浅谈帷幕注浆施工工艺

浅谈帷幕注浆施工工艺
1 工程概况
阆中嘉陵江隧道为中卫—贵阳输气管线联络线上的一个控制性工程，隧道位于四川省阆中市嘉陵江中游。

隧道采用“斜巷（北岸）+平巷+斜巷+竖井（南岸）”的形式穿越嘉陵江，隧道全长1031m，其中南岸竖井深24.3m，上部粘土层和砂卵石层厚度达14m。

竖井断面为圆形，净断面直径8.0m，毛断面直径9.6m。

2 方案设计
2.1 帷幕注浆原理
针对在砂卵石层开挖易发生涌水、垮塌的情况，为了保證施工安全，在竖井的毛断面外布置两圈钻孔，然后在钻孔内注入浆液，利用浆液的扩散性和岩层的孔隙率，使各个孔中的浆液连成一体，凝固后在竖井毛断面外形成一道封闭的稳固墙体，最后再进行开挖，达到安全施工的目的。

2.2 钻孔布置
在竖井的毛断面外分别以5.0m和5.3m为半径的圆弧上布置两圈钻孔，每圈以等距离布置30个钻孔，共计60个钻孔，内圈钻孔和外圈钻孔以梅花形交错布置（具体布置详见图1）。

2.3 钻孔参数
钻孔开孔孔径为130mm，钻完0～5.2m粘土层段后下入Φ127mmPVC管，随后采用Φ89mm的钢质花管跟管钻进，钻孔深度根据岩层确定，必须深入基岩下3m。

3 施工准备
根据帷幕注浆方案，要做好充分的施工准备，方能为整个方案的顺利实施打下坚实的基础。

施工准备主要从设备、材料和人员等几方面进行。

3.1 施工器具的准备
帷幕注浆的主要工作内容就是施打钻孔和注浆，因此设备的准备就是以钻探设备和注浆设备为主。

根据业主提供的勘察文件，结合竖井的岩层情况，本工程选用的器具详见表1。

3.2 注浆前试验
注浆前试验是一道很关键的工序，通过注浆前试验，确定合适的浆液浓度和注浆压力。

注浆试验以1号注浆孔作为实验孔，浆液浓度从稀到浓，从最初的1.5：1到最后的0.6：1，只有在0.8：1到1：1这个区间，浆液流速均匀，注浆压力无急剧变化的情况。

因此，在注浆过程中确定浆液浓度为0.8：1～1：1。

注浆压力以水泥浆液能顺利注入为原则，在注入率大于10L/min的情况下，尽可能采用较小的注浆压力。

因此，注浆压力可按0.5MPa～2.0MPa控制。

注浆压力从最初的无压到随着浆液浓度的增大，压力逐步增高。

3.3 注浆材料的准备
根据本工程实际情况，注浆材料选用水泥浆单一浆液，所需材料主要为水泥和水。

水泥选用等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥，水选取清洁的符合混凝土搅拌用水的水质要求。

本工程注浆量按下列公式计算：
浆液按0.8：1～1：1配制，每立方米浆液需要水泥759kg～895kg，则本工程帷幕注浆大约需要水泥量：
Mc=895×133=119t（每方浆液水泥用量按895kg计算）
在注浆前，根据估算的水泥量，提前将符合要求的水泥储备到现场，并按照估算量预留一定的富余量。

拌合用水在施工现场设置蓄水池，蓄水池水量能够满足当日注浆用水需求。

3.4 人员准备
为了能很好地实施帷幕注浆方案，在施工前做好人员方面的准备，一是数量方面的准备，包括钻探人员、注浆人员；二是技术方面的准备，要对施工人员进行必要的培训和交底，使各工种人员能熟练掌握钻机、注浆机的操作，明确本次帷幕注浆的各项技术要求。

人员数量详见表2。

3.5 施工场地准备
在开始施工前，首先要将场地进行平整；其次是做好现场排水系统，确保排水顺畅；最后做好孔位的的测量放线，保证孔位的精准。

4 施工方法
4.1 施工工序
整个帷幕注浆方案的施工工序按照开孔（孔口管安装）→钻孔→下栓塞→钻孔清洗→简易压水试验→灌浆（变换水灰比、压力、浆材等）→闭浆封孔→打检查孔。

通过检查孔判断注浆效果，达到预期注浆目的的，则整个帷幕注浆工作即告结束，如果没达到目的，则按照上面的工序补打钻孔，继续注浆。

检查孔钻取岩芯，观察浆液充填情况，并检查检查孔内涌水量，如果浆液充填密实，检查孔涌水量小于0.2 m3/m· min，则表明注浆效果好，整个帷幕注浆工作即告结束；如果浆液充填不密实，则需补打钻孔，加密帷幕注浆孔，然后再继续注浆，直到浆液充填密实，检查孔涌水量小于0.2 m3/m· min方可。

4.2 钻孔施钻和注浆顺序
钻孔施钻时相邻钻孔避免按顺序施钻，尽量交错施钻，相邻两钻孔施钻时间尽量相隔较长。

这样可以避免在进行下一钻孔施钻时影响到上一钻孔的注浆效果。

每施钻完毕一个钻孔即对该孔进行注浆。

具体施钻顺序按照图1上标注的序号进行施钻。

4.3 注浆
注浆前先检查孔口管是否安装牢固，在确保牢固后方可进行注浆作业。

1）先应用清水冲孔，直至返清水为止。

但裂隙小，冲孔效果不好时，应采用抽水洗孔。

2）对钻孔进行压水试验，检查止浆塞的密封效果，确定浆液品种与浓度，压水延续时间，根据钻孔吸水能力确定，宜为10～30min。

3）对整个注浆管路系统进行水压试验，压力宜为注浆终压的1.2～1.5 倍，试压的持续时间不得少于15min。

4）单孔注浆结束的条件，应符合下列规定：
A.注浆压力达到设计终压并稳定l0min，且进浆速度为开始进浆速度的1/4 或注浆量达到设计注浆量的80%。

B.注浆结束后应将注浆孔及检查孔封填密实。

4.4 检查注浆效果
在所有帷幕注浆孔注浆完毕后，并且在浆液达到终凝条件时，打检查孔检查注浆效果。

一般情况下打4～8个检查孔，考虑到本竖井的断面较大，施打8个
检查孔，检查孔均匀地布置在两圈帷幕孔之间。

从8个检查孔取出的岩心来看，砂卵石层连成一体，表明注浆密实，注浆效果良好，涌水量从帷幕注浆前的318m3/d减少到5m3/d，达到了本次帷幕注浆目的。

注浆效果示意图见图2、图3。

5 结束语
通过帷幕注浆施工工艺在阆中嘉陵江隧道的实施，很好地解决了在砂卵石层开挖易发生涌水、塌方的安全隐患，为我们今后在同类岩层中进行隧道开挖积累了丰富的经验。

参考文献：
[1]中卫-贵阳联络线工程（四标段）河流大型穿越工程阆中嘉陵江隧道穿越工程施工图设计，四川科宏石油天然气工程有限公司，2011.02。