3、帷幕注浆施工工艺工法

帷幕注浆施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF-SD-0303-2011

第五工程有限公司 唐和青

1 前言

1.1工艺工法概况

帷幕注浆是加固地层，封堵水源的一种方法，对保持围岩稳定，增强隧道施工安全有着积极的作用。在地质特殊地段（富水、破碎岩层或自稳性差的地质地段），采用预注浆（地表超前注浆、洞内围岩全断面注浆等）对围岩进行处理，即可形成较大范围的筒状加固区，称为帷幕注浆。

1.2工艺原理

帷幕注浆的原理为：帷幕注浆是通过在掌子面钻地质探孔和注浆孔，再向孔内压注浆液，浆液挤出开挖断面及其周围一定范围内的岩缝中的水，保证围岩的裂隙被具有一定强度的混合浆体充填密实，并与岩体固结成一体，形成止水帷幕。

对于破碎岩层、砂卵石层、中、细、粉砂层等有一定渗透性的地层，采用“渗透注浆”，采用中低压力将浆液压注到地层中的裂缝、孔隙里，经过物理化学作用凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体。

对于颗粒更细的不透水、不透浆液的地层，采用“劈裂注浆”。采用高压浆液强行挤压孔周，使粘土层劈裂成缝并使浆液充塞凝结于其中，从而对粘土层起到了挤压加固的作用。

B-B(23～104号注浆孔未示）1222A-A隧道内轮廓线43

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图1 主洞全断面帷幕注浆示意图

2 工艺工法特点

2.1适用于断层破碎带或可能出现突水涌泥地段，隧道开挖可能引起突水涌泥或地下水、地表水流失，采取“以堵为主，限量排放”的原则，通过超前预注浆控制地下水流量，保证施工安全。

2.2预注浆方法主要有前进式注浆、后退式注浆、全孔一次注浆法等。

2.3针对隧道各种地下水的赋存情况的不同，可采用不同的注浆堵水材料，如 单液水泥浆类浆液、水泥—水玻璃类浆液、TGRM水泥基特种灌浆材料（是以特制的高性能水泥，配以适当种类和数量的外加剂，共同混合均匀，制成具有早强、高性能的水硬性胶凝材料。），可以根据地质情况的渗透系数进行选用。

2.4根据水文地质情况、开挖支护方式、相邻隧道的相互影响、地表环境要求、水资源保护等来制定相应的注浆方案（比如全断面帷幕注浆、上半断面注浆、周边帷幕注浆、局部注浆等）进行堵水加固。

3 适用范围

3.1 根据设计地质资料及经过综合评判，当掌子面前方存在高压富水区，具有较大规模的涌水、突水，对隧道结构和隧道施工安全构成威胁的地段。

3.2 根据地表监测数据、超前探水和超前地质预报判定隧道涌水可能造成地表水库严重泄漏，对居民生产生活用水有重大影响的地段。

3.3 根据地表监测数据和超前地质预报判定隧道涌水可能引起地表严重塌陷并对地表建筑安全构成威胁的地段。

4主要引用标准

4.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号)、《帷幕灌浆施工技术规范》、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60）。

4.2设计图纸、合同文件

5施工方法

帷幕注浆是采用钻机在掌子面钻注浆孔，再利用注浆机向孔内压注浆液（单液浆、双液浆或特种灌浆材料），浆液挤出岩缝中的水，保证围岩的裂隙被具有一定强度的混合浆体充填密实，并与岩体固结成一体，形成止水帷幕。

5.1每一循环注浆长度为约20～40m，为保证注浆效果，第一循环必要时设置混凝土止浆墙（一般采用C20级以上混凝土浇筑而成）。开挖后必须为下一循环保留至少一定厚度的止浆岩盘。

5.2孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。在高水压地层施工，孔口应设置防突装置。

5.3帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，根据隧道的地质情况，经计算及工程类比确定浆液扩散半径R，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。钻孔和注浆顺序应由外向内，由拱脚向拱部逐管注浆，同一圈孔间隔施工。注浆过程中严格控制注浆压力，设计注浆压力（终压值）一般为2～3倍实测水压力。

