青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

第３０卷第４期

２０１

１年４月

岩石力学与工程学报

ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄ

、，０１．３０Ｎｏ．４

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ａｐｒｉｌ，２０１１

青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

王乾１，曲立清１，郭洪雨２王全胜３

（１．青岛国信胶州湾交通有限公司，山东青岛２６６５００：２．浙江省交通规划设计研究院，浙江杭州３１０００６

３．中铁隧道集团科研所，河南洛阳４７１０００）

擅要；针对青岛胶州湾海底隧道施工过程中存在的断层破碎带涌水，通过理论分析、室内和现场试验及实际应用对普通水泥浆、超细水泥浆、特制硫铝酸盐水泥浆及水泥一水玻璃双液浆４种注浆材料进行研究试验，确定以超细水泥为主进行超前预注浆。并经过实践确定并验证注浆关键参数：浆液扩散半径为１．５～２．０ｍ，注浆终止压力为３～４ＭＰａ，注浆加固厚度为５～６ｍ。对分段前进、分段后退及全孔一次性注浆３种注浆方式进行试验比选，确定全孔一次性注浆、分段前进为主的注浆方式。在施工过程中，研究开发以三臂凿岩台车和高速制浆机制浆、高压注浆泵注浆、注浆记录仪自动记录注浆参数的信息化钻孔注浆设备配套系统，通过采取分区钻孔、分区注浆、钻注平行作业，实现超前预注浆的信息化快速施工。注浆效果检查以检查孔出水量（检查孔出水量满足设计每延米不大于０．１５Ｌ／ｒａｉｎ且局部出水量小于３Ｌ／ｒａｉｎ）、检查孔压水试验为主，辅以ＴＳＰ物探对比法、钻孔电视分析法、开挖揭示法及Ｐ－９丁曲线分析法。经过３ｌ段注浆，证明材料、参数、注浆方式的选择是可靠的。关ｔ词ｔ隧道工程；海底隧道；预注浆：注浆加固技术：出水量中图分类号Ｉ

Ｕ４５９．５

文ｌ－Ｉ标识码ｌ

Ａ

文章■号Ｉ１０００—６９１５（２０１ｉ）０４—０７９０—１３

ＧＲｏＵＴＩＮＧ

ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＩＱＵＥ

ＯＦ

ＱＩＮＧＤＡｏＪＩＡｏＺＨｏＵ

ＢＡＹＳＵＢＳＥＡＴＵＮＮＥＬ

ＷＡＮＧＱｉａｎｌ，ＱＵ

ｒ１．Ｑｉｎｇｄａｏ

ＧｕｏｘｉｎＪｉａｏｚｈｏｕＢａｙＴｒａｆｆｉｃ

Ｌｉｑｉｎ９１，ＧＵＯ

Ｈｏｎｇｙｕ２，ＷＡＮＧＱｕａｎｓｈｅｎ９３

Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６５００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈ巧ｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ

ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＰｌａｎｎｉｎｇ，ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１０００６，Ｃｈｉｎａ：３．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａ

ＲａｉｌｗａｙＴｕｎｎｅｌＧｒｏｕｐ

Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ４７１０００，Ｃｈｉｎａ）

ｚｏｎｅ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ

ａ

ｖｉｅｗｔｏｗａｔｅｒｉｎｆｌｏｗｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｄｆａｕｌｔｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｈｅ

ａｓ

Ｑｉｎｇｄａｏ

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Ｊｉａｏｚｈｏｕｂａｙｓｕｂｓｅａ

ｔｕｎｎｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｖｉａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｎｄｆｉｅｌｄｔｅｓｔ

ｗｅｌｌ

ｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ

ｏｎ

ｇｅｎｅｒａｌｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅ，ｕｌｔｒａｆｉｎｅｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅ，ｓｐｅｃｉａｌｌｙｍａｄｅｓｕｌｐｈｏａｌｕｍｉｎａｔｅ

ａｒｅ

ｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅａｎｄｃｅｍｅｎｔ－ｓｏｄｉｕｍｓｉｌｉｃａｔｅｄｏｕｂｌｅｌｉｑｕｉｄ

