材料选择表表5溶洞编号C浆C-S浆MC浆MC-S浆TGRM浆HSC浆溶洞1√√√溶洞2√√√√√√溶洞3√√√溶洞4√溶洞5√24 注浆材料配比表表6浆液名称原材料浆液配比普通水泥单液浆32.5R普通硅酸盐水泥水灰比W:C=0.8:1超细水泥单液浆20μm超细水泥水灰比W:MC=0.8:1TGRM单液浆42.5RTGRM-Ⅱ材料水灰比W:C=1:1HSC单液浆42.5RHSC材料水灰比W:C=1:1普通水泥-水玻璃双液浆32.5R普通硅酸盐水泥35Be′以上水玻璃水灰比W:C=0.8:1～1:1水玻璃浓度30～35Be′水泥浆、水玻璃体积比C:S=1:1超细水泥-水玻璃双液浆20μm超细水泥35Be′以上水玻璃水灰比W:MC=0.8:1～1:1水玻璃浓度30～35Be′水泥浆水玻璃体积比MC:S=1:13、注浆管材（孔口管）采用Φ108无缝钢管，孔口封堵用水泥∶砂=1∶3的水泥砂浆，并用不饱和聚酯树脂锚固剂锚固。4、TSS注浆管及其止浆系统在圆梁山隧道高压富水深埋充填型溶洞区注浆施工时经常采用TSS型注浆管及其配套止浆系统，效果不错，其止浆原理及施工工艺在《饱和动水砂层TSS管固砂堵水注浆工法》中已有详细介绍，这里不再赘述。5、支护与衬砌型钢（1）钢支撑材料：I18型钢及H型钢。（2）型钢衬砌材料：P50钢轨。八、机具设备单一工作面主要施工机具设备配备参见表7。主要施工机具设备配备表表7序号机械名称型号数量备注1地质预报系统TSP202或2031套探测长度100～200m2红外线探测仪HY-3031台探水20～30m3地质雷达CR-20B1台探测长度20～30m4水平地质钻机MK-54台超前探孔和超前预注浆钻孔时采用MKD-5S2台超前探孔和超前预注浆钻孔时采用2垂直地质钻机GY-1002台底板垂直钻孔采用3风钻YT-284台径向注浆钻孔时采用4钻孔台架自制1台5空压机VIP7002台6注浆泵ZJB(BP)-30A4台帷幕注浆YZB-130/142台帷幕注浆KBY-50/702台径向注浆7搅拌机300L3台8钻孔台车1台9运输车辆轨行或轮式6辆10混凝土拌合站60m3/h1座11混凝土输送泵60m3/h1台12模板台车椭圆或圆形1台24 九、劳动组织根据工程数量要求，合理地安排劳动力。施工中，由现场施工组统一安排，施工人员要服从安排，听从指挥，各司其职，严格施工纪律。施工劳动组织安排如表8所示。注浆施工劳动组织人员配备表表8序号工种人数职责一班三班一地质预报15271技术人员99地质素描、物探、岩芯判定、综合分析2工人618地质钻孔、物探爆破等二注浆10301技术人员13负责全面注浆工作2工班长13协助技术人员工作，负责劳动力安排3司钻134司泵13负责注浆泵的操作，记录注浆参数5制浆39负责布设注浆管；注浆时配制浆液6孔口位置26负责顶管工作；注浆过程中下注浆芯管，测试凝胶时间。7辅助工13负责文明施工三管棚施工515按长管棚施工配备四开挖支护1648按具体开挖工序与分部安排配备五施工监测88量测、测量六型钢衬砌50501技术人员22负责型钢衬砌技术工作2工班长22负责劳力安排3工人4646型钢、钢筋、防水结构施工，堵头板、模板台车、混凝土拌制、运输、灌注作业等合计104178十、质量标准及技术要求（一）超前地质预报超前地质预报目前尚无国家、行业、地区的质量标准规范可循，需在施工中不断总结经验教训，不断完善地质预报理论，提高地质技术人员对地质信息的判断能力，不断提高预报精度。