5.4注浆完成后必须进行钻孔检验帷幕注浆效果，达到效果方可进行下一循环开挖。

6工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

6.2操作要点

6.2.1地质预报 图2 帷幕注浆施工工艺流程图

地质判断是为了搜集有关施工帷幕注浆地段的工程地质和水文地质情况，为正确选择注浆参数和采取相应的技术参量提供依据。一般的超前地质判断手段有超前探水孔钻探、红外线、TSP地质雷达超前地质预测预报和地质素描等手段，通过对地质预报信息的综合分析，可以比较准确地判明相应施工区域的地质情况，从而可以掌握岩土的渗透性、土颗粒的组成、孔隙率、饱和度及地下水量、水压和水质等物理化学性质，为合理的采取注浆方法和获得理想的注浆效果提供了理论依据。

6.2.2注浆设计

1 注浆范围的选择

注浆范围与地质情况、开挖断面大小、开挖方法、对周边的影响密切相关，可根据自身工程所处的地质环境、设计图纸和试验效果来确定注浆范围。

2 注浆段长和注浆孔的布置

根据钻机性能，选用每循环注浆段长35～40米；帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白

为原则，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。

3 注浆方式的选择

当钻孔过程中未遇见泥夹层或涌水，就一钻到底，全孔一次压入式注浆；在钻 孔过程中遇到泥夹层或涌水，立即停止钻孔，采取注一段钻一段的分段前进式注浆，直至终孔；对于易卡钻杆，孔口密封比较困难，以及要求实现定位控域注浆地层采用钻杆后退式注浆；对于地质条件特别差，开挖时拱顶还需要进行超前棚护时，可采用钢管孔底注浆。各注浆方式的优缺点如表1：

表1 注浆工艺比较表

1）进行前进式分段注浆施工工艺进，即在施工中，实施钻一段注一段，再清孔钻一段、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根据围岩情况定位1～3m。前进式分段注采用止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆。

2）进行后退式分段注浆施工时，在检查合格的钻孔中放入止浆塞及基它配

套装置，对一个注浆分段段长进行注浆施工，第一分段注浆完成后，后退一个分段长度进行第二分段注浆，如此往复，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～2.5m。一般成孔较好的优先采用此方法注浆效果较好。

3）全孔一次性注浆时，直接将注浆管路接在孔口管上，在孔口处利用孔

口管进行全孔注浆施工

4 注浆参数的选择

每循环注浆长度30～40m，单孔有效扩散半径2.5 m左右，终孔间距2.0～3.0m；

注浆范围为：一般地段隧道扩散半径为衬砌外5m。

注浆压力：注浆压力是注浆的主要参数，它对浆液的扩散范围，岩层裂隙充填 的密实程度及注浆效果的好坏起着决定性的作用，所以必须有足够的注浆压力克服静水压力和地层阻力，方能达到注浆目的，一般富水地段取静水压力的2～3倍。 浆液的注入量：指单孔注入量，按假设浆液在地层中均匀扩散公式为：

Q=πR2L nαη

式中：Q——单孔注浆量（m3）；

R——浆液扩散半径（m）取2.5m；

L——注浆孔长（m）；

n——地层的裂隙（％），取2～4%；

α——浆液在岩石裂隙中的充填系数，视岩石情况取0.3～0.9；

η——浆液消耗率，取1.1。

5 注浆材料的选择及配比

注浆材料的选择与地质条件和涌水量有关，通常有以下几个方面：

1）断层破碎带和砂卵石地层，当裂隙宽度（或粒径）大于1mm时，加固地层或者堵水注浆，宜优先选用料源广、价格便宜的单液浆水泥浆和水泥—水玻璃浆液：

①采用水泥浆液时，水灰比宜采用0.8:1～2:1。需缩短胶泥时间，可加入食盐或三乙醇胺速凝剂。

②采用水泥-水玻璃浆液时，应根据胶凝时间配置。一般水泥浆液的水灰比为0.8:1～1.5:1；水玻璃浓度为25～40°Be粒水泥浆与水玻璃的体积比宜为1:1～1:0.3。

