隧道工程防水注浆机理与施工探析

［摘要］冻融条件下，隧道工程受冻害等因素影响，围岩、结构缝等部位很容易出现渗水现象，隧道安全无法保证。防水注浆是治理隧道渗漏问题的工程措施之一，利于提高隧道工程质量。以隧道工程为研究对象，结合大量文献资料，分析了冻融条件下的隧道工程防水注浆机理。同时，以结合具体的工程实例，探讨了隧道工程防水注浆施工技术。

［关键词］防水注浆；隧道；隧道围岩；隧道结构；隧道衬砌

隧道工程施工过程中普遍存在渗水问题，会使隧道结构受损、地下水大量流失。特别是冻融条件下，隧道围岩、结构缝等部位渗水极可能引发冰冻危害，造成隧道结构变形、膨胀，使隧道无法正常使用，甚至危及行车安全。因此，探讨冻融条件下的隧道工程防水注浆施工技术尤为重要，这是防治隧道内部渗水问题的有效措施，也是提高隧道工程施工质量必要条件。

1防水注浆机理

在冻融条件下，隧道岩层结构空隙中的微量水会结冰并产生膨胀力，使空隙逐渐变长、变宽。受到这种冻胀力反复循环影响，岩体内部裂隙逐渐形成一个裂隙网，从而使围岩结构受损严重。此外，隧道工程中的混凝土结构也会受到低温因素影响，承受较大的膨胀力和渗透力，容易受损而出现内部损坏，降低混凝土结构强度。针对冻融对隧道工程结构安全产生的巨大危害，可通过防水注浆施工加以治理。防水注浆机理：通过注浆方式使水泥充填、或渗透到裂隙中，封堵空隙、渗水通道。水泥本身具备水化热效应，其在空隙中可自由扩散，深入空隙的每一个部位，进而达到封堵效果。值得注意的是，待浆液无法渗透的时候要着重控制好注浆压力，利用压力的变化使浆液有效的渗透到围岩裂隙中，避免因压力过大而出现劈裂问题。同时，所有的裂隙都要封堵上，防治剩余集水在冻胀力反复循环作用下而引发新裂缝。

2防水注浆施工技术

2.1工程概况

古交兴能电厂至太原供热主管线及中继能源站工程隧道段隧道工程第二标段，起点位于太原市万柏林区东社乡大岩村，路线经太原市万柏林区化客头乡赛庄、王封乡北银角到达终点周家山。设计历程为K4+400~K10+400，主要工程内容为供热3号隧道、道路、涵洞、防排水及附属工程的预埋结构等土建工程的施工。考虑当地实际气候条件，针对冻融条件的冰冻危害，本隧道工程采用防水注浆施工技术。

2.2隧道围岩防水注浆施工

隧道围岩防水注浆目的是封堵掌子面出渗水部位，保持隧道开挖过程中的围岩结构稳定性。施工工艺流程包括注浆准备、钻孔、孔口止浆、浆液配制、注浆、钻孔检查等。

2.2.1注浆准备

（1）向掌子面喷射10cm厚硅，周边嵌入基岩内，确保掌子面周围密封，避免注浆时掌子面出现泡浆问题。（2）进行隧道断面放线，清楚标注掌子面上的注浆位置。（3）准备注浆所需的设备工具、材料、水、电等。（4）调试好注浆机具，确认性能良好。

2.2.2钻孔

（1）根据设计图进行钻孔，同一个掌子面的钻孔、注浆工作要分开完成。（2）将钻具对准孔位，调准外插角，确认钻孔位置准确。（3）记录钻孔过程中的信息，包括地层变化等。

2.2.3孔口止浆

钻孔后，下放注浆管。注浆管放入后，管外露10cm左右，方便连接输浆。注浆管安装好后，立即用速凝砂浆将管内的孔内的空隙封堵起来，确保浆液不外露。

2.2.4浆液配制

选用旋流式搅拌机，此类机型搅拌均匀、快速。按照设计选用所需要的材料，按比例依次放入搅拌机内。放水时，将外掺剂一同放入，搅拌溶解后再放入水泥，搅拌4min。水泥浆液要随用随配，最好不要提前配制，以免出现冻凝、沉淀、离析等现象。

2.2.5注浆

（1）管路连接好后进行压水试验，确认管路没有任何部位泄露，注浆泵运转正常。同时，通过压水试验获得地层吸水参数。（2）采用低压高流速注浆方式，过程中根据实际情况调整注浆流速，水灰比也可以根据实际情况加以调整。（3）压力表、孔口、掌子面等情况要实施观察，若发现异常，及时予以处理。（4）注浆中，对注浆压力、进浆量等参数进行控制。完成注浆后，及时清洗注浆设备、管路，不要残留水泥浆液，以免造成管路堵塞。（5）根据前面记录的压力、流量、机械设备运转等情况分析注浆效果。

