【工程】帷幕注浆施工工艺
1. 帷幕注浆材料、设备
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。
1.1. 注浆材料的选择及适用范围
针对本隧道富水区各种岩溶水的赋存情况的不同，拟采用三种不同的注浆堵水材料。
单液水泥浆类浆液：
单液水泥浆类浆液是以水泥为主，添加一定量的速凝剂，用水调剂成的浆液。它具有以下特点：
凝结时间可根据实际需要随意调节，其变化范围为几十分钟至几小时； 浆液结石率较高，抗压强度可达5～10Mpa，对于基岩裂隙中堵水和加固是完全能满足要求的;抗渗性能好； 工艺设备简单，操作方便，较之双液浆有更大的优越性；难以注入0.2mm以下岩溶裂隙；浆液无毒性，对地下水和环境无污染，较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全；来源丰富，价格便宜；凝结时间相对较长。
根据注浆对浆液凝胶时间的要求，施工中试验人员在隧道内对不同浆液配比进行分组试验，取得不同凝胶时间下的配比，供注浆选用。
水泥—水玻璃类浆液：
水泥—水玻璃类浆液是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入，必要时加入缓凝剂（磷酸氢二钠）所形成的注浆材料，是一种用途及其广泛，使用效果良好的注浆材料。 它具有以下特点：
来源丰富，价格便宜；结石体抗压强度高，可达5～20Mpa，但后期强度由于水玻璃的作用易降低；浆液结石率为100%，结石体渗透系数10～3cm/s，抗渗性能好；难以注入0.2mm以下岩溶裂隙；采用双液方式注入，施工工艺较单液复杂。
TGRM水泥基特种灌浆材料：
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。它具有以下特点：
比表面积大，可注入0.2mm以下岩溶裂隙中，弥补了普通水泥浆液在岩溶小裂隙中不易扩散的不足；浆液结石率可达100%，抗压强度可达50MPa以上；操作技术要求高；浆液无毒性，对地下水和环境无污染，较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全；价格昂贵。
其主要性能指标如下表：
项 目 | 指标值 |
比表面积（m2/kg） | ≥700 |
水下不分散性 | PH≤11 |
凝胶时间（分钟） | ≥9 |
流动度（mm） | ≥240 |
初凝（分钟） | ≥12 |
终凝（分钟） | ≤45 |
抗压强度（Mpa） | ≥50 |
注浆施工时，浆液类型的选择原则是根据岩溶水赋存情况和涌水量大小而确定：当遇到断层破碎带或涌水量大时，选用单液或双液浆；反之当遇到小裂隙型岩溶水且水量较小时，则选用TGRM水泥基特种灌浆材料，以上三种注浆材料各有所长，在注浆堵水过程中配合使用。
1.2. 注浆设备
钻孔设备：ZYG-150地质钻机 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）
制浆设备：JZ350叶片式搅拌机
辅助设备：搅拌储浆桶、多功能轨行式钻孔台车、T型混合器、Y型混合器
施工中以多功能轨行式台架为龙头骨架，以注浆管路为脉络，以轨道平板车为载体，将钻孔系统、注浆系统、浆液制备系统、运输系统等设备有机地组合在一起，形成机动灵活的轨行式钻孔注浆列车。
说明：各轨道平车之间用车钩连接，由电瓶车牵引，可迅速就位和撤离。
钻孔台车用于安放钻机(含风动钻机)推进器及支架、操作台及注浆管路。
1号轨道平车用于安放液压钻机的泵站，与钻孔台车共同组成钻孔系统。
2号轨道平车为注浆车，上面安放ZG6310单液注浆机两台、ZTGZ60/210可调压注浆机一台，根据注浆工艺要求选用不同的注浆泵。与孔口管、高压闸阀、注浆管、吸浆管共同组成注浆系统。
3号轨道平车为制浆车，JZ350叶片式搅拌桶两台，自搅拌储浆桶一台。另设水玻璃桶一个，容量1m3。
4号为14m3梭式矿车，用于水泥运输、存储。与3号车之间设活动跳板。
5号轨道平车为水玻璃罐车，与4号车共同组成后勤保障系统。水玻璃运到后，直接用浓油泵抽送到前面的水玻璃桶。
2. 帷幕注浆工艺和作业要点
2.1. 注浆工艺流程
详见附后的《帷幕注浆施工工艺流程图》。