2）断层泥地带，当裂隙宽度（或粒径）小于1mm时，加固注浆宜优先采用水玻璃类和木胺类浆液。

3）中、细、粉砂层及细小裂隙岩层，断层泥地段，宜采用渗透性好，遇水膨胀的化学类浆液。

根据注浆工程的需要，水泥浆中可掺入下列掺合料，但有一定的要求：

砂：应为质地坚硬的天然砂或机制砂，粒径不宜大于2.5mm，细度模数不宜大于2.0，SO3含量宜小于1%，含泥量不宜大于3%，有机物含量不宜大于3%。

黏性土：朔性指数不宜小于14，黏粒（粒径小于0.005mm）含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%，有机物含量不宜大于3%。

粉煤灰：应为精选的粉煤灰，烧失量宜小于8%，SO3含量宜小于3%，细度不宜低于同时使用水泥的细度。

水玻璃：模数宜为2.4～3.0，浓度宜为30～45Be。

另外帷幕注浆要求的水泥细度为通过80μm方孔筛的筛余量不宜大于5%，注浆材料采用重量称量。现场制浆时，要求加料准确并注意注浆顺序，即先往搅拌机中放入规定量的水，然后在加入水泥搅拌均匀后再加入外加剂。

总之，对注浆材料的选择应根据工程的具体要求、地质条件、浆液性能和注浆工艺及成本等综合考虑，选择最适合的浆材。

6.2.3止浆岩盘

一个止浆岩盘止浆效果的好坏，将直接关系到帷幕注浆成功与否。根据注浆段 围岩情况预留不同厚度的止浆岩盘：一般取3m～5m，这样既确保了注浆效果，又避免了每个注浆循环浇筑砼作为止浆墙这道工序，加快了施工进度（止浆岩盘一般采用C20级以上混凝土浇筑而成）。

6.2.4钻孔

待止浆墙强度达到设计强度的70%、孔口管与止浆墙连接牢固，并检查止浆墙及周边范围无渗漏水时方可进行钻孔。

1 孔位布设：严格按照设计图纸对孔位的要求进行布孔，将其位置直接定位标识在掌子面上，孔位偏差不得大于5cm，钻孔偏斜率最大允许偏差为0.5% ，同时应满足设计要求。在进行钻空定位时，孔口按钻孔设计用全站仪按三维坐标进行标准控制，钻孔偏角采用地质罗盘定向，水平角采用在钻孔平台上放设标准点的方式控制，并用全站仪按三维坐标进行抽检，控制精度要满足允许偏差要求。

钻机就位：根据孔位位置将钻机定位，钻头对准孔口管，在技术人员指导下按照注浆孔的角度设计要求调整钻杆角度。孔位对准后，钻机不得移位，也不得随意起降。

2 埋设孔口管

固结牢固密实，保证不漏浆、不窜浆的孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素， 其埋设方法：先用YQ-100型冲击式钻机钻3.0m深，再将φ108孔口管插入，外露

20～30cm，管壁与孔口接触处用麻丝填塞，再向孔口管内注TGRM水泥基固结。孔口管起着导向作用，钻孔安装时要控制好外插角度。

3 钻进成孔：第一个钻孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。密切观察钻屑或溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。钻孔时，安排专业工程师值班，及时对岩层、岩性以及孔内各种情况进行详细记录。特别是对钻孔穿越破碎带和溶蚀空腔进行详细记录，以便为注浆浆液及方案的确定提供依据。钻到出较大的水，无法继续钻进时，停止钻孔，安装闸阀，进行关水，测量涌水量和水压力，然后进行注浆。

