探析隧道施工帷幕注浆堵水

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1、探析隧道施工帷幕注浆堵水【摘要】在特长大隧道修建过程中不可避免会遇到高压、富水、岩溶等不良地质条件，施工过程中常发生高压涌水、突泥现象，给施工和环境保护都带来了巨大的困难和安全隐患，在高水压、富水区修建长大隧道是一种具有挑战性的世界难题。本文依托铜锣山隧道高水压、富水、岩溶的特点，结合周围环境条件，研究了帷幕注浆堵水的相关理论。从溶液型浆材和悬浊液型浆材两方面探讨了注浆材料的种类，以铜锣山隧道施工的帷幕注浆堵水为基础，概述了国内外常用的注浆设计和注浆施工工艺。【关键词】隧道施工；注浆；堵水；工艺1•引言本文涉及铜锣山隧道施工，若采取排水方案将造成岩溶地下水水位大幅下降，导

2、致翼部暗河出口水量大幅减小，严重时极可能被袭夺疏干；水位大幅下降，相应地水力梯度会大幅增加，溶蚀加强，长期如此，隧道通过地带居民饮水水源的小岩溶泉水点将被袭夺疏干，地下水和隧道的埋深均较大⑴,地表松散层非常薄，疏干排水极可能会产生大面积岩溶塌陷，危及村民的生命、财产安全；岩溶水水流不断携带甚至岩溶塌陷；因此，堵水施工也是确保隧道安全开挖的前提。为保证铜锣山隧道建成后的“绿色工程”，铜锣山隧道对于水的处理采用“以堵为主、限量排放”的原则。1•注浆材料种类的选择随着注浆技术在工程建设领域中的逐年扩展，浆材也从早期的粘土、石灰和水泥发展到现在的水泥■水玻璃浆》与各种化学浆液共存

3、的快速发展时期。注浆材料通常指浆液中的主剂，为化学材料和粒状材料；浆液是同主剂、溶剂、固化剂等经混合后所配成的液体可分为溶液型和悬浊型两大类。2.1溶液型浆材(1)水玻璃类浆液水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和胶凝剂组成，具有可注性好，凝胶时间短，毒副作用小等优点。水玻璃是化学注浆中最早得到应用的材料［2］。(2)丙烯酸盐类浆液丙烯酸盐浆液是由一定浓度的单体、引发剂、缓凝剂、交联剂等组成的水溶液，浆液可注性好，胶凝时间可控制在数秒至数小时之间。(3)木质素类浆液木制素类浆液由纸浆废液、促凝剂和胶凝剂等组成。木质素类浆液包括硫木素和铮木素浆液。硫木素浆液低毒、无毒，是可用性高的注

4、浆材料。而铅木素浆液固化剂为重铅酸纳，其毒性大，无法大规模使用。(2)聚氨酯类浆液聚氨酯类浆液分水溶性和非水溶性。水溶性浆液具有亲水性，浆液可均匀地分散或融解于水中，胶凝后形成包含大量水的弹性体；非水溶性浆液难以被地下水冲稀，遇水膨胀，粘度低，扩散半径和凝固体积比大，无环境污染，可注性能好。(5)环氧树脂类浆液环氧树脂类浆液的优点是粘结力强、强度高、收缩小、化学稳定性好，它的粘结力和内聚力都较混凝土大，所以可用于结构补强。但存在浆液粘稠，可注性低，憎水性强，与潮湿裂缝粘结力差等不足。2.2悬浊液型浆材悬浊液型浆材是指固体颗粒悬浮在水中的注浆材料。主要包括纯水泥浆、水泥粘土

5、浆、水泥水玻璃浆等。(1)水泥浆液普通硅酸盐水泥是目前注浆工程中最常用的注浆材料。水泥细度是决定水泥性能的重要因素之一。水泥浆液材料造价低，无毒性，来源广，施工工艺简单方便，结石率能达到99%,结石抗压强度可达22MPa[3]o水泥浆液的缺点是易沉淀析水，稳定性差，不适宜动水条件下注浆。由于本文涉及的铜锣山隧道施工并无特殊要求，因此水泥浆液是施工所用的主要材料。(2)水泥粘土类浆液水泥粘土浆液是由水泥与粘土和水按比例混合而成。因粘土具有亲水性好，分散性高的优点，所以浆液沉淀析水性小，水泥粘土浆液的稳定性很高。水泥粘土类浆液的结石率可高达100%,结石抗压强度达13.6MP

6、ao(3)水泥水玻璃类浆液水泥水玻璃浆液也叫CS浆液，是用水泥和水玻璃作主剂，按配比混合成双液方式注入，也可加入速凝剂或缓凝剂来调整胶凝时间。其胶凝时间可调整在数秒内，可达到控域注浆的目的，弥补了单一水泥浆的凝结时间长的缺点，目前应用极其广泛。(4)超细水泥浆液超细水泥最大粒径10pm,平均粒径仅4pm)O因此它能够渗入到渗透系数为10-3-10-4cm/s的细砂层和岩石的细裂隙中。且抗压强度高，结石耐久性强，浆液可注性好，稳定性高。对于富含水饱和地层而言，采用超细水泥较其它材料优势明显。1•注浆设计目前，注浆设计方法均采用注浆参数为定值的''安全系数法”,且大多是依赖工

7、程经验，保守、准确性低，需进一步发展。因注浆介质的不均一性、复杂性及注浆影响因素的不确定性，使很多关于注浆的研究成果仍处于定性阶段或无法精确定量，很难在实践注浆设计中得到运用。所以在注浆设计中往往采用现场注浆试验或半经验公式确定参数［4］。通常规定，地质条件复杂的区域注浆或较大规模的注浆工程，必须先进行注浆试验确定参数后，再正式注浆。随着注浆应用领域及注浆规模的逐年扩大，以往的单一注浆方式已不能满足工程的需要。因此，如今在注浆设计中大多采用综合注浆法，也就是在一个注浆区采用几种注浆方式和几种不同性质的浆材联合，以满足不同的地质