ａｌｌｃｏｎｄｕｃｔｅｄ；ａｎｄｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆａｄｖａｎｃｅｐｒｅ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ

ｗｉｍｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｏｆｕｌｔｒａｆｉｎｅｃｅｍｅｎｔｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｈａｖｅｂｅｅｎａｓｃｅｒｔａｉｎｅｄａｎｄｃｏｎｆｉｒｍｅｄｉｎｐｒａｃｔｉｃｅ，ｉ．ｅ．ｔｈｅｇｒｏｕｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｒａｄｉｕｓｉｓ１．５—２．０ｍ，ｔｈｅ

ｔｅｒｍｉｎａｔｅｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｉｎｇｒｏｕｔｉｎｇｉｓ３—４

ＭＰａ，ｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌｙｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｉｓ５—６ｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｆｏｒｗａｒｄ

ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｒｅｔｒｏｇｒａｄｅｇｒｏｕｔｉｎｇａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｎｇ

ａｎｄｏｎｅ－ｏｆｆｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｇｒｏｕｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓ

ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ；ｉ．ｅ．

ｆｏｒｗａｒｄｗａｙｏｆ

ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚｅｄｈｏｌｅ－－ｄｒｉｌｌｉｎｇ

ｏｎｅ－０ｆｒｆｕｌｌｈｏｌｅｇｒｏｕｔｉｎｇ．Ｉｎｔｈｅ

ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｓｙｓｔｅｍｏｆ

ｇｒｏｕｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｉｓｐｒｏｂｅｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｈｒｅｅ・－ｂｏｏｍｄｒｉｌｌ

ｇｒｏｕｔｉｎｇｐｕｍｐｆｏｒｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｃｏｒｄｅｒ

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ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｌｏｇｇｉｎｇｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｅａｃｈｄｅｐｌｏｙｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎ

ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｂｙ

ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇ

ａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇ

ｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｔ

ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｏｐｅｒａｔｅｄｏｎａｐａｒａｌｌｅｌｂａｓｉｓ，ａｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄ

ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚｅｄａｄｖａｎｃｅｐｒｅ－ｇｒｏｕｔｉｎｇｉｓｔｈｕｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｉｓｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃ

收藏日期ｌ２０１０—１０—ｌｌ；修回日期ｌｓｈｉｌｗ＠ｑｑ．ｏｏｍ

２０１１一０２一１６

作者简介ｔ王乾（１９８６一），男。２００８年毕业于北京交通大学桥梁与隧道工程专业，现为硕士研究生，主要从事隧道工程管理方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：

万方数据

第３０卷第４期

ｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇ

王乾等：青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术・７９１・

ｈｏｌｅｓ（ａｃｃｏｒｄｉｎｇ

ｔｏ

ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｅｒｌｉｎｅａｒｍｅｔｅｒｓｈｏｕｌｄｎｏｔ

ｎｏ

ｅｘｃｅｅｄ０．１５Ｌ／ｍｉｎａｎｄｌｏｃａｌｄｉｓｃｈａｒｇｅｓｈａｌｌｂｅ

ｍｏｒｅｔｈａｎ３

Ｌ／ｍｉｎ），ａｎｄａｓｓｉｓｔｅｄｉｎｐａｃｋｅｒｔｅｓｔｏｆｈｏｌｅ，ｗｈｉｃｈ

ａｒｅｆｕｒｔｈｅｒｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｔｕｎｎｅｌｓｅｉｓｍｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＴＳＰ）ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｄｒｉｌｌｉｎｇＴＶ

ａｎａｌｙｓｉｓ，ｅｘｃａｖａｔｉｏｎａｎｄｔｕｎｎｅｌｆａｃｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ａｓ

ｗｅｌｌ

ａｓ

Ｐ・Ｑ－Ｔ

ｃｕｒｖｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｂｙｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｇｒｏｕｔｉｎｇｆｏｒ３１

ｓｔａｇｅｓ，ｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａ托ａｌｌｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｆｅａｓｉｂｌｅ

ａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｓｕｂｓｅａｔｕｎｎｅｌ；ｐｒｅ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｗａｔｅｒｉｎｆｌｏｗ

１引

言

２０世纪４０年代日本修建的关门海峡水下公路隧道，是世界最早用钻爆法修建的水下隧道之一。为了解决对微小裂隙的注浆，采用水玻璃、重碳酸钠、硅氟化钠混合浆液注浆，取得了一定的效果。１９６４年，日本又修建了闻名世界的青函海底隧道，该隧道穿越津轻海峡，全长５３．８５ｋｍ，海底段２３．３０ｋｍ，隧道在海面下最大埋深２４０ｍ，其中水深１４０

ｍ。

青函海底隧道采用全断面超前预注浆加固技术取得了良好的效果，主要采用具有良好渗透性的水玻璃和超细高炉矿渣水泥。截止目前，挪威已经建成了约１００ｋｍ的水下隧道，均采用钻爆法施工川，采用超前预注浆的方式对海底不良地质段进行处理。

我国也意识到水下隧道对缓解交通压力的作用。青岛胶州湾海底隧道从２０世纪８０年代开始论证，到２００６年开始建设，用了近３０ａ的时间。目前厦门东通道翔安海底隧道与青岛胶州湾海底隧道均在建设中，还有一些海底隧道正在筹划中。海底隧道建设面临诸多的问题【２－３１，在胶州湾海底隧道的建设中，通过理论分析、现场试验和应用，研究出了一套适合于胶州湾海底隧道的施工方法，胶州湾海底隧道采超细水泥进行预灌浆加固堵水。整个隧道共完成注浆３ｌ段，均取得了良好的效果。多种注浆方案、注浆材料、注浆工艺、机械设备的综合运用和研究开发，实现了注浆技术在青岛胶州湾断层破碎带施工中的成功应用，较好地解决了断层破碎带和微裂隙快速注浆的难题，在理论上有创新和突破，在技术上具有独创性和开拓性，实际应用效果良好。

２胶州湾海底隧道地质情况

２．１地质情况概述

胶州湾海底隧道连接青岛市主城与辅城，南接薛家岛，北连团岛，下穿胶州湾湾口海域。胶州湾隧道为城市快速道路隧道，设双向六车道，设计车

万方数据

速８０ｋｍ／ｈ。工程采用钻爆法进行施工。胶州湾海底

隧道位于团岛和薛家岛之间，全长６

１７０

ｍ，隧道轴

线处海面宽约３．５ｋｍ，最大水深约为４２ｍ。隧道海

底穿过区域均为火山岩，在前期地质详勘过程中对隧址钻孔的弱～微风化段进行了抽水试验以及压水试验，确定了隧道破碎带的渗透系数和透水率。其中Ｆ４—４断层破碎带内岩体为碎裂～镶嵌碎裂结构，裂隙以密闭型为主，少数为微张型，裂隙面浸染迹象不甚明显；该破碎带宽度小于３０ｍ，透水率

５～１０Ｌｕ，渗透系数为０．０３～０．０６ｍ／ｄ，为弱渗透性。

隧道共通过渗透性等级从微～中等共１８条主要断层破碎带。

基岩主要为微风化花岗岩、花岗斑岩、火山角砾岩、火山角砾凝灰岩、流纹斑岩，并有较多辉绿岩脉、石英正长岩脉侵入。根据围岩风化及完整程度以及隧道上方顶板厚度等状况，隧道围岩分为ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ四个级别的围岩类型。２．２地质预报方法

为了确定前方的断层破碎带情况，采用了多种

综合地质超前预报方式【４１，主要采用物探手段（ＴＳＰ

超前地质预报、地质雷达探测法、瞬变电磁法探测）、钻探取芯以及地质编录、开挖验证的手段进行前方含水断层的预报，取得了良好的成果。

同时，在海底全程打设长探孔（探孔深度＞ｔ３０ｍ），在钻探中根据钻机在钻进过程中的推力、扭矩、转速大小、岩粉成分、成孔难易以及出水情况来判断前方的地层情况，同时进行涌水量和水压测试，判断掘进工作面前方地层的含水情况。服务隧道２．－－３孔，行车隧道３＂－５孔，若工作面有出水情况可适当增加探孔数目。掌子面孔口位置距开挖轮廓线０．５～