2.2. 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30～40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，详见《帷幕注浆钻孔布置示意图》。
2.3. 注浆方式
采用分段前进式注浆或全孔一次压入式注浆。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。
帷幕注浆施工工艺流程图
2.4. 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：一般地段隧道衬砌外5m，断层破碎带得胜场暗河段为衬砌外8m。注浆方式：如果出水量较小且成孔容易，用一次性注浆方式或分段后退式注浆；如果成孔困难，则采用分段前进式注浆。
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=πR2Lnαη
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。
2.5. 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。本隧道根据注浆段围岩情况预留不同厚度的止浆岩盘：一般取5m～7m，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。
2.6. 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4.0m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。
2.7. 钻孔
根据不同用途，选用了ZYG-150全液压钻机和ZY-200全液压钻机。钻机由机头（钻杆推进器）、操作台、液压泵站三部分组成，之间通过高压管及快速接头连接，用于钻注浆孔。
先根据设计图孔位、钻孔参数，在工作面上放出钻孔位置，并用油漆标定。
调整钻杆的仰角和水平角，移动钻机，将钻头对准所标孔位。
将棱镜放在钻杆的尾端，用全站仪检查钻杆的姿态，并进行调整。
根据探孔预测结果，决定是否采用孔口管。对探孔预测水压较高（P≥1.0MPa），且水量较大（Q≥20m3/h）的区域，采用孔口管注浆，否则采用止浆塞止浆方式注浆。
当采取后退式分段注浆时，可采用钻机直接钻孔至设计深度。当采取前进式分段注浆时，采取钻一段注一段的方式，直至设计孔深。
钻孔按先外圈，后内圈的顺序进行。内圈钻孔可参照外圈钻孔的顺序。后序孔可检查前序孔的注浆效果。逐步加密注浆一方面可根据钻孔的情况，调整注浆参数；另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求，即可进行下一圈孔的钻进，减少钻孔的工作量，加快施工进度。钻孔时，还要严格作好钻孔记录：孔号、进尺、起讫时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力。施钻过程中，若单孔出水量小于30L/min，可继续施钻；若单孔出水量大于30L/min ，立即停钻进行注浆。
2.8. 制浆
选用JZ350叶片式搅拌机四台，作为水泥浆制浆设备，为了保证水泥浆的均匀性和在注浆间隙时不沉淀，另自行加工搅拌储浆桶两台，容量1立方米，采用立式电动机和摆线针轮式减速器，用支架倒立于储浆桶上，通过联轴节将动力直接传给搅拌轴。为了方便吸浆，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应。
根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用1×1mm网筛过滤，放入叶片立式搅拌机进行二次搅拌，确保浆液均匀。
2.9. 注浆准备
注浆管路的连接详见附后的《注浆管路连接图》。通过压水检查注浆管路的密封性；同时冲冼岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液充塞的密实性。
2.10. 浆液的确定
注浆管路连接图
2.11. 注浆顺序固结孔口管和封孔注浆时选用双液浆：当注浆孔涌水量小于30L/min，选用纯水泥浆；当注浆孔涌水量在30～200L/min范围内，选用凝胶时间为4～6min的浆液；当注浆孔涌水量大于200L/min，选用凝胶时间为3～4min的浆液。
