1、简述青岛胶州湾海底隧道注浆技术【摘要】海底段围岩裂隙与海水的连通性较强，本合同段本标段的不良地质主要为断层破碎带，开挖过程中一旦发生不可控制的突发涌水，在无尽水源、高水压，又无天然出口的条件下，必然造成极为严重的后果，所以，注浆施工是本工程的重点加难点，注浆质量的好坏直接影响到下道工序的施工，若采用原有技术和设备，又将极大影响施工进度，无法保证正常工期，因此通过现场试验，探索以及采用新设备，是胶州湾海底隧道注浆工艺的关键所在。 【关键词】海底隧道断层破碎带注浆止水 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号： 工程概况：青岛胶州湾隧道工程是一项规模宏大的跨海工程，是我国在建的最长一条海底隧道
2、，全长 7800m，其中海域段约 3950m，海底段围岩裂隙与海水的连通性较强，本合同段本标段的不良地质主要为断层破碎带（主隧道左洞有 9 条、服务隧道有 8 条断层破碎带） ，特别是海域区的多条挤压性和张性断层，断层、裂隙及其破碎带是海水进入海底隧道的通道，一旦发生不可控制的突发涌水，在无尽水源、高水压，又无天然出口的条件下，必然造成极为严重的后果，而预注浆、开挖后补注浆、初支后、二衬后压浆是加固围岩和控制海底隧道涌水、漏水的最佳方法,其主要作用是固结围岩和堵水,目的是创造安全作业环境和提高围岩自稳能力、抗渗透性及防腐性能。所以，注浆施工是本工程的重点加难点，注浆质量的好坏直接影响到下道工序
3、的施工，如采用原有技术和设备，又将极大影响施工进度，无法保证正常工期，因此通过现场试验，探索以及采用新设备，是胶州湾海底隧道注浆工艺的关键所在。 一、注浆方案的确定 预测到大面积淋水、渗水地段，估计开挖后会导致洞体失稳时，在开挖前采用小导管或自进式管棚进行周边预注浆加固围岩或填充裂隙止水；如开挖后仍有线性渗水时，则采用补注浆止水。全断面注浆断面周边用自进式 T76s 管棚，按开挖轮廓外 5m 和规定的间距进行布置，中间采用常规注浆孔，按设计要求，20m 一环，每环分次开挖完 15m，留 5m止浆岩墙 根据地质条件来决定注浆方案。注浆方案选择详见“注浆方案选择表” 。 注浆 一般弱水地段； 岩体
4、完整，探水孔流量 0.5m3/hQ1 m3/h； 开挖后局部有较大的流水或隧道初期支护结构表面的渗水量大于0.11/m2?d ； 初支完成后局部不能满足满足设计排水量要求，不能确保结构放排水的等级需要。 顶水注浆 在施做止浆墙后的深孔流水较大，Q2 m3/h； 炮眼的流水较大，Q2 m3/h。 二、全断面（帷幕）超前预注浆施工工艺、方法及措施 （一）全断面注浆加固方案见图 施工中采用全断面（帷幕）注浆加固，孔口管采用直径 100mm（外径108mm）,壁厚 4mm,长 2m 焊接钢管，作为止浆和孔口保护。钻孔以715外插角向前方打入围岩，环向间距 100cm。注浆孔全断面布置，注浆终压控制在
5、3.04.5Mpa。主隧道超前注浆加固范围为隧道开挖轮廓线外 5m，每循环注浆段长 30m，开挖时预留 10m 作为止浆岩盘。主隧道全断面注浆加固方案见图。 （二）隧道全断面超前（帷幕）预注浆施工工艺 超前全断面帷幕注浆施工工艺流程见 “超前帷幕注浆施工工艺流程图” 。 （三）止浆墙施工 1、止浆墙的设置要求:当超前地质预报预测出工作面前方水压较大或围岩破碎，需要进行全断面帷幕注浆时，为防止承压水和受压浆液从工作面漏出，并保证能用最大的注浆压力把浆液注入含水层的裂隙中，使之沿裂隙有效地扩散，在工作面设置止浆墙。止浆墙厚度按下式计算：式中：K安全系数，取 1.41.5； W作用在墙上的全荷载，
6、，KN； F混凝土止浆墙的横断面积，m2； b隧道宽度，m； h隧道高度，m； 混凝土许用抗压强度，Mpa。 2、止浆墙施工基面清理:在准备施工止浆墙的预定位置清理围岩，把隧道周边破碎岩石、浮渣清理干净，尤其是底板，要清理到硬底。用风镐向周边围岩开挖沟槽，深度 1.01.2m。 当围岩破碎，虚渣很深或节理裂隙发育、导水性强时，可用凿岩机向岩体深处打注浆孔，埋设的注浆管，用早强水泥加固周边岩体。然后再开挖沟槽，使之符合止水墙的要求。 3、浇注止浆墙：浇筑材料选用 425普通硅酸盐水泥、中砂和粗石子。当突水点位置较小，止水墙体积受到限制时，可在止浆墙体内架设钢筋，增加强度，减少体积，浇筑过程中要求