１．０

ｍ，终孔位于开挖轮廓线外１．５＂－３．０ｍ。探孔每

循环搭接长度，服务隧道６ｍ，行车隧道８ｍ。探孔

出水量是选择注浆方式的主要参数。

３注浆材料选择

注浆材料根据可行性、可注性、环保性、经济性及工艺实施难度综合考虑选择。目前，国内外常

・７９２・

岩石力学与工程学报２０１１短

用的注浆材料可以分为水泥基浆液（普通水泥浆、超细水泥浆及特制硫铝酸盐水泥等）和非水泥基浆液（改性水玻璃、环氧树脂等）。

考虑海底隧道处于腐蚀环境下，注浆材料应满足耐久性和耐腐蚀性的要求，主要对普通水泥、超细水泥（ＭＣ）、快硬硫铝酸盐水泥（ＨＳＣ）等几种水泥基浆液进行了试验。对凝胶时间、凝结时间、强度、耐久性、配合比等物理力学特性进行试验，３．１注浆材料特性及室内试验

对普通水泥单液浆、超细水泥浆、ＨＳＣ（特制硫铝酸盐水泥）及普通水泥一水玻璃双液浆进行对比，主要的对比情况如表１所示：

表ｌ

４种浆液性能对比

Ｔａｂｌｅ１

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｏｕｒｇｒｏｕｔｓ

浆液种类／（比ｅｒａ瓤２．ｇ积－ｉ】可注入裂隙胶凝嗍结嚣压

胶凝时间长，不结石体抗压

普通水０００

粒径大。可注入易调节，注浆过强度高，抗剪

泥浆４

ｏ．５衄裂隙

程中浆液磊流强度高，收缩

失：初凝时间长率大

普通水泥浆材料来源丰富，价格低廉且注浆的工艺较为简单，常常作为首选的注浆材料，但是由于其胶凝时间的一些特性，限制了其应用；超细水泥性能较普通水泥优越，价格略高，超细水泥比表面积８

２００

ｃｍ２／ｇ＞普通水泥４

０００

ｃｍＺ／ｇ＞快硬硫铝

酸盐水泥３

８００

ｃｍ２／ｇ，可注入的裂隙较普通水泥细

小，水压高、流速大的情况下会有一定的浆液损失；ＨＳＣ（特制硫铝酸盐水泥）能有效控制注浆区域，适

万方数据

宜在高水压、水流速大的条件下注浆施工，浆液结石体具有微膨胀性，胶结后，能有效地封堵住各种出水通路，注浆后堵水效果显著，适宜于富含水且有一定水压的破碎岩层、出水管道地层等：普通水泥一水玻璃双液浆可注性较好，配制容易，使用方便，考虑到其种种特性（如白浊），不建议在海底隧道中使用。

初步考虑以普通水泥、ＨＳＣ、ＭＣ为主要浆材，普通水泥一水玻璃作为辅助浆材，海底断裂破碎带应主要采用ＨＳＣ及ＭＣ。对几种浆液进行室内试验，从浆液的稳定性来看，在水灰比为ｌ：ｌ的条件下得出超细水泥的最终析水率及析水速度都较低；对于较大的水灰比，超细水泥的结石率较高，黏度小，但流动度不如普通水泥和硫铝酸盐水泥：从室内试验来看，现场注浆采用的水灰比不宣小于１：１，否则浆液的流动性将受到较大影响。３．２注入试验

在一断层破碎带，对普通水泥单液浆、硫铝酸盐水泥及超细水泥进行了注入试验。３．２．１普通水泥单液浆试验

普通水泥单液浆采用１：１及１．２：１两种水灰比进行试验。试验结果如下：

（１）ＣＩ一９孔，孔深２１ｍ，水灰比Ｗ：Ｃ＝Ｉ：ｌ，在压注２ｍｉｎ时，孔口密封垫片被冲破，注浆量较小。

（２）Ｃ３—６孔，孔深７．４ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ：１，压力上升很快，达到２．５ＭＰａ，孔口密封垫片被冲破，注入１２４Ｌ。填满该孔需注入４６．６Ｌ左右。

