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⑴ 注漿加固

南嶺隧道注漿種類：

1）按地點分：地表注漿、洞內注漿。

2）按注漿材料分：水泥漿液、化學漿液，或單液漿、雙液漿。

3）按注漿時間：預注漿、後注漿。

4）按注漿目的分：圍岩加固、堵水堵泥。

據不完全統計，南嶺隧道注漿工作量如表10-3。

表10-3 南嶺隧道鑽孔注漿工程量統計表

（1）注漿方案的選擇

注漿方案的選擇是指地表垂直鑽注法與導坑水平鑽注方案的選擇，應根據隧道與施工條件確定。一般情況下，當含水層較厚距地表較近，或含水層雖薄，層數較多時；當隧道為淺埋隧道，能使鑽注與導坑掘進平行作業，加快施工進度時；當地表鑽孔較易見到突水層時，用地表垂直鑽注是合適的。反之，含水層較薄，但深，或含水層雖多，但相距較遠，其間又有隔水層時；當隧道為深埋隧道，鑽孔工作量過大，且鑽孔不易見到突水層時，則宜用導坑水平鑽注。

南嶺隧道下連溪、生潮壠地區為岩溶發育地層。涌水突泥時間長，量大，已經產生許多陷坑，還可能存在一些隱蔽陷坑，地表與洞內存在許多網狀、串珠狀岩溶通道。故地層已被嚴重擾動，採用單一的地表鑽注或洞內鑽注都不能達到堵水的作用，採用兩者結合的辦法較好。

1）地表鑽注比洞內鑽注超前一環進行，可以加快施工進度，可充填溶裂，加固地層，堵塞大的突水通道，以利提高洞內鑽注效果。

2）岩溶地層溶裂無規律，地表鑽孔往往不易見到溶裂地層，所以必須結合洞內鑽注法，以提高鑽注質量。

3）地表鑽注條件好、速度快；洞內鑽注工作面小、干擾大、施工條件差，影響和佔用掘進時間。

4）地表與洞內注漿量出入不大，各種注漿方法的效益還難以精確判斷。倘有成果，這是由於採取兩種注漿方法相結合之故。但洞內注漿止水效果優於地表注漿。

5）當地表鑽注能控制和堵塞溶裂，且打20°～30°斜孔能見溶裂層時，宜優先使用地表鑽注，反之應優先或結合使用洞內鑽注。

（2）注漿方法與段高

注漿段高是指一次注漿的長度，其方法分為全段一次注漿和分段注漿兩種。全段一次注漿是將注漿孔鑽至終深一次注漿。分段注漿又分分段下行式（自上而下）注漿與分段上行式（自下而上）注漿。

地表鑽注時從節約投資考慮，地質鑽孔同時又是注漿孔，並且，為了避免施工干擾，只能把地質鑽孔全鑽完後方可注漿，這給施工帶來了極大困難，只好採用全段一次注漿。注漿中極易孔口冒漿，漿液未達毛洞有效范圍的溶裂，注一孔造成周圍鄰孔冒漿固結。如注生潮壠一期工程12#孔周圍11個孔串漿；地質鑽孔多次變徑且小，滿足不了注漿要求；套管埋深不夠，僅滿足地質孔要求，但作為注漿孔則不夠；施工中採取的措施是將全段一次注漿改變為分段注漿，根據溶裂的標高可分別採用下行式或上行式，採用多次洗孔注漿法，直至滿足終孔標准。提高注漿工藝，嚴格控制注漿范圍，採取的方法：①將不合格的孔口管重新埋至完整灰岩下2m。②注意漿液配比，適時壓注雙液。③下鋼花管控制注漿范圍。④加強注漿信息反饋測試工作。⑤採用多孔同步注漿新工藝等。在地質極其復雜，施工條件極為不利的情況下，通過採取上述措施，注漿質量符合設計要求。在鑽孔附近，即在有效范圍6m內的隧道附近溶裂已加固，隧道凈空以上與洞內連通的溶裂封堵加固，地表形成注漿層硬殼，以利洞內施工方案的實施。注漿壓力通過多次鑽注從0→（0.5～0.7）MPa→（1～2.5）MPa。從洗孔取樣看，溶洞部分岩心為普通水泥-水玻璃雙液漿漿塊或漿液與泥的混合塊。生潮壠注漿擴散由南向北移動。