先注外圈，后注内圈，同一圈由下而上间隔施作。
2.12. 注浆速度
当钻孔涌水量≥50L/min时，注入速度80～150L/min；当涌水量≤50L/min时，注入速度35～80L/min。
2.13. 注浆结束标准
全部注浆孔注浆完成后，在主要出水点附近设至少5个检查孔，测孔内涌水量，要求一般地段小于0.4L/min.m，且一处涌水量小于10 L/min；或进行压水实验，在0.75Mpa压力下，吸水量小于2 L/min，若达到上述要求，则可以开挖，否则进行补注浆。
2.14. 异常情况处理
若钻孔过程中，遇见突泥情况，立即停钻，拔出钻杆，安装孔口管及高压阀，进行注浆。
若掌子面小裂隙漏浆，先用水泥浆浸泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配比，缩短凝胶时间；若仍跑浆，在漏浆处采用普通风钻钻浅孔注浆固结。
若掌子面前方８米范围内大裂隙串浆或漏浆，采用止浆塞穿过该裂隙进行后退式注浆。
当注浆压力突然增高，则只注纯水泥浆或清水，待泵压恢复正常时，再行双液注浆；若压力不恢复正常，则停止注浆，检查管路是否堵塞。
当进浆量很大，压力长时间不升高，则调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液在岩层裂隙中有相对停留时间，以便凝胶；有时也可以进行间歇式注浆，但停注时间不能超过浆液凝胶时间。
3. 帷幕注浆施工技术注意事项和质量控制
3.1. 帷幕注浆施工注意事项
注浆钻孔的方向、深度都要严格按设计要求进行。
需要装设孔口管时，孔口管的装设要牢固、密实。
根据超前钻孔探测，随时测量涌水量及水压，化验水质，核实地质情况，如与设计不符，及时向设计单位、监理工程师提出，及时作好信息反馈，以便迅速变更设计、施工方案。
注浆中发生堵管时，先打开孔口泄浆阀，再关闭孔口进浆阀，然后停机，查找原因，迅速进行处理。
施工过程中要作好施工日志及各种检查测量记录。
在岩溶地区可能存在较大空洞，注浆量有时会比预计的多出数倍，因而施工现场必须备足够的注浆材料方可开始注浆，以免造成停工，堵塞岩石孔隙，影响注浆效果。
为保证注浆质量，处理注浆过程中的突发事件，注浆作业人员应进行专业培训，未参加培训人员不得上岗作业。关键工序应专人操作，不得任意调换。并建立专业注浆队伍，严格注浆施工纪律。
注浆材料应进行检验，合格后方可使用，并妥善保管，防止失效和损坏。
机具设备进入现场后应再次进行检查、维护、保养，以保证其时刻处于良好应用状态。
工作现场要配备必需的抢险材料，如棉纱、编织袋、方木等。
3.2. 帷幕注浆质量控制措施
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。
施工前对沿隧道建筑限界附近范围内的地表水文地质情况进行调查和监测。
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。
编制钻孔、注浆作业指导书，设立专职质量、安全检查人员。
注浆是一门现场发挥的技术，施工过程中应根据注浆情况调整配合比，注浆后及时整理资料，组织人员研讨施工工艺，不断提高注浆效率。
建立完善的质量管理体系，设立质量检查小组，现场设质量检查员，随时对施工的各个环节进行监督检查，定员定岗，质量责任到人。
严格按施工图进行施工，进行层层把关，杜绝不合格的产品进入下道工序。
加强现场施工材料管理，严格执行进料检验制度，保证施工材料满足设计要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。
严格施工纪律确保钻孔深度，做好钻孔记录；严格按照技术交底作业，按照注浆工艺流程施工，做好施工记录，确保注浆质量。确保孔口管与管壁之间封闭密实，防止孔口处跑浆；注浆开始时宜采用小流量以免堵塞浆液渗透通道。注浆结束标准必须达到设计要求注浆压力或注浆量。
注浆结束后，应综合分析钻孔注浆记录，并在出水量较大或注浆薄弱处打检查孔，检查注浆效果，如不能满足要求，则要补注。
注浆前，先对钻孔注浆设备进行检修，确保设备正常使用以免影响注浆质量。
定期召开质量分析会议，对注浆工艺进行改进，经提高注浆质量，并组织质量教育，严格执行“三检”制度，强化工序控制。
详见附后的《帷幕注浆施工工艺流程图》。
帷幕注浆施工工艺流程图