超前钻孔探水是成熟的经验，在超前地质预报和引水治水中需充分利用。（二）注浆堵水1、充填性溶洞地段全环封堵，不排水；2、其它高水位富水地段，从泄水孔中流出的水量不大于5m3/m.d；3、不得使用有毒有害及对混凝土结构有腐蚀性的注浆材料；4、钻机的定位误差：极坐标原点距拱顶距离≤±1cm，距工作面距离≤±1cm；轴线同中线偏差≤±1cm。5、注浆孔孔位标注误差≤±1cm。6、钻孔开孔误差≤±1cm。7、钻孔钻深和设计相比≤±10cm。8、注浆短管布设外插角≤±1°。9、浆液凝胶时间应在设计值范围内。10、深孔注浆单孔单段注浆量不得少于设计注浆量的80%；短孔注浆结束标准宜首先按注浆压力达到注浆终压为止。11、注浆压力不得高于注浆终压，注浆过程中当各孔注浆量达到设计注浆量时，注浆终压应接近设计终压；24 12、注浆过程中，围岩变形值≤30mm；13、注浆结束后检查孔钻进过程中排出的岩粉中应有浆液的胶凝体，检查孔钻孔结束后，将钻孔放置一段时间，观察检查孔中应没有涌水、涌砂现象。14、检查孔注水试验，注浆后地层渗透系数应≤10-4cm/s；15、开挖过程中，对固结体取样进行力学指标测试，固结体抗压强度应≥0.3Mpa。16、通过回填注浆、径向补充注浆和抗水压二衬结构来实现溶洞区的结构防排水要求，满足溶洞区的结构受水压要求，保证溶洞区工程结构的长期使用需要。17、对二次衬砌前的水压大于等于初期支护（施工支护）的抗水压能力情况，施工期间采用泄水降压措施来确保施工安全。当二次衬砌达到设计强度后，封堵泄水通道，达到堵水目的。（三）长管棚1、间距误差不大于±50mm；2、管棚终端侵入开挖轮廓线内的数量不超过总根数的10％；3、管棚内注水泥或砂浆。（四）开挖支护1、断面尺寸满足设计要求；2、钢支撑间距满足设计要求，误差不大于±100mm；喷混凝土厚度满足设计要求，至少要达到设计厚度的90％；喷混凝土强度符合设计及规范要求；3、开挖支护后的累计最大变形量不大于50mm，变形速率最大不超过10mm/d，否则，应采取支护加强措施。（五）型钢混凝土衬砌1、型钢加工误差不大于±10mm；2、型钢拼装误差不大于±30mm；3、钢筋绑扎误差及接头要求满足相应规范规定；4、混凝土强度符合设计及规范要求。十一、安全措施1、TSP202或TSP203地质探测仪现场采集数据使用高灵敏度、高爆速炸药，危险性较大，应由专业爆破工操作；2、钻机使用高压风、高压水，操作过程中应注意避免接头、管路爆裂伤人；高压电路接线应由专业电工操作，并避免一般人员接触。3、做好进洞个人安全防护，注意操作空间上方、周围有无危石和其它安全隐患存在。4、超前地质钻孔时，孔口应安装孔口管和闸阀，遇涌水时，可关闭闸阀，避免涌水发生。但孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人。5、钻孔时，钻机前方安设挡板，防止泥沙冲出伤人。6、注浆管应连接安设牢固，防止管接头脱落，浆液冲出伤人，应经常检查管路，确保注浆管完好畅通。7、尽管注浆施工方案十分严密，但难免会因为地层的不均一性等多种特殊情况而引起局部地层加固效果较差，施工开挖时出现少量涌水。因此，注浆结束后，应对注浆效果进行检查评定，注浆效果未达到要求，不得进行开挖施工。