（３）Ｃ２—５孔，孑Ｌ深７．４１１１，Ｗ：Ｃ＝－Ｉ：１，注浆１ｍｉｎ，压力达３ＭＰａ，注入６７．４

Ｌ。

（４）Ｃ５一１０孔，孔深１７ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ．２：１，注浆２ｍｉｎ，密封垫冲破，压力达５ＭＰａ，注入４６．２

Ｌ。

（５）Ｃ２—５孔，孔深７．４ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ．２：１，注浆２ｍｉｎ，压力达到５ＭＰａ，注入９６．０４

Ｌ。

从试验数据中来看，普通水泥由于颗粒相对较

粗，在裂隙密闭地层压入困难，浆液仅能填满注浆钻孔，不能进行有效的劈裂和扩散。３．２．２硫铝酸盐水泥单液浆试验

硫铝酸盐水泥单液浆试验水灰比为１：１。在现场选择３孔进行试验。试验结果如下：

（１）Ｃ２—８孔，孔深３２ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ：１，共注浆２０ｍｉｎ，注浆量４７４．７Ｌ。从注浆记录时间一压力曲线来看，压力呈直线上升趋势，最终压力达到４．７

第３０卷第４期

王乾等：青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

ＭＰａ。从流量一时间曲线来看，流量呈逐渐增大，达到最大值时，又逐渐下降，达到最大压力时的流量为３．９

Ｌ／ｍｉｎ。

（２）Ｃ２—１６孔，孔深３１ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ：１，共注１６ｍｉｎ，注浆量５９３．３Ｌ。从注浆记录时间一压力曲线来看，压力呈缓慢上升趋势，达到峰值后突然下降，然后又上升至最大压力，最终压力达到４．３ＭＰａ。从流量一时间曲线来看，流量呈逐渐增大，达到最大值时，逐渐下降，达到最大压力时的流量为１８．４

Ｌ／ｍｉｎ。

（３）６＋９９０—２孔，孔深５ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ：１，共注１０ｒａｉｎ，注浆量２０１．】Ｌ。从注浆记录时间一压力曲线来看，压力呈直线上升趋势，最终压力达到３．５７ＭＰａ。从流量一时间曲线来看，流量呈逐渐增大，达到最大值时，逐渐下降，达到最大压力时的流量为１０．２

Ｌ／ｒａｉｎ。

从试验情况来看，与普通水泥浆一样，硫铝酸盐水泥注入量也不大，这是因为快硬硫铝酸盐水泥和普通水泥的颗粒相差不大，只是成分上有所差别，颗粒相对较粗，在细小裂隙内注浆量很难增加。３．２．３超细水泥试验

超细水泥以１：１的水灰比进行注浆，该水灰比可注入性较好，注浆量比较大。

另超细水泥以０．８：１的水灰比对Ｂ２５孔进行试验，孔深１５ｍ，于１５．５０开始，１６：０ｌ结束，累计注浆量４０１．６Ｌ，最大压力３ＭＰａ。该孔起始流量较大，之后随着压力上升，流量逐渐下降，在压力达到最大时，降至第一个低值，随后又有所增大，注浆压力逐渐上升，在７ｍｉｎ后达到最大，随后压力减小。该孔在压力达到最大时，孔口密封爆裂，随后压力下降，流量上升。填满该孔需要浆量９６．５Ｌ，

总注入量４０１．６Ｌ，注入量较小。

浆液较浓后，在地层中的注浆机制首先是积聚压密，然后是劈裂渗透，主要适用于软土地层，而裂隙岩体一般采用较稀的浆液进行劈裂注浆。

采用１：ｌ或１．２：１的普通水泥或快硬硫铝酸盐水泥注浆，虽能注入一部分，但其扩散范围有限，容易引起群粒堵塞效应。而采用０．８：１的超细水泥浆由于其浆液较浓，流动性较差，黏度较大，容易积聚；注浆时，容易引起裂隙入口处渗浆通道的堵塞，导致注浆压力上升较快，注浆量较小。３．３注浆材料选取标准