2.2.6注浆效果检查

掌子面注浆工作完成2h后，钻孔检查注浆情况。测量孔出水量，将测量结果与设计渗水量标准进行对比分析。若不达标，重新钻孔补浆，直至孔出水量符合要求。

2.3隧道衬砌结构缝防水注浆

隧道衬砌结构一般有结构缝，也是容易渗水的部位。该部位防水注浆采用化学注浆法，但衬砌背后回填注浆采用水泥注浆法。

2.3.1确认结构缝位置

清理干净衬砌表面的杂物、污物等，准确找到裂缝位置，并做标记。

2.3.2标注孔位

纵向裂缝的钻孔间距通常设置为30cm，环向裂缝的钻孔间距则没有一个明确的数值。当裂缝宽度大于3mm时，钻孔间距设定为50cm；当裂缝宽度小于1mm时，钻孔间距设定为30cm；当裂缝宽度在1~3mm间时，钻孔间距设定为40cm。

2.3.3钻孔

根据注浆嘴直径大小采用与之想配套的钻头。钻孔时，对钻孔倾角进行严格控制。钻具采用冲击电锤，钻进时用力均匀，倾角适当，保证孔径顺直，防止出现坍孔情况。

2.3.4裂缝冲洗

通过压水方式冲洗裂缝。具体操作如下。（1）利用高压风钻好的孔径进行逐一清洗。将风管深入孔内，直至孔底，由里向外的吹孔，将孔内的碎屑、粉尘等吹出来。（2）通过注浆嘴向孔内压水，洗去孔内的灰尘、碎片等，且达到湿润裂缝目的，便于浆液与水反应，增强浆液在水内的渗透性。（3）当压水压力值达到限制值后会缓慢回落，并维持在稳定水平上。注入的水达到设计要求后则可以停止压水，进行下阴孔压水。（4）压水时，如果压力长时间的位于高压上或回落缓慢，表示钻孔与裂缝面没有贯通，要重新钻孔，确保孔与裂缝面贯通。（5）在进水通畅情况下，如果压力未能持续升高，衬砌内有可能存在较大的空隙，此时连续压水2min后就可以停下操作。除了衬砌内有空隙外，还可能存在孔周围水大量渗出情况，将周围渗漏部位封堵上即可。（6）裂缝压水冲洗后，再用高压风吹走裂缝内的积水。

2.3.5注浆

注浆前，安装注浆嘴，将注浆嘴插入钻孔内，孔外露出4cm，确保其紧靠孔壁。然后准备浆料，可将浆料放入加温设施加热，达到预设温度后即刻停止加热。准备好以上工作后，正式开始注浆操作。注浆流程如下。（1）纵向缝注浆时，2台注浆泵同时前后两侧进行；环向缝从隧道左右两侧同时进行，采用从下到上顺序。（2）根据裂缝宽度、混凝土厚度等数据确定注浆压力，一般设定为40MPa。（3）注浆过程中，对裂缝宽度和周围混凝土变化等进行紧密观察，若发现异常及时处理。（4）监测注浆温度，当温度小于10℃时，对浆液进行加热。（5）注浆后先停机再关闭阀门。（6）裂缝注浆结束后，按照标准要求补浆。

2.3.6注浆效果检查和清理工作

待浆液凝固后，除去注浆嘴，并将注浆嘴封堵住。注浆效果检查如下。（1）分析注浆压力、注浆时间、浆液流量等情况，结合分析结果分析判断注浆效果。（2）每一个纵向缝、横向缝都设置一个检查孔，每一个检查孔都进行压水试验，测量水压值设定为2MPa。结合压水试验过程和结果分析注浆效果。（3）每一个裂缝都钻取芯样，借助芯样观察裂缝内水泥浆液的填充情况。（4）对渗透水量进行测量，并结合量测结果分析其注浆效果。（5）经过注浆效果检查，确认符合标准，开始后续的清理工作。清理时，使用专用的清洗剂，将所有接触到浆液的设备、工具都清洗干净。清洗后产生的废液集中回收处理，以免污染环境。

2.3.7施工注意事项

（1）注浆前，对隧道洞内的温度、二衬背后的温度进行测量，要求这方面的温度都大于2℃时才能注浆。（2）确认洞内的全部冰都已融化。（3）根据每次用量配制浆液，随用随配。浆液使用前禁止与水接触。（4）浆液配制好后，要选择干燥的容器加以存放，摆放在干燥环境环境，不要存放在潮湿环境下。同时，存放过程不能打开，避免降低材料使用寿命。

3结束语

综上所述，冻融条件下的隧道工程施工尤为注重防水注浆施工，通过这一方面的工程治理隧道内部渗水问题，其目的降低冰冻危害，确保隧道结构安全。隧道工程防水注浆施工主要包括围岩掌子面和结构施工缝等内容，其中的掌子面防水注浆十分关键，必须给予足够重视，认真落实具体的施工工艺，从而切实达到渗水防治的目的。

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作者：关翔予 单位：中铁十九局集团第三工程有限公司