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3.0mφ22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。
3
3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2.0mΦ42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
A28A27A26B26A25A24A23A22B21C15A21A20B20B19B24B25C19B27B28C21D1E7E6E5D11C14B18A18D10C13B17A17D9C12B16A16E8E4D8C11B15A15D7C10B14A14E1E2D4E3D6C9B13A13D5C8B12C6C7B8B9A9A10A11A1B1C1D2D3A2A3B3C2B4C3B5C4A4A5B6C5B7A6A7A8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。
C20D14止浆墙600C18D13B23C17D12B22C16排水沟B11B10A19A121600400800800B2DK154+856注浆孔检查孔13001500
图3 注浆开孔布置图 图4纵断面图 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
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 - 水玻璃浓度 - 3.2.5注浆参数 注浆参数见表2。
C:S=1:(1～0.3) 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
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%） 备 注 含止浆墙２ｍ 施工时视情况调整 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 L=3m，φ89mm，壁厚4mm 3.3钻孔注浆施工工艺
3.3.1钻孔注浆工艺流程
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Φ130mm 的钻孔，安设固结 3m 长Φ108mm孔口管。
结束 整体注浆效果检查 配制浆液 第二分段长度注浆 … 效果检查 配制浆液 第一分段长度注浆 第二个分段长度钻孔 钻设Φ63钻孔3～5m 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 好结束该孔钻孔注浆施工 不补孔注浆 好图5 钻孔注浆工艺流程图
③通过孔口管钻设Φ90mm 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
4结论
（1）在高压富水段通过先施作泄水孔，排水降压后再进行注浆堵水施工，保证开挖工作在低压状态下进行，方案切实有效，注浆堵水效果良好，施工环境安全可靠。
（2）根据试验段节理裂隙连通性好，围岩较完整等特点，采用前进式分段注浆方式有针对性地对前方节理发育的富水段落进行重点注浆
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。若达不到注浆效果应进行补孔注浆，检查孔位置根据现场钻孔注浆情况确定。
堵水。从实际施工情况看隧道周边加固圈注浆堵水完成后，隧道开挖轮廓线范围内的裂隙已经基本被填充，注浆效果良好。
（3）注浆主要以普通水泥单液浆作为注浆材料，水泥-水玻璃双液浆为辅，根据设计配合比结合现场高水压的实际情况在施工过程中逐步调整，得到了较为合理的施工配合比，施工工
艺进一步得到优化，注浆效果逐步显现，并为下一循环施工提供了合理的参考依据。
（4）视围岩及水量水压情况决定每个钻孔注浆循环的长度。根据钻机的性能及探孔揭示的地质情况，确定注浆段长度，地质情况较好时采用前进式分段注浆以25～30m为宜，地质较差时以20～25m为宜，防止出现卡钻、断钻杆等情况，注浆段长不宜超过30m，超过30m则钻孔注浆功效明显下降，注浆末段效果较差。
（5）根据联合测压的结论，结合现场地质条件，注浆施工采用“注浆局域划分，对角泄水降压”的原则进行注浆施工，对注浆实施动态管理，不断调整钻孔注浆参数，优化注浆方案，达到了良好的注浆效果，同时对RPD-150C多功能钻注一体机的性能及使用条件有了更深入的研究，为今后高压富水隧道的注浆施工提供了理论依据与实践经验。
参考文献
1 铁路部工程设计鉴定中心，高速铁路隧道[M]， 北京:中国铁道出版社，2006
2 TB10204-2002,铁路铁路隧道施工技术规范.
北京:中国铁道出版社,2002 作者：
陈国强 中铁十八局三公司
2006年毕业于山东理工大学道路与桥梁专业 1982年12月12日出生，籍贯：河北涿州
韩银辉 中铁十八局三公司
1994年毕业于石家庄铁道学院桥隧专业 1973年7月1日出生，籍贯：河北石家庄
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容