根据室内试验、现场试验，并结合各种浆液的

万方数据

性质，决定注浆材料的选取标准为：

（１）单孔钻孔出水量≤４０Ｌ／ｍｉｎ时，采用超细水泥单液浆。

（２）单孔钻孔出水量为４０－－－８０Ｌ／ｍｉｎ时，按普通水泥浆一超细水泥单液浆的顺序选用。

（３）单孔钻孔出水量≥８０Ｌ／ｍｉｎ时，按硫铝酸盐水泥浆一普通水泥浆一超细水泥单液浆的顺序选用。

４注浆设备的应用

４．１钻孔设备

在注浆工程中，钻孔机械应根据工程所需要的孔深、孔径等参数来确定。胶州湾隧道断面较大（内净空高８．２１８ｒｎ，宽１４．４２６ｍ），对机械的要求较高。为满足大规模注浆要求，从施工工期和设备综合利用方面考虑，海底隧道钻孔需要的钻机应具备钻孔速度快、有高性能旋转冲击动力头装置、大范围钻孔方向、钻杆安装拆卸方便、移动方便等条件。

常规地质钻机的代表是煤炭科学研究院西安分院生产的ＭＫＤ系列钻机，其特点是单个体积较小，价格相对较为便宜，用于大断面钻孔时，为提高施工效率，需要搭设钻孔台架及多台联合钻孔注浆。由于胶州湾隧道断面较大，断层破碎带较长，且施工要求较高，因此，常规地质钻机的实用性不高，不建议采用。

液压凿岩台车及凿岩机的出色代表有阿特拉斯

ＲｏｃｋｅｔＢｏｏｍｅｒ３５３ＥＳ－１１

７８、日本矿研的ＲＰＤ一１５０Ｃ

多功能全液压钻机、意大利卡萨Ｇｒａｎｄ—Ｃ６钻机及张家口宣化恒通鑫钻孔机械有限公司的ＨＴＹＭ８０８多功能液压钻机等。

阿特拉斯３５３Ｅ使用如４ｍｍ钻杆，矿研ＲＰＤ一１５０Ｃ使用饰５ｍｍ钻杆。阿特拉斯３５３Ｅ钻设注浆孔３５个，累计钻进７９４．９８ｍ，用时２

１４５

ｍｉｎ，平

均钻进效率Ｏ．３３ｍ／ｍｉｎ。矿研钻设注浆孔３８个，累计钻进８３１．２２ｍ，用时５

９４０

ｍｉｎ。平均钻进效率为

０．１４

ｍ／ｍｉｎ，台车的钻进效率大约是多功能钻机的

２．４倍。同时台车采用轮胎式行走，多功能钻机采用履带式行走，进场和定位均比较慢。阿特拉斯３５３Ｅ的移动范围比较大，台车就位后可在掌子面范围之内进行移动，而多功能钻机只能在附近２ｍ的位置移动，需要随时调整位置。