8、注浆效果的检查评定主要采取分析法、钻检查孔法和开挖面取样测试等三种方法。分析法包括注浆过程中的P—Q—t曲线分析、群孔注浆浆液填充率的反算分析；钻检查孔法包括检查孔的观察和检查孔注水试验；开挖面取样测试主要是对开挖面砂样固结体力学指标测试。9、在开挖过程中以及开挖完成后若出现局部的涌水、涌砂，应立即封闭，并采取局部注浆方案，局部注浆应根据现场出水情况采用孔口管或钻设注浆孔下入注浆管方式进行，按定压标准进行控制。10、开挖支护后，及时埋设监测点，经常对支护进行监测，发现变形异常，立即采取支护加强措施。11、对洞内涌水量经常进行监测，观察水量变化是否异常。对地表降雨量实施监测，以便合理安排洞内施工工序。12、充填性溶洞应安排在旱季开挖通过，减少地表降雨给洞内施工安全带来的危害。13、破碎带及充填溶洞地段开挖支护施工时，必须体现“快挖，快支，快封闭”的“三快”原则，使支护结构及时封闭成环。24 14、型钢拱架拼装时，应连接牢固，防止倾斜倒落伤人。十二、效益分析1、采用水泥基注浆材料来代替化学浆液，在取得相同的注浆效果下，有效防止了浆液对环境的污染。和化学注浆材料相比，超细水泥、TGRM和HSC和普通水泥浆液的综合价格仅为达到同样加固范围化学浆液的1/3~1/8，采用这三种注浆材料进行注浆施工，在注浆效果提高的情况下，可节约材料费用60~80%。2、科学有效的注浆技术大大减少了地层中的水土流失，优良的注浆材料有效地减少了施工对环境的污染，有效地保持了地表生态环境，避免了隧道建成地表干枯局面的发生。3、同冷冻法相比，采取长短结合复式注浆方案处理高压富水深埋充填型溶洞，使地层堵水和加固施工成本降低50％以上，且能够提高围岩的长期抗水压能力。4、通过对钻孔注浆施工进行动态管理，优化施工参数后，减少了相应的施工成本，提高了工作效率，有效地降低了工程造价。5、在该类地层中的成熟工程技术，避免了地质灾害特别是重大地质灾害的发生，避免了机械设备、人员的伤亡，使地下工程能在充分安全的环境下进行施工，为今后类似工程的施工提供了可靠的借鉴和决策依据。十三、工程实例渝怀线圆梁山隧道（一）工程概况渝（重庆）怀（怀化）铁路圆梁山隧道主洞为电气化单线铁路隧道，全长11070m，主洞右侧30m设全长11182m的贯通平行导坑，中间设若干横通道与主洞连通。隧道穿越地区其主要地质构造为毛坝向斜、桐麻岭背斜及其伴生或次生断裂构造。其中穿越毛坝向斜长2200m，为高水位富水岩溶发育地段，施工时曾先后遇到三处大型深埋充填性溶洞，溶洞埋深500m以上，位于深部岩溶滞流带，溶洞宽30~70m，水压力4.6Mpa，涌水量一般情况下1.2×104m3/d，最大达24×104m3/d，充填物为淤泥质粘土、粉细砂、块石等，具有较大的隐蔽性。由于高水压岩溶水的作用，曾发生过大规模爆喷，给工程施工带来很大危害，毛坝向斜区隧道纵断面示意参见图14，毛坝向斜隧道溶洞分布平面示意参见图15。图14毛坝向斜区隧道纵断面示意图图15毛坝向斜区隧道溶洞分布平面示意图24 （二）地质预报1、1#溶洞平导段的地质预报、探测情况（1）2002年2月1日进口端平导掌子面PDK354+244.5超前钻探前红外探测数据及曲线见图16。图16平导PDK354+244.5红外探测数据及曲线由上图可知，掌子面上9个测点的数据其最大值为675，最小值为661，其差值为14，超过允许的差值10，因而判定掌子面前方有蕴水构造；从拱顶、左边墙、右边墙红外探测曲线变化趋势也可判定前方存在含水构造。