洞內注漿段高的選擇，可參考我國的經驗數據。在極破碎岩層中，注漿段高一般為5～10m，破碎岩層10～15 m，裂隙岩層15～30m，重復注漿可取30～50m。南嶺隧道採用多孔反復鑽注法，且鑽機的性能決定注漿段高選擇為30～40m。

注漿方法一般宜採用預注漿以防患未然，如出現涌水突泥，再鑽注的後注漿法，則成本高、干擾大、工期長、效果不如預注漿顯示得快而好。

（3）鑽孔布置與鑽孔機械

注漿孔的數目布置對注漿效果、鑽注時期、成本影響很大。注漿孔數的確定與岩石裂隙的大小、發育情況、導坑與隧道斷面、鑽注機械的性能、漿液種類等因素有關。

按照注漿機理，粘土中一般不能進行滲透注漿。若按滲透注漿則粘土中孔距大大小於粗砂地層的1.5 m間距。施工中按經驗布孔，同時不採用滲透注漿原理，而用壓潰、劈裂原理布孔。

地表布孔的原則：①距隧中線左右各7 m，間距10m梅花形布置兩排鑽孔。岩溶發育的隧道可加孔，以期形成帷幕。②應根據鑽探資料、洞內水平鑽孔資料、施工的有關資料，將鑽孔位置適當移動，增減孔數。③本工程一般都設計為垂直鑽孔，碰到岩溶幾率較少，最好應布斜鑽孔，以增加揭露裂隙幾率。

岩溶地層為典型非均質岩層，與均質岩層的鑽注設計和施工差別很大。施工中布孔遵循下列原則：①絕大多數鑽孔的終止位置在隧道外輪廓線外2m以上。②終孔間距5m左右，以達到沿隧道輪廓形成封閉帷幕。導坑中部布孔稀，主要為獲取地質資料和作注漿用。③對已探明溶裂突水處應布孔。如鑽孔突水，及時注漿堵水。④對充填稀粘土的溶洞地層，採取臨孔鑽注，使本孔排稀泥。⑤布孔先疏後密、先外後內。一般導坑四角各打一孔，中部一孔，根據具體情況再增加鑽孔。先鑽一般溶裂地層的孔，然後再集中於大的溶裂與溶洞層。

根據鐵路隧道施工的特點要求鑽機體積小、重量輕、鑽進速度快。本工程鑽機分兩類，一類地質鑽機：XY-2、XY-2B、XU300A-D宜用於注漿與打管棚孔，可取岩心；100A-D宜用於導坑探水取岩心。二類YG-80、YGZ-100重型風動鑿岩機。後者更好，配有液壓風動支架，經改進鑽孔工藝，可打俯角孔，與在溶洞地層中取岩心，地質鑽小班進尺約2 m，風動鑽小班進尺5～10m。南嶺隧道出口端鑽孔機械配套如表10-4。

表10-4 南嶺隧道出口端鑽孔機械表

（4）注漿材料與配比

注漿材料主要有水泥、水玻璃、化學漿液三大類。注漿材料應選擇適用於南嶺隧道的注漿設備並能注入岩溶中去。在其中固化堵塞涌水通道，加固溶裂中流塑性粘土的品種，由於岩溶注漿用壓潰、劈裂法代替滲透注漿，對注漿材料種類、黏度、顆粒性等要求不再像靜壓滲透注漿那樣嚴格。

本工程以水泥漿液為基本漿液，要求用新鮮的普通硅酸鹽32.5 R水泥，不宜使用礦渣水泥。

採用水泥-水玻璃系雙液注漿時，雙液配合比主要用經驗方法確定，試驗室配比試驗得到的初凝時間與抗壓強度，施工中要適當調整。本工程漿液水灰比控制在0.65∶1～1∶1。一般開始與終結的配合比為0.8∶1～1∶1。注漿中程大進漿量時水灰比為0.8∶1～0.65∶1。水泥漿與水玻璃的配合比用泵量控制。

為了改善水泥漿性能和提高在流塑泥中注漿的效果，可適當摻加若干化學材料。其作用：①速凝。②緩凝。③增強。④增加漿液和易性，提高漿液的可注性。⑤促使粘土塊粒崩解，以利漿液脈狀運動，固結土體。⑥節省材料與投資。⑦選出最佳經濟效益與性能的配合比。