6.2.5制浆

配制浆液时采用经鉴定准确的计量工具，按照经试验确定的设计配方配料。配制浆液时严格按照配制顺序将注浆材料逐一加入均匀搅拌，搅拌顺序一般为：水、水泥、外加剂及其他材料，搅拌时注意控制搅拌时间。一般来讲使用普通搅拌机时不小于3min，使用高速搅拌机时不小于3s。搅拌时间大于4h的浆液应该废弃。任何季节注浆浆液的温度应保持在5～40°之间。浆液搅拌成型后应该取样检查其凝结时间是否符合设计要求，以便对浆液进行分析、评价。另外配制的浆液应在规定的时间内用完。

6.2.6注浆

在每次进行注浆前，均对该钻孔的水压、水量进行测定，以便对浆液类型和终止注浆压力的选定。出水量通常采用桶装法测定，水压采用关闭高压闸阀并在止回阀位置安装一高压水表进行测定。注浆时按照顺序施作：从注浆段两边到中间，间隔跳孔，逐渐加密，以达到挤密加固的目的。开始注浆后，随时控制好注浆压力（测量水压0.5～1.5MPa）。注浆压力表安装在注浆泵靠出浆管上，记录时记录压力摆动的平均值，压力波动范围不大于灌浆压力的20％。在压力突然迅速增加时，应立即停机，以防破管伤人。准确测量吸浆量以此判断是否改水灰比比级，监测浆液性能（比重、含灰量等），适时调整浆液性能，使浆液性能保持在最佳状态。为防止注入浆液过早堵塞浆液渗透通道及过多的浆液向要求帷幕范围以外扩散，通常灌浆浆液浓度遵循由稀到浓的原则逐级改变，在注浆量达到预期数量后注入浓浆对外渗通道予以封堵。但对注浆孔周围有裂隙水渗流部位，浆液采取由浓到稀或先双液后单

液的方式进行注浆，使先注入的浆液与地下水一道流动，在流动通道中凝固，堵塞地下水外排通道，然后换注稀浆或单液浆，使浆液沿注浆孔内出水通道压入（浆液转换模式必须精确掌握转换时间，过早会导致对出水通道封堵无效，过迟则会堵塞后续浆液的压入通道）。

单孔注浆结束条件：预注浆各孔段均达到设计终压并稳定10min，且注浆量不小于设计注浆量的80%，进浆速度为开始进浆速度的1/4。

注浆过程应派专人进行过程控制，负责填写注浆记录表，记录注浆时间、注浆压力、浆液消耗量等数据，以便注浆结束后进行效果检查。

6.2.7 注浆效果检查

注浆结束后，必须在分析资料的基础上进行注浆效果检查，可采取钻孔取芯法对注浆效果进行检查；或进行压（抽）水试验，当检查孔的吸水量大于1.0L/(min.m)时,必须进行补充注浆；或采取连续测流量观测的方法，当所测流量小于设计涌水量时，则注浆效果满足要求。

7劳动力组织

劳动力的配置应考虑满足连续作业的要求，现场成立由40人组成的作业队伍，明确分工、明确职责；其中由18人组成的注浆工班，分两个作业班组循环施工，每班设注浆泵司机1人，制水泥浆2人，制水玻璃浆液1人，作业面管路安装2人，配合3人，见表2。