7、边浇筑混凝土边振动捣实，是墙体与围岩充分结合，薄弱环节预埋注浆管，墙体浇筑完毕，通过预埋注浆管注 CS 双液浆或者早强水泥，加固墙体。 3、止浆墙外侧隧道围岩的加固：止浆墙浇筑完毕，待混凝土强度达到设计要求 75%以后时才能注浆，为保证注浆加固和堵水的成功，在等强期间，还要对止浆墙体附近一定范围内的隧道围岩进行加固，加固范围视围岩体裂隙发育情况而定，一般两侧各 1520m。在此范围内，每23m 划分一个断面，每断面在隧道周边布置 712 个注浆孔，用凿岩机打眼造孔，下直径为 40mm 的注浆管，用双液浆或者早强水泥加固围岩。三、顶水注浆施工 当掌子面出现较大突水点时，采用 108mm 无缝钢管
8、作为导水管，插入或埋设入突点围岩内，然后用速凝胶泥将导水管填实。导水管端头焊上法兰盘，按长至离突水点 34m 处，按上阀门。在涌水最大孔位的导水管上安设压力表，以观察突水压力大小。导水管的数量和位置根据现场突水量和突水点的状况确定。导水管安装完成后对突水点周围进行压浆固结处理，岩体注浆加固工作完毕，注浆强度达到设计 90%，即可开始关水增压实验，关上导水管闸门，将水全部封闭在岩体内部，即可开始关水增压实验，关上导水管闸门，将水全部封闭在岩体内部，观察压力表的变化，测定静水压力，确定注浆终压，在关闭导水管闸门时要观察整个体系及围岩是否存在漏水情况，若有漏水，打开闸门放水，对漏水点重新进行加固处理
9、，反复处理几次，直至关闭闸门后 23 小时内系统及岩体均不漏水，方可开始顶水注浆施工。顶水注浆结束标准以终压和浆液数量双向控制。 四、径向注浆施工 径向注浆采用小导管注浆形式，对于开挖后仍呈面状渗水或围岩较破碎时，对开挖周边进行径向小导管注浆加固，达到止水和加固围岩的作用。径向注浆根据注浆设计图纸并结合地层特点进行确定，并在现场施做过程中不断完善，其施工工艺流程见图 “径向小导管注浆施工工艺流程图” 。 （一）径向小导管注浆成孔施工：首先在周边按设计标识出钻孔位置，利用台车或风钻成孔，达到设计孔深后，进行清孔、验孔；完成后安装小导管。 （二）径向小导管注浆方式：径向小导管注浆采用一次性注浆方式
10、施工。 （三）径向小导管注浆结束标准：径向小导管注浆结束标准以定量定压相结合进行控制。 图 3. 径向小导管注浆施工工艺流程图 注浆施工过程中，以定压为第一控制原则。在该段最大设计压力下，当注入率不大于 1L/min 时，继续灌注 5min 即可结束；如果长时间注浆压力不上升（一半指 30 分钟） ，应将注浆材料调整为双液浆，再注 30 分钟后仍不上升，可按定量标准进行注浆控制并报请监理共同确定结束标准。 （四）径向小导管注浆效果检查评定：径向小导管注浆所有注浆孔的注浆 P-曲线必须注浆结束标准一般以达到设计注浆终压及设计注浆量要求进行控制，且检查合格经监理确认后方可结束。采用三参记录仪达到结
11、束流量终压标准，径向注浆结束后应达到设计规定的允许流水量或围岩填充密实标准要求；检查孔检查注浆效果并对检查孔进行补注浆。 五、注浆设备与材料 （一）注浆设备 通过实践证明，采用合理的注浆制浆设备，适宜的注浆材料能够大大提高注浆效果，在对现场的设备进行多次的调研和对比后，钻孔钻孔采用瑞典 Boomer353EH178 三臂液压凿岩台车和意大利 C6 多功能钻注一体机，钻孔设备的配套极大的提高了钻孔的效率，节省了时间（最高速度可达 35m/h） 。注浆设备采用了 CMS 三参记录仪，对注浆的压力，流量，水灰比进行数据采集，极大的提高了注浆过程的科学性，同时对压力，流量的监控保证了整个注浆过程的安全
12、可控，又节约了时间。其他设备为：双液浆注浆泵，3SNS-A 注浆泵，YJ-1200 搅拌机，ZJ-4000 制浆机，遵循高效，适用的原则。 （二、注浆材料 对于海域强风化段采用超细水泥，必要时选用具有高强度、高耐久性和抗分散性特点的特种浆材、高强硫酸盐水泥，以实现可控域注浆。对于陆域一般破碎地段，主要采用普通水泥单液浆，当进行注浆堵水施工，必要时辅以普通水泥-水玻璃双液浆，用于掌子面封闭。其水灰比和浆液比根据现场的水泥条件和水玻璃条件试验后确定。根据全断面帷幕注浆堵水要求以及现场注浆效果，注浆堵水材料选用超细水泥水玻璃双液浆（30Be） ，浆液比 1:1 较为合理，1:0.8 浆液易在搅拌桶底