（5）注漿設備與注漿工藝流程

南嶺隧道出口端注漿設備如表10-5。

表10-5 南嶺隧道出口端注漿設備表

BW250泥漿泵代注漿泵，該機性能較好卧式三缸往復單作用注塞泵。性能如表10-6。

表10-6 BW250泥漿泵性能表

拌和機卧式較好，它拌和均勻，體積凈空小，尤適用於洞內注漿。

單液注漿工藝流程較簡單，而普通水泥-水玻璃雙液漿要求漿液能按預定的擴散距離准確凝固，對其工藝流程要求嚴格。普通水泥-水玻璃雙液漿注漿工藝流程較單漿注漿多一套設備及管線，較為復雜，其主要特點如下。

1）用兩台同型號注漿泵（用泥漿泵代），也可用兩台不同型號泥漿泵，或一台能夠同時輸送CS的雙液泵。

2）兩種漿液在孔內或孔口混合，採用孔口混合的立式球閥混合器或三通旋塞。

3）泥漿泵應用可調泵量壓力的泵，雙液泵也應可調泵量與壓力。

4）採用混合注漿時，漿液在注漿設備與管路中均不得發生凝固而影響正常工作。

5）注漿設施應滿足最大吸漿量和最大壓力的要求，並應有備用部件。

6）混合器在孔口，泵應緊靠工作面，輸漿管盡量短一些。

南嶺隧道洞內工作面注漿。由於工作面狹窄，水泥拆包、攪拌灰塵飛揚，若開風機粉塵愈濃，職工勞動條件惡劣，氣溫也高，注漿材料用梭式礦車從洞外運入洞內。一旦運輸發生故障，注漿材料供不上，對注漿質量影響也極大。對此，充分利用淺埋隧道的特點，在下連溪、生潮壠地段打了六個通風（ϕ35～ϕ60cm）大孔，並用大孔運輸漿液。將攪拌站固定在通風孔的地表。

1）開挖工作室，雙線導坑尺寸3.2 m×3.5 m，長度不小於10m，工作面破碎或已涌水突泥，按設計灌注止水牆。

2）在地表通風孔處安裝攪拌站，在通風大孔內安裝兩種漿液的輸送管道入洞內。洞內同時設置兩種漿液貯漿池，搭設工作平台，安裝鑽注機械。

3）開孔嵌入基岩2 m，用普通水泥-水玻璃漿埋設ϕ127mm或ϕ150mm孔口管（帶法蘭盤）。

4）24 h後即可正式鑽進：①無大的溶裂，可鑽至設計孔深；②遇較大溶裂，應停鑽准備注漿；③遇有承壓水或流塑泥的鑽孔，應組織人力，千方百計安裝閘閥，並關閉，准備注漿。

5）安裝注漿管道，雙液混合器與三通旋塞。注水試驗完畢合格後即可注漿。水泥漿在洞內貯漿池內要進行第二次攪拌，注漿達到規定的標准，即可終孔。

6）繼續洗孔或開新孔，再按上述情況進行注漿，直至全部設計鑽孔完成。

7）打檢查孔，綜合注漿資料與檢查孔岩心情況，判斷注漿質量，達到設計要求，即可撤除鑽注機械，掌子面可放炮掘進；未達要求可適當補孔補注。

（6）注漿參數和質量檢查

注漿參數有：漿液的擴散半徑，注漿壓力、漿液濃度、漿液注入量、注漿結束標准等。

目前在非均質岩溶中注漿的參數尚少，按幾環鑽注的經驗並參閱有關資料，對注漿參數作如下規定。

1）漿液的擴散半徑。漿液擴散半徑即表示漿液的有效范圍。按照岩溶中普通水泥水玻璃雙液漿注漿的壓潰劈裂有效范圍之經驗值為4～6m的孔間距，選用為5m。遇到整體灰岩時間距可放大，遇大裂隙和溶洞斷層應將間距縮小或增孔。