8 主要机具设备

钻孔设备：意大利卡萨C6钻机（日本矿岩多功能钻机、ZYG-150地质钻机、国

产MK-5钻机、ZY-200地质钻机）

注浆设备：ZG6310往复式柱塞泵（单液注浆机）

2TGZ60/210 可调式高压注浆泵（双液注浆机）

KBY-80/70注浆泵（双液注浆机）

制浆设备：JZ350叶片式搅拌机（或ZSKYS-ZJ2水泥搅拌机）

辅助设备：搅拌储浆桶一台，其他压力表配置3个以上，以便复核使用

以上钻孔、注浆不同设备的选用可根据隧道断面形式、帷幕注浆工程量大小、工程进度要求、经济效益以及水量大小等现场实际情况进行选择配置。

9质量控制

9.1质量验收标准

9.1.1 超前帷幕注浆所采用的水泥的检验应符合暂行标准。

9.1.2 浆液配合比设计应根据试验确定并符合设计要求。

检验数量：施工单位、监理单位全部检查。

检验方法：施工单位进行配合比试验；监理单位检查配合比试验单并见证试验。

9.1.3 超前帷幕注浆范围应符合设计要求。

检验数量：施工单位、监理单位全部检查。

检验方法：观察。

9.1.4 超前帷幕注浆必须符合设计要求。检查孔的设置和日均出水量应符合设计要求。

检查数量：施工单位、监理单位全部检查。

检验方法：检查孔数量采用计数检查，出水量采用集水称量。

9.1.5 注浆压力、注浆量、注浆速度等注浆参数应符合设计要求。

检验数量：施工单位全部检查。

检验方法：观察、查施工记录。

9.1.6 注浆孔数量、布置应符合设计要求。注浆孔间距允许偏差为±5%孔深。

检验数量：施工单位全部检查。

检验方法：观察和测量。

9.1.7 单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束。

9.2易出现的质量问题：

9.2.1 注浆钻孔的方向控制不好、深度不够，导致达不到帷幕注浆效果。

9.2.2 由于围岩破碎，造成局部坍塌，容易塌造成卡钻。

9.2.3 注浆中容易发生堵管，尤其双液注浆，或者压力控制不当，导致注浆半径达不到设计要求。

9.3质量保证措施

9.3.1做好超前地质预探预报工作，包括地质调查、TSP-203探测和超前探孔。 在接近进入设计富水区段施工处设立试验段进行注浆参数的选定和调整，现场培训直接施工作业人员。

9.3.2注浆孔的布设及注浆顺序

开钻前，由测量人员严格按照施工设计图将注浆孔位定位于掌子面上。钻机定位前，先平整钻机安装所需的场地并检查钻机是否能正常运转。开钻前钻杆角度要准确对位，钻头点位与布孔点之距相差不得大于2cm，钻杆角度与设计角度相差不得大于1°，以此保证孔位布置的合理性和浆液扩散的均匀性。

注浆时一定要按上述注浆施工工序施工，不得盲目的随意对注浆孔进行注浆。以防止注浆不到位或注浆效果差的现象发生，从而起不到帷幕加固和堵水的作用。

9.3.3浆液配合比的控制

浆液配置时，由责任心强的工作人员严格按照试验室给出的浆液配比单进行配制，所有配置浆液的原材都要采用经标定的计量工具进行计量控制，特别是对外加剂的控制。现场需要调整浆液配合比时应立即通知试验室，经试验部门同意后方能对浆液配比进行调整。

9.3.4注浆压力和压注流量的控制

在注浆过程中注浆压力一定要严格控制，由专人操作。现场操作时根据注浆试验确定的注浆参数严格控制注浆压力和注浆流量，压力过大或过小都会影响浆液流量，而浆液流量的多少则直接对注浆效果的好坏产生影响，故注浆压力和压注流量

在注浆过程中是一个非常关键的环节，施工时必须加以控制,注浆压力一般控制在静水压力＋0.5MPa～1.5MPa。在施压过程中，升压不宜过快，注浆压力达到规定值时应予以稳压一定时间,应持压3min～5min,以利浆液进一步渗入缝隙。

10安全措施

10.1主要安全风险分析

断层破碎带或可能出现突水涌泥地段，有可能发生塌方掉石或者突水；双液浆注浆时浆液对人的皮肤尤其眼睛具有腐蚀性，要做好相应的风险处理措施，编制施工应急预案。

10.2保证措施

10.2.1进洞人员必须戴安全帽，特殊工种应持证上岗。注浆期间在掌子面附近增加设置量测断面，设置观察点，并派专人负责掌子面附近初期支护的沉降观察。

10.2.2坚持安全交底制度和安全学习制度，提高全员安全意识。

10.2.3认真遵守钻注机械设备的操作规则，所有注浆人员必须严格执行专项作业的防护要求，尽可能减少或免除浆液和粉尘对人身及机械设备的侵害。严禁湿手操作任何钻注设备及其它带电机具。