（3）2002年2月7日对PDK354+256～+406段进行了TSP202超前地质预报，信号反射能量图结果显示，PDK354+256～+313段有多条明显的较为杂乱的反射信号，结合超前钻探资料分析，平导开挖轮廓线内PDK354+256～+275段为溶洞区，充填有流塑～软塑状粘土；PDK354+275～+313段岩体破碎。PDK354+313～+406段只有少量较弱的反射信号，岩体较为完整均一。（4）隧道工程地质勘测报告物探解译PDK354+140～+270为F05与F08断层的交汇处。根据以上探测结果，结合掌子面素描情况综合分析判断，掌子面前方PDK354+256～+275发育有充填大量软塑状粘土的溶洞，有贯通型岩溶水存在，水头压力及涌水量可能受淤泥阻挡未完全表现。但溶洞在横向及上下发育范围在开挖前则无法准确判断。（5）开挖揭示PDK354+233～+256段为粉砂质泥岩，围岩软弱；PDK354+256～+275为溶洞段，溶洞段右侧发育一大横张断裂，断层近似产状为N60°W/45～78°SW，溶洞顺断层破碎带发育，充填有软塑状棕红色粘土、粉质粘土夹碎、块石，碎、块石成分主要为灰岩、泥灰岩，块径一般100～300mm，含量约20%。（6）平导PDK354+256～+275段溶洞开挖通过之后，为进一步探明溶洞的轮廓及规模，采用探地雷达对平导开挖轮廓线周边进行了探测。由于钢拱架、钢筋网等金属支护构件对雷达发射的电磁波的静电屏蔽作用，探测结果受到一定的影响。（7）1#溶洞正洞段的地质预报、探测过程与平导基本相同，只是增加了通过地质作图由平导预报正洞的预报方法。2、2#溶洞平导段的地质预报、探测情况2#溶洞的预报、探测过程及方法与1#溶洞基本相同，但2#溶洞较1#溶洞规模更大、溶洞水贯通性更好、水压更高、水量更大、处理难度更大，堪称世界性难题，必须采取综合措施特殊处理，但时间较长，如何确保工期，能否迂回绕行通过溶洞，一可以两面夹击处理溶洞，二可以增加隧道工作面继续往前开挖。这一切的一切，都要建立在对2#24 溶洞发育规模及方向的探测和认识上。如图17所示，先在平导右边墙探测，发现此处溶洞发育宽度更大，因而从平导右侧迂回绕行基本不可能；从正洞左侧迂回，便探边挖，每走一步，都有地质探孔指路，终于迂回绕过2#溶洞，实现了预期的战略构思。图172号溶洞平面、地质探测及迂回导坑示意图（三）1#溶洞（PDK354+255～+280）施工根据已开挖的地质状况，结合红外线超前探水预测预报、TSP超前地质预测预报，以及超前探水孔钻探等技术手段，参照铁二院提供的地质资料，并结合大管棚施工、注浆钻孔施工等状况，经综合分析可得出：圆梁山隧道进口端平导里程为PDK354+255～+280地段范围内发育一贯通性强、近东西向，宽约12m～15m的大型溶洞，内含大量淤泥、砾石，富水。地层岩性为泥岩和灰岩的接触带，岩体破碎、裂隙发育、自稳能力较差。根据地层岩性判断，该段地层可能处于吴家坪组地层向长兴组地层过渡的地段。由探水孔的涌水冲出物来看，在整个观测过程中，涌水基本为混浊水，不含或含有少量胶泥和角砾石。经方案论证，决定采取全断面超前预注浆施工，并扩大注浆加固范围，以达到“固泥堵水、安全施工”目的。