2）注漿壓力。注漿壓力是使漿液擴散、充塞、壓實所需的壓力。它與掌子面靜水壓力、突水的動水壓力、岩溶裂隙的粗糙程度、溶洞是否充實及其大小、位置、過流斷面的大小、充填物的成分、含水率、漿液的黏滯性、顆粒度和膠凝時間等因素有關。注漿壓力經驗公式：

地表注漿按下式：

地下工程注漿技術

式中：P為注漿壓力（MPa）；H為孔位至靜水位的高度（m）。

洞內注漿按下式：

地下工程注漿技術

式中：K為洞內修正系數，動水突泥因素，取1.2～2.0。

注漿壓力與裂隙寬度有關，如圖10-15。本工程地表注漿壓力為1.5MPa，洞內注漿壓力3～4MPa，注漿段最後施工的鑽孔可達6MPa，個別孔瞬間可達10MPa。

圖10-15 注漿壓力與裂隙寬度關系曲線

3）漿液濃度。漿液濃度是指水玻璃的濃度，水泥漿與水玻璃的配合比一般不改變，若要改變漿液的參數，一般只是改變水泥漿的濃度。岩溶裂隙越大，用漿也越濃，每孔灌注時通常是由稀逐漸調濃，終孔前又可能由濃調稀，漿液濃度的選擇可參照經驗公式，按岩層的吸水率公式計算：

地下工程注漿技術

式中：Q為單位時間每米鑽孔在每米水壓作用下的吸水量（L/（min·m·m））；H為試驗時所利用的壓力（水頭壓力高度，m）；h為試驗鑽孔長度（m）。

在岩溶發育的石灰石岩層注漿，可利用表10-7所列數據選擇漿液濃度。

表10-7 漿液濃度選擇表

4）漿液注入量。可按擴散半徑、岩溶裂隙率採用下式計算。

地下工程注漿技術

式中：Q為注漿量（m³）；R為擴散半徑（m）；H為注漿段長（m）；n為地層裂隙度或空隙率，一般取1%～5%；α為漿液填充率，根據地層不同，一般取0.3～0.9；β為漿液損失率，取0.1～0.3。

5）注漿結束標准。可從三方面掌握。第一，由於地層岩溶范圍難於精確測定，注漿總量也難以測算，故注漿結束不能用注漿量控制，應以設計注漿壓力的終值進行控制。其終值根據客觀條件的變化，應選擇合理的上限和下限值，以滿足整治涌水突泥的要求。第二，每一注漿段應經幾次注漿才能達到質量要求，且每一注漿段由多孔組成，當注最後一個孔時壓力應較規定值大。達到終值時，地表注漿應穩定半小時，洞內注漿應穩定2 小時。第三，規定導坑突水量作為終止標准，礦山、煤礦規定為10m³/h，南嶺隧道為20m³/h。

6）注漿質量的檢查。在施工中應詳細的記錄，數據齊全。經過認真的整理分析後，可作為判斷、評價注漿質量的重要依據。

用檢查孔檢查鑽進中的情況與岩心成分與注漿體，用溶洞泥固結的抗壓強度等來評價溶裂與流塑泥的注漿質量。

採用各種測試手段測定工作面注漿後的突水量，突水量小於規定值，則質量合乎要求。

還可以從注漿段掘進情況中直接檢驗注漿質量。

7）突泥整治。南嶺隧道DK1935＋696～＋745段長55 m，為全隧地質復雜之冠。該段岩溶極為發育，溶洞距地表高達87 m，水平長度85 m，成45°傾斜，與隧道斜交。穿過相交長度約50m。溶洞多為流塑與軟塑狀黃色粘土所充填，其形態為：①隧道左側岩溶發育規模較大，形態較復雜並延伸至隧底；隧道右側岩溶由大到小逐漸消失；②DK1935＋685～＋745段溶洞標高由高到低，從隧道拱頂以上延伸至隧道底以下；③溶洞主要通道為管道型，溶洞橫向寬度較寬。

1980年6月11日，下導掘進至DK1935＋745時發出涌水突泥長達165 m。前85 m全部淤滿導坑。後80m部分充填，總突泥量約3550m³。突泥兩天後，隧道斜上方的地表出現一大陷坑，即編為24號陷坑。該陷坑中心距導坑開挖面約85 m，坍陷面積為1297 m²，呈鍋形，最深下陷量3 m，斷裂最大寬度為1.2 m。