10.2.4每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置；安装注浆软管与导管接头或注浆泵头的各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保联接完好，以保证压力表数值能真实的反映注浆压力情况。注浆过程中，必须注意观察注浆压力和吸浆量的变化情况。当注浆泵压力发生巨增，吸浆量迅速减小或不吸浆时，一般是泵的吸水笼头或吸浆球阀堵塞。如果泵压突增，而注浆孔压力上升很慢或不上升，而吸浆能力下降或不吸浆，多为混合器或钻孔发生堵塞，应及时处理。

10.2.5加强洞内电力、通风、排水管线路的管理，防止漏电、漏风伤人。注浆管路及连接件采用耐高压装置，当压力上升时，要防止管路连接部位爆裂伤人。 11环保措施

11.1环境保护、水土保持“三同时”制度，即环境保护、水土保持设施与主体工程同时设计、同时实施工、同时施工的制度。

11.2加强机械保养维修，降低机械噪声和废气排放。

11.3做好洞内外文明施工，保证良好的施工环境。施工废水按有关要求进行

处理，不得直接排入农田，河流和渠道。清洗骨料的水和其它施工废水采取过滤、沉淀处理后方可排放，以免污染周围环境。

11.4在运输水泥等易飞扬的物料时，用蓬布覆盖严密，并装量适中。

12 应用实例

12.1工程简介

翔安隧道连接厦门市本岛和翔安区陆地，为厦门市第三条出口通道。隧道全长6.051km，跨越海域总长4.459km。按照高等级公路的设计标准，计算行车速度为80km/h，隧道最大断面尺寸17.04m×12.56m（宽×高）。翔安隧道海域段穿越F1、F2、F3、F4四个海底风化深槽（囊）（见图3-1），每处长约50～100m，静水压力0.5～0.7MPa，风化深槽（囊）受断层影响，岩体破碎，节理裂隙发育，主要为全、强风化花岗岩，隧道顶板厚度较薄，围岩经开挖扰动后，隧道顶部的高水压容易将隧道覆盖层击穿，稍有不慎，就很有可能发生涌水、突泥，造成隧道持续坍塌或严重进水，使施工人员和机械设备面临极大威胁，甚至会导致工程报废，因此安全穿越风化槽是隧道施工的难点。设计主要考虑注浆止水与围岩加固相结合，具体措施采用全断面（帷幕）超前预注浆、配合长管棚及超前注浆小导管辅助施工措施进行超前处理。中铁一局集团第五工程有限公司承建的翔安隧道A4合同段有F3、F2风化深槽，本工程实例主要以F3风化深槽为对象来介绍穿越海域段风化槽帷幕注浆施工技术。

12.2施工情况

右线行车隧道F3风化槽长82m，覆盖层厚度为22～40m，海水深8～11m，顶板厚度在0.9～14.7m之间，拱顶最大静水压力0.5MPa，分段最大涌水量为

6.2m3/d/m。F3风化槽在隧道内的岩石主要成分为弱～强风化黑云母花岗岩、花岗闪长岩和弱～强风化辉绿岩岩脉。地下水主要为海域地下水，设计拱顶最大静水压力0.5MPa，分段最大涌水量为6.2m3/d/m，渗透系数为10-5～10-6cm/s，属弱透水层。设计采用全断面帷幕注浆加固围岩。隧道开挖至距F3风化槽设计起点还有20.5m时，掌子面围岩出现弱化现象，考虑到F3风化槽的平面位置有可能前移，暂停掘进，对掌子面前方围岩进行综合超前地质预报，预报结果如下：

1 右线隧道从YK10+690开始进入F3风化槽影响带，比原设计提前20m进入风化槽，顶板厚度为15m。

2 YK10+690～+650段隧道上半部围岩以弱～强风化花岗岩为主，局部夹杂全风化花岗岩及辉绿岩脉，隧道下半部围岩以弱～微风化花岗岩为主，节理、裂隙发育，涌水量约为1.5m3/d/m，具有一定的自稳性，该段隧道围岩等级综合评价为Ⅴ级。

3 YK10+650～+620段围岩以弱风化花岗岩为主，局部夹杂强风化花岗岩，节理、裂隙发育，YK10+660顶板厚度为12m，地下水主要为风化基岩裂隙水，平均单孔涌水量约为1.1m3/d/m，该段隧道围岩综合评价为Ⅳ级。

4 YK10+620～+592.5段以弱风化黑云母花岗岩为主，节理、裂隙较发育，地下水以风化基岩裂隙水为主。YK10+592.5～+585段以弱～微风化黑云母花岗岩为主，节理裂隙微发育。地下水以风化基岩裂隙水为主，该段平均单孔出水量平均约为0.25m3/m/d，F3风化槽在YK10+587附近结束。