13、部出现沉淀并淤积成块堵塞转轮，1:1.2 浆液材料性能下降较为明显，其次超细水泥浆易于填充围岩细微裂纹，可注性强，填充裂隙，固结围岩防堵水效果较普通水泥浆更为明显；同时在控制注浆压力基础上，采用超细水泥浆可实现全孔一次注浆，与分段式注浆比较，减少了重复性扫孔，节约了工序时间。因此本工程帷幕注浆采取了 1:1 超细水泥水玻璃双液浆。 六、注浆主要技术控制措施 1、钻孔过程中，如遇到钻出水量明显增加时，则停止钻进，尽量减少钻注施工过程中水量排出，安设注浆管注浆。 2、注浆前先进行注浆现场试验，注浆参数通过现场试验在实际施工中根据具体情况及时调整，以获得较好的注浆加固效果。 3、配置浆液严格按照制浆
14、要求按顺序投料，不得随意增减数量；水泥在倒入搅拌桶前捡取其中的水泥纸及包装线，要在导入口安装一用滤网加工的过滤筛。 4、水泥浆搅拌好放入储浆桶后，在吸浆过程中不停搅动，防止浆液离析，影响配比参数。 5、注浆泵吸浆头用纱网包裹，并间隔一定时间提起吸浆头晃动，防止浆液堵塞吸浆头。 6、注浆管路连接完毕后，先压水检查注浆管路的密闭性，各种连接连接牢固，防止高压下脱开伤人。 7、注浆开始时，先打开注浆阀，再关闭泄浆阀，注浆结束时，先打开泄浆阀，待泄压后拆卸注浆管路。 8、注浆过程中遇到突然停电时，要立即用高压水冲洗净管内的浆液，与洞外联系后如停电时间较长时，注浆管全部拆下冲洗，注浆泵也要拆洗，将搅拌机
15、中浆液放入储浆放入储浆桶后清洗搅拌机。 9、注浆过程中，若地层吸浆量很大，注浆压力不上升，可通过调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，以达到空域注浆目的。 10、注浆过程中，如注浆压力突然上升，立即停止注浆工作，打开泄浆阀泄压，查明原因后再决定该孔是否继续注浆，如系管路堵塞，清除故障后继续注浆，如管路未堵塞，接管注浆时仍旧出现压力突然上升，可结束该孔注浆。 11、注浆过程中，如发生串浆现象，可关闭该串浆孔继续注浆，但若发生频繁时，应加大钻孔与注浆孔的间隔或同钻同注，减少串浆现象。12、注浆过程中，如跑、漏浆现象严重时，可通过间歇注浆或通过调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵，但若无效时，可暂停该孔
16、注浆。 13、注浆过程中，要保持注浆管路畅通，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。 14、严格按照设计注浆段长进行分段注浆，不得任意延长分段长度，必要时可进行重复注浆，以确保注浆质量。严格进行注浆效果检查评定，符合要求时才能结束注浆作业。当未达到注浆结束标准时，进行补孔注浆。 15、施工中应做好排水准备工作，以防止施工中大量涌水形成危害；准备好抢险准备工作。 七、注浆实例 2009 年 5 月 9 日服务洞掌子面 FK1+796 处在施作超前 3 个探孔时遇水（分别位于拱部，左侧，右侧） ，探孔深度分别为：35.1 米，24,.4 米，14.6 米，出水情况分别为：101.8L/min,
17、83.8L/min,53.5L/min,（如图4）探孔及出水情况验证了前方为断层破碎带，结合设计方案，TSP 超前地质预报，超前探孔资料确定了断层破碎带于 FK1+796 FK1+830 处，大约 34 米，破碎带内岩石为中风化强风化，岩体破碎，自稳性差，强度较低，节理缝夹泥或有泥质层，含有裂隙水，且水量较大，出水呈现喷射状，根 据注浆方案，该段采取全断面帷幕注浆（如图 5） 。打设注浆孔 77 个，注浆完成后打设检查孔 6 个，单孔每延米最大出水量为 0.06L/min，小于0.15/min，达到规范要求。注浆后对掌子面做 TSP 超前地质预报数据表明，裂隙充填较密实，围岩整体性好，爆破开挖后清楚可见浆液随节理裂隙面扩散，痕迹明显，无明水，达到预期的注浆效果。此次注浆共用时 26 天，如此大的水量比以往类似工程提高了效率。 图 4 掌子面出水情况