1、加固后部对已开挖的PDK354+240～+255段采取型钢+喷射混凝土进行初期支护，对已开挖的PDK354+245～+255泥岩段进行小导管径向注浆加固，以达到稳固后方的目的。径向注浆设计如图18所示。注浆加固横断面图注浆加固纵剖面图图18径向注浆设计图24 2、大管棚施工通过管棚进行注浆加固，一则增加管棚支护刚度，二则通过管棚注浆，加固管棚周围淤泥质粘土，形成连续密闭管棚喇叭桶形支护结构，避免或减少施工期间淤泥和岩溶水通过管棚间隙涌入开挖空间形成危害。3、全断面超前预注浆为确保溶洞区的安全施工，进行全断面超前预注浆施工，加固开挖面及开挖轮廓线外5～8m。超前预注浆设计如图19所示。图19超前预注浆注浆孔横断面布置设计图4、小导管超前支护超前预注浆完成后，在进行开挖施工前，对注浆不足部位或注浆盲区进行小导管补充注浆。5、结果评价（1）注浆前溶洞涌水量为50～70m3/h，注浆后涌水量降为5～10m3/h。（2）注浆前地层为软塑状粘土，不能自稳，注浆后地层抗压强度得到了改善，达到了固泥目的。在试开挖过程中，经开挖取样试验及现场观察注浆效果极佳。（3）注浆前地层含水量为120.3%，地层空隙率为82.8%。注浆后，地层的含水量和空隙率均较注浆前有较大幅度降低，含水量降低到15.7～29.1%，空隙率降低到18.3～44.2%。这主要是浆液通过填充、挤压、劈裂作用，挤走地层中的一部分游离水取而代之，使地层的结构产生了变化，达到了固泥堵水目的。（4）溶洞区经注浆加固后，在大管棚和超前小导管及浆液固结体的共同作用下，采用了微弱爆破全断面开挖，开挖后测试围岩变形情况，围岩极其稳定，其水平收敛和拱顶下沉仅为3～5mm，可见注浆效果是很好的，这对安全施工及施工后的工程质量有较好的保证作用。（四）2#溶洞（DK354+460～+490）施工在未扩挖施工的条件下，DK354+475位置出现了少量涌水涌砂，1天后发生大规模涌水涌砂，最大涌水量为1500m3/h。涌水涌砂时，砂水由右侧底部向上喷出80cm。于是，立即在DK354+440处设置止浆墙。15天后，DK354+440处设置的止浆墙底部又突然发生涌水涌砂，最大涌水量69000m3/h。之后，立即在DK354+395处又设置止浆墙。随后，随着地表的降雨，该溶洞又多次发生涌水涌砂。针对2#溶洞的多次专家会议论证，均认为该溶洞是圆梁山隧道施工中的难中之难。2#溶洞能否打穿，将意味着“圆梁山隧道能否打通，渝怀铁路能否运营”。因此，如何采取安全、合理、可靠的施工方案进行2#溶洞施工成为首要问题。经过对注浆方案和冷冻方案这两大固结方案的比选，一致认为在高压动水条件下采取冷冻方案可靠性不高，决定采取注浆加固方案。为了保证注浆方案的可实施性，采取了“泄水降压”措施。同时，为了工期需求进行迂回导坑施工，以尽早实现该溶洞的“两端夹击”。1、钻孔注浆及管棚支护施工程序顶水注浆→全断面超前预注浆→大管棚施工→大管棚注浆→超前小导管支护→超前小导管注浆→开挖支护→径向注浆。24 2、顶水注浆待止浆墙强度达到设计强度后，对从下导坑引出的排水管实施顶水注浆，以减少地下水对施工的影响。注浆材料视不同情况、不同部位和不同工序，分别采用普通水泥单液浆、超细水泥单液浆、超细水泥-水玻璃双液浆和普通水泥-水玻璃双液浆。注浆材料选择顺序为先粗颗粒，后细颗粒，先注凝胶时间长的浆液，后注凝胶时间短的浆液。单液浆配比:W:C=（0.6～0.8）:1；双液浆配比:W:C=（0.6～1）:1，C:S=1:（1～0.3）。