基于此，由于F3风化深槽上软下硬，开挖风险主要来自于上断面，以强～弱风化为主，因此只需要解决上部堵水和围岩固结，就能达到效果，下部围岩以弱～微风化为主，地下水主要以风化基岩裂隙水为主，上断面注浆加固后，裂隙水通道被堵，下部渗水将大大减少，因此经过综合分析论证，放弃原设计的全断面帷幕注浆，在主断层地段选用上部周边帷幕注浆的方式对掌子面前方的围岩进行超前预加固，其它过渡带可以采用其它超前预注浆方式加固堵水。

12.2.1 超前预注浆参数的选择

1 注浆压力的确定

注浆压力是控制注浆效果的关键因素，在不考虑边界条件下，提高注浆压力，渗透注浆能够把岩土体孔隙中的空气和水全部排走，挤密劈裂注浆能够是土体变得更密实，提高其粘聚力和摩擦角。

根据设计图纸要求，注浆压力取静水压力的2.5～4倍。即：

P=（2.5～4）P0

式中：P—注浆终压（MPa）；P0—渗透地下水压力（MPa）

在F3风化槽地段虽然主要为渗透注浆，从低到高逐渐加压，但注浆压力不易过高，达到设计注浆量即可停止注浆，以避免过多的扰动地层。计算可得周边帷幕注浆压力取值为：1.5～3.0 MPa。

2 注浆速度确定

在密实、渗透性低的强全风华花岗岩地层中，浆液的扩散方式主要为挤密和劈

裂。因此在注浆开始时注浆速率可以大一点，这样有利于浆液能量的积蓄，以劈裂土体，当压力逐渐升高时注浆速率应该调小一点，这样有利于浆液的扩散。总的来讲注浆速率控制在5～110L/min.

3 浆液扩散半径的确定

扩散半径按下式计算：

孔隙等效半径γe＝0.000045cm，注浆材料凝胶强度s＝9dyn/cm2 。计算得浆液扩散半径为1.5m。

4 注浆加固范围

注浆区域按围岩止水的有效范围进行计算，行车隧道周边帷幕超前预注浆加固范围为开挖轮廓线以外5m。

5 浆液浓度的选择

浆液在运动过程中需要克服浆液表面与孔壁的摩擦力和自身的内切力，这两个阻力都与浆液的浓度有关。浆液浓度越低，其值也越低。所以浆液浓度的选择应遵循先稀后浓，逐级变化的原则。我国现行规范规定浆液的水灰比可采用8：1，5：1，3：1，2：1，1.5：1，0.8：1，0.6:1，0.5:1九个比级。根据本工程的实际情况，我们采用的比级有： 1.5：1，1：1，0.8：1.

6 注浆孔布置

周边帷幕注浆终孔间距为浆液扩散半径的1.5～1.75倍，即L=（1.5～1.75），即L=（1.5～1.75）R，终孔间距定为2.2m。

7 单孔注浆结束确定

由于F3风化槽以弱～强风化岩石为主，裂隙较发育，注浆过程控制采用“控压不限量”的方法，主要以控制注浆压力作为单孔每循环注浆结束标准，终压一般为1.5MPa，最大压力≤3MPa。

12.2.2 注浆材料的选择和试验研究

注浆材料主要应根据浆液的可行性、可注性、环保、经济性及工艺实施难易度综合分析来选取。对注浆材料的要求：可灌性好、早期强度高、材料配合及操作简单、材料来源广，价格便宜、无公害等。