經認真研究後，決定用鑽孔注漿法處理。從1984年8月6日至11月10日為鑽注總工期，扣除暴雨水害停工半個月及材料供不應求影響一個月，純鑽注時間為26天。鑽孔位置如圖10-16。

圖10-16 注漿鑽孔位置圖

0～3號為探孔，7、8、13號為注漿孔，J₁～J₁₁號為檢探孔，共用水泥759.4 t、水玻璃80.85 t。其中13號注漿10 次，工作壓力達1.6MPa，用水泥317.15 t、水玻璃21 t，孔深8.47 m，遠未終孔。8 號孔注漿2 次，工作壓力為1.8MPa，用水泥38.5 t、水玻璃4.35 t，孔深18 m，未終孔。7號孔注漿7 次，工作壓力為2.5MPa，用水泥99 t、水玻璃8.25 t，孔深達設計要求。其他11個檢探孔，以探地質為主，檢查三個注漿孔的情況。對檢探孔為了造孔需要注1～2次漿，注漿壓力2～2.5MPa。

1984年11月26日，DK1935＋745 下導放炮6 分鍾後，導坑底板被稀泥頂破，突泥洶涌噴出，濤聲回響，而後不斷傳來機器、鋼排架支撐傾覆聲，工人都安全撤離險區。當放炮16分鍾後，地表24號陷坑傳出鑽機下沉聲響、水響，後突然下陷，最深達15.69 m，面積約1587 m²，估算下陷土石約5467 m³。突泥淹沒隧道長177 m，突泥量約8000m³。如圖10-17。

1）施工方案。DK1935＋660處已下陷6千方，尚有2萬方已松動。

①DK1935＋660溶洞口地層加固：對溶洞口已松動的土體進行注漿，並埋置鋼導管及安裝鋼筋砂漿錨桿，加固坍塌體使之形成整體。

②DK1935＋705處岩溶管道在隧道上方，斷面較小，高寬各為15 m 左右，斷面約200m²，在此處設置一地表垂直鑽注攔堵牆，阻止溶洞上方充填物下滑，具體作法是壓漿固結土體並設置鋼導管鋼筋籠CS漿體錨桿，以增加抗滑能力。

③DK1935＋705洞內隧頂上方設工作室，對＋705 以南土體再度注漿，設4 排16 根鋼導管鋼筋籠CS漿體錨固樁。鋼管要插入基岩2 m，形成橫向鋼管棚堵截牆，堵住岩溶管道的泥流通道。

④DK1935＋705下導與＋745上半斷面高壓注漿，以加固洞身溶洞體流塑性粘泥。

圖10-17 DK1935＋745突泥及地表陷坑示意圖

⑤DK1935 ＋745 向北打拱部管棚，DK1935 ＋705 向南打左邊牆管棚，以順利通過隧道洞身溶洞，管內並壓注環氧樹脂化學漿液。

注漿施工方案如圖10-18。

圖10-18 DK1935＋745突泥治理方案示意圖

2）施工步驟。施工中根據地質情況、注漿質量，為了縮短工期、降低造價，對設計進行了局部變更。

①24 號陷坑口的整治：在陷穴口線路右側設一排鑽孔，間距2 m，孔內設ϕ108mm～ϕ127mm鋼套管，溶洞部分為花管，管內還加ϕ16mm～ϕ24mm鋼筋兩根，形成一座鋼管、鋼筋、CS漿體柱牆，堵塞突泥主要通道，有足夠的強度阻止坍塌體向洞內突泥。在喇叭口薄弱環節，可適當加設1～2排孔加固，同時由於漿液擴散，使鬆散坍塌體固結。漿液擴散半徑4～5 m，工作壓力滿足要求。從取樣來看，對疏鬆、軟的泥質頁岩、軟的粘土，注漿膠結體強度較高，注漿質量好，縮短一半工期。

②為管棚施工創造了有利的條件：原設計為長管棚40m，變更為短管棚20～25 m。拱部管棚孔一次成孔，鑽進順利，未產生鑽孔侵入開挖斷面，末發生鑽孔平交、立交等現象，管棚基本平、順、直，取消拱部一半管棚根數，將原設計55根1460.2 m變更減少為28根602.8 m，節約投資20萬元。