3、全断面超前预注浆根据不同情况、不同部位和不同工序，全断面注浆材料分别选用普通水泥浆、超细水泥浆、水泥-水玻璃双液浆，浆液扩散半径为1.5m，注浆段长20～30m，注浆终压6～9Mpa。正洞全断面超前预注浆实施两端夹击进行设计与施工。施工顺序为：正向DK354+455上部全断面超前预注浆（图20）→反向DK354+494下部全断面超前预注浆（图21）→反向DK354+494上部检查及补注浆→正向DK354+455下部全断面超前预注浆（图22）。图20正向DK354+455上部全断面超前预注浆图21反向DK354+494下部全断面超前预注浆图22正向DK354+455下部全断面超前预注浆4、大管棚支护及注浆24 在超前预注浆结束经检查符合要求后，通过导向管对周边进行钻孔，达到深度后安设大管棚，进行全孔一次性注浆，与超前注浆帷幕体系共同作用来形成超前刚性支护体系。大管棚采用外径Φ108mm/Φ75mm，δ=8mm的无缝钢管，每节长2m、3m。布设时环向间距40cm，外插角1.5°。每节管棚钻设Φ8mm单向阀溢浆孔4个，施做成TSS模式。，注浆材料采用超细水泥单液浆或HSC单液浆。5、TSS管补充注浆开挖前，在工作面周边施做Φ42mm的TSS管进行补充注浆加固。TSS管管长6m，环向间距15cm，外插角15°，每2m施做一个循环。注浆加固范围为开挖轮廓线外3m。配合正洞CRD工法，每部开挖6m后用Φ42的TSS管对相邻未开挖区域进行补充注浆。注浆材料采用超细水泥-水玻璃双液浆、HSC浆（TGRM浆）。6、径向注浆径向注浆加固范围为开挖轮廓线外5m，注浆孔梅花型布置，开孔环向间距60cm，纵向间距60cm。采用Φ42mm的TSS管注浆，先用风钻钻设φ45mm、深5m的孔，然后将TSS管顶入（引孔顶入法）。注浆材料采用超细水泥单液浆。7、方案步骤与开挖支护（1）大管棚与超前小导管复合超前支护。上半断面施作两层超前大管棚，下半断面施作一层超前大管棚。先全断面帷幕注浆，注浆完毕后从两端打长管棚。施工期间，采取泄水降压的办法，在隧道二次衬砌施做完毕并达到设计强度后，才将泄水通道封堵。（2）采用CRD工法分六部进行开挖与支护。在每循环开挖时，施作超前小导管，并补充注浆。（3）初支结构采用I18型钢，每0.5m设置一榀，网喷C25、厚度25cm的钢纤维混凝土封闭。（4）核心部位二次衬砌结构按均布全水压进行设计，即二次衬砌能够承受4.5MPa的均布水压力，这种设计目前在世界上尚属首次。二衬设计为型钢刚纤维混凝土，即在原来初期支护钢筋混凝土结构内侧，施做一层内含双层P50型钢轨的刚纤维混凝土结构，厚度25cm,标号为C40，初期支护和二次衬砌之间铺设一层防水板，形成复合式衬砌结构。8、结果评价2#溶洞注浆后，现场可以观察到浆液主要通过充填、挤压、劈裂、局部渗透等多种方式加固粉细砂层，水被有效地控制在开挖轮廓线8m以外。开挖中，工作面无水，检查孔检查时都无水无砂，满足安全开挖要求。在DK353+690处有一溶管，采用局部补充注浆封堵，该处前后30m采用抗2.0Mpa衬砌。衬砌后泄水孔出水量小于设计要求标准5m3/m.d。该段溶洞在施工期间，采取泄水降压的办法，待隧道二次衬砌施做完毕并达到设计强度后，将泄水通道封堵。开挖后，注浆效果良好，仅有渗水情况，管棚无侵限情况。24'