根据砂层段注浆经验，并结合海域段相关地质条件，在翔安隧道海底风化深槽（囊）段帷幕注浆以普通水泥、普通水泥－水玻璃为主要浆材，超细水泥为辅助浆

材。各注浆材料具体配合比应在现场试验中不断优化和完善，并最终确定下来。

经过对三种材料的对比，根据F3风化深槽的实际情况，本着合理、高效、经济、耐久的原则，注浆堵水材料主要选用普通水泥-水玻璃双液浆，对于全强风化等可注性差的地段考虑使用超细水泥材料。

12.2.3 注浆工艺的选择

根据F3风化槽地质情况，及各注浆工艺的优缺点，决定采用钻杆后退式注浆为主，前进式分段注浆为辅的注浆工艺，结合全孔一次性注浆。

12.2.4 钻孔设备选择

超前钻孔及预注浆时必须占用掌子面，因此要求施工速度快。在前期施工准备阶段，经过大量调研，对日本矿岩多功能钻机、意大利卡萨C6钻机、以及国产MK-5钻机的性能进行比较，最终选择功率较大、钻进速度较快的意大利卡萨C6钻机专门处理风化槽，卡萨C6多功能钻机具有钻孔速度快，钻孔深，移动灵活，能进行50m的绳索取芯，这对于提高超前水平探孔取芯率，提高钻孔速率很有帮助的。

12.2.5注浆、制浆设备选择

风化深槽地质条件复杂多变，每个孔的地质情况，出水情况都不一样，因此必须配置数量充足、性能优良的注制浆设备，经过比选，最终选择了注浆压力、注浆速率可调的KBY-80/70注浆泵，搅拌采用ZSKYS-ZJ2水泥搅拌机。

12.2.6 注浆效果评价

超前预注浆完成后需要对注浆效果进行钻孔取芯检查出水量及注浆固结效果，合格后方可进行下步的开挖支护作业。施工检查孔根据注浆总数的10%布置，F3风化槽布置5个检查孔，其中注浆区4孔，非注浆区1孔，孔深均为35m，终孔后注浆区检查孔最大出水量为0.3L/m/min（4个孔在前20m基本无水），非注浆区检查孔出水量为0.47L/m/min，注浆区堵水率达到90%，符合“上堵下排”的注浆效果，取芯后发现注浆主要以充填裂隙堵水为主，劈裂注浆为辅，符合注浆结束标准，具备开挖条件。

隧道2005年8月开工，2010年2月竣工。F3风化深槽经过158天的施工，成功穿越，比原计划提前了59天。

12.3工程结果评价

通过对海底隧道穿越风化槽施工技术研究，采用多种方法综合探测前方地质情

况，提高了地质预报的准确性，并根据地质预报结果制定相应的施工方案和措施，提前作好施工准备，实施信息化指导施工，避免隧道施工中易产生的坍塌和涌水、突水现象的发生；通过对隧道围岩地质情况分析，对加固堵水注浆方法和注浆方式进行比较，最后选择“上半断面周边帷幕注浆+超前长管棚+超前注浆小导管”最佳组合方式进行超前注浆和超前支护，优化施工组织，既节约投资又节省了工期，与原设计相比，该优化方案可为国家节约建设投资1069.46万元，缩短工期97天。 厦门翔安隧道其研究成果总体达到世界先进水平，具有良好的经济效益和社会效益，取得了以下社会效益：《竖井龙门吊提升出碴及卸碴装置》获得国家实用型专利，《厦门海底隧道综合施工技术研究》获总公司特等奖。工程自开工以来，先后受到中央电视台、福建电视台、厦门电视台、陕西电视台、工人日报等多家新闻单位的采访和报道，为公司赢得了显著的经济效益和社会效益。

12.4建设效果及施工图片

图3 意大利卡萨C6钻机 图4 周边帷幕注浆孔位布置图

图5 周边帷幕注浆三维模拟图 图6 止浆墙施工

图7 注浆料拌制 图8 注浆作业

图9 周边帷幕注浆现场施工及效果图

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