高压动水粉细砂层溶洞注浆材料研究(铁道工程学报)

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1、高压动水粉细砂层充填型溶洞注浆材料研究曾蔚1,2张民庆3,4（1长安大学西安7100642西安铁路工程职工大学西安710065）（3铁道部工管中心宜万总指恩施4450004中铁隧道集团科研所洛阳471009）摘要:圆梁山隧道#2溶洞充填高压动水粉细砂层。在#2溶洞下导坑施工中，采用普通水泥-水玻璃双液浆和超细水泥-水玻璃双液浆注浆，十分艰难地通过了溶洞。随后，平导又遇到溶洞后，采用双液浆未达到良好的注浆效果，于是，调整注浆材料，引入普通水泥单液浆和超细水泥单液浆，形成组合式注浆材料。组合式注浆材料提高了平导的注浆效果，但在地表降雨后，注浆固结体仍被高压

2、水“击穿”，造成注浆失效。经过认真总结注浆的经验与教训，又引入TGRM浆和HSC浆，形成六种注浆材料配套体系及选择模式，从而较好地解决了随后平导与正洞的注浆难题。关键词:高压动水粉细砂层溶洞;注浆材料作者简介:张民庆(1970-),男,铁道部工程管理中心宜万总指高级工程师。主要从事隧道及地下工程结构监测、注浆堵水、地基加固、结构防排水等方面的科研、设计与施工工作。0工程概况圆梁山隧道全长11.068km，是渝怀线上最长的隧道。该隧道穿过三叠系、二叠系、泥盆系、志留系、奥陶系和寒武系等多种地层，穿越毛坝向斜、桐麻岭背斜和冷水河浅埋段，主要发育毛坝向斜、桐

3、麻岭背斜及伴生断裂[1]。根据地勘资料，毛坝向斜受地质构造影响，存在P2w+c和P1q+m两层承压水，预估承压水压力高达4.42～4.6MPa。圆梁山隧道正洞施工采取超前下导坑先行、扩大断面开挖成洞。为满足工期要求，在距正洞右侧30m处，设置贯通平行导坑。2002年4月21日，正洞超前下导坑施工到DK354+460，在采用风钻钻孔时，由钻孔内射出高压水，于是停止施工，封闭掌子面。随后，采用地质钻机超前探测，探测表明，正洞DK354+460～+490为深埋充填高压动水粉细砂层溶洞，该溶洞编号为#2。2002年5月4日，在平导PDK354+420处，通过地

4、质钻机超前探测表明，平导PDK354+435～+495亦为高压动水粉细砂层充填型溶洞，该溶洞和正洞#2溶洞连通，为一个溶洞。1#2溶洞充填特征分析1.1高压动水特征如图1，毛坝向斜为两翼高凸，中间低洼的槽状地貌，向斜核部为嘉陵江组、大冶组、长兴组、吴家坪组、茅口组，以及梁山组和栖霞组灰岩，四周被志留系地层围限顶托，形成盆状构造。毛坝向斜地表岩溶洼地与岩溶槽谷遍布，溶沟、溶槽及落水洞密集，地表汇水区域南北长65km，东西宽2～3.5km。根据地表深孔钻探表明，在毛坝向斜核部存在P2w+c和P1q+m两层承压水，预估承压水压力高达4.42～4.6Mpa。根

5、据汇水面积及地层入渗系数计算，毛坝向斜核部正常涌水量为55000m3/d，最大涌水量为83000m3/d。2002年4月21日，在正洞下导坑DK354+460采用风钻钻孔时，由钻孔内射出高压水，射程约30m，水呈铁锈色，含大量泥砂，于是，立即停止施工，采用C20混凝土封闭掌子面。4月22日，采用地质钻机再次进行超前探孔，当探孔钻至4m时，钻孔内突发高压涌水、涌砂，将钻杆顶出8m，瞬时涌水量达860m3/h。2002年12月13日～2003年1月10日，对#2溶洞实测水压表明[2]，毛坝向斜存在高水压，水压力为2.73MPa。综合水量、水压分析，#2溶洞

6、具有明显的高压动水特征。(1)T1j(三叠系嘉陵江组)(2)T1d(三叠系大冶组)(3)P2c(二叠系长兴组)(4)P2w(二叠系吴家坪组)(5)P1m(二叠系茅口组)(6)P1L+q(二叠系梁山组、栖霞组)(7)D3s(泥盆系水车坪组)(8)S(志留系)图1毛坝向斜工程地质图Fig.1EngineeringgeologyofMaobasyncline1.2充填粉细砂层对#2溶洞充填介质进行筛分试验，根据试验结果汇制筛分曲线，如图2。由图2来看，#2溶洞充填介质为粉细砂层。图2#2溶洞充填介质筛分曲线图Fig.2SievingCurveoffillin

7、gmaterialsofthekarstcave2前期注浆材料的选择正洞下导坑遇到#2溶洞后，召开了多次专家会议，经对注浆方案、冷冻方案、水平旋喷方案和插板方案进行比选，认为注浆方案比较可靠，因此，确定#2溶洞采用注浆方案[3-4]。但由于#2溶洞充填介质为粉细砂层，颗粒细，且具有高压动水特征，因此#2溶洞注浆施工难度极大，目前，国内外尚无该类地层的注浆施工经验。注浆材料选择的合适与否是决定注浆成败的前提。圆梁山隧道#2溶洞具有高压动水特征，隧道洞口为细沙河，细沙河为该地区及下游居民的生活与灌溉用水，因此，一旦造成水环境污染，其后果将难以想象。对于化学

8、注浆材料而言，虽然该材料具有良好的可注性，凝胶时间也可以调整，但化学注浆材料一般均有毒性污染，