凿岩台车用于打设炮眼孔和锚杆孔的Ｒ３８（Ｈ３５／

岩ｉ力学与Ｔ程学报

２０Ｉｌ《

Ｒ３２）ｘ５５ｍ六角彤钻杆无怯满足深孔施工要求。经

过现场不断改进，最终选择了进口Ｔ３８ｘ３．６６ｍ圆形

加长钻杆．解决了深度钻孔问题。在注浆施工中，

钻进深度一般为２０～４０ｍ，钻孔偏差值太小直接影

响超前预注浆止水和加固效果，通过改进钻杆类型．

严格控制孔位误差、低冲击慢钻进、控制一次加固

长度等措施严控钻孔偏差．保证孔底偏差不大于孔

深的１／４０。

采用三臂凿岩台车进行钻孔使得注浆的效率得到提高。凿岩台车配备直径为６５及８９ｍｍ等多种

钻头．在注浆实施过程中，完全发挥了钻进潜力，

三臂同时钻进，大大提高了钻孔速率。在进行详细对比后，提出了以改进三臂凿岩台车为主、多功能

钻机为辅的超前预注浆系统，极大地提高了超前预

注浆的钻孔效率。

４．２■蒙殛注浆设鲁

现场制浆设备采用二级搅拌系统．一级搅拌采用采用黑旋风工程机械有限公司生产的高速制浆机

ｚＪ一４００．转速可达１

４４０

ｒ／ｍｉｎ．二级搅拌采用转速

８５

ｒ／ｍｉｎ的ｕ・３００搅拌机，从现场注浆实旗来看，

采用高速制浆机的发热量比较大，搅拌３～４ｍｉｎ后应将浆液倒到二级搅拌设备中。高速搅拌设备固液

两相物质在泵壳内由于叶轮的高速旋转ｆｌ

４３０～

ｌ４７０

ｒ／ｒａｉｎ）而被强烈搅拌分散而达到充分棍台后，

再从泵内排出以切线方向返流到罐内产生巨大的涡

流，使浆液进一步搅拌．在多次循环作用下使浆液

具各良好的流变性能及稳定性，由此而搅拌成浆液。从现场应用来看，２种搅拌机配台使用能够满足注

浆浆液的配制和性能要求．保证了制备浆液的连续

性和浆｛瘦的稳定性。

注浆泵按照其结构形式可以分为偏心螺杆泵、

柱塞泵及括塞泵（５ｑ。偏心螺杆泵注浆压力较低，压

力与流量不能调节．维修费用高，其优点是购置费

用低，一般在低压注浆中使用：柱塞泵是１０ａ前使

用最多的注浆泵．是通过机械传动，曲柄连杆机构驱动职缸往复作用柱塞式泵，为减少脉冲流动，通常使用２个或者３个柱塞，其缺点是压力流量配比

不能无级调速；活塞泵是目前使用最多的全液压注浆泵，为职缸或单缸双作用往复式活塞泵，它采用

液压传动，其压力与流量能调节，可适应注浆初期压力低捧量太，后期压力高排量相应减少的要求，这种泵一般都能预先设定最大注浆压力，从而较好地满足注浆工艺要求…。

万方数据

根据经验，注浆泵压力通常应为漫计注浆压力的ｌ３～１５倍。因此本工程采川的注浆泵工作压力应不小于６ＭＰａ。施工中可毗根据条件和需要选用，由于本工程注浆不可避免地要用到职液浆，因此选

择ＫＢＹ一５０／７０或ＺＢＳＢ一１４８～２３／６—１８５等双液

泵是比较合适的。经过比选，隧道土建施工标段ｌ和Ｉｖ标主要采用ＫＢＹ一５０／７０活塞式双液注浆泵，ＩＩ及ＩＩＩ标主要采用３ＳＮＳ—Ａ柱塞式洼浆泵。

ＫＢＹ一５０／７０的最大流量为０～５０Ｌ／ｒａｉｎ，额定工作压力为０５～７

０

ＭＰａ．颧定功率为１１ｋＷ；

３ＳＮＳ—Ａ额定工作压力太，流量稳定，结构合理，操作方便，其理论排量为１１０～２０７Ｌ／ｍｍ，最大压力为８ＭＦａ。２种注浆泵在注浆过程中均能达到满意的效果。

＾３计■设鲁

注浆参数计量仪器是对洼浆过程中注浆压力、浆液流量进行全过程监测的仪器”Ｊ。目前施工单位

太多采用浮子标杆测量法或者体积法测定注浆泵的

流量，这种测量怯虽然简单易行，但测量误差较大，注浆压力则大多数通过观察泵压的办法，难以准确纪录。采用长沙富众电子科技有限公司牛产的ＬＨＧＹ３（Ｘ）０型注浆记录仪（见图１），可记录当前注浆压力Ｐ，流量口咀及时间ｎ记录仪可以生成Ｐ－Ｔ曲线、。＿ｒ曲线，可由此判断注浆情况（见图２）。

图ｌ长沙富盘ＬＨＧＹ３０００型注浆记录仪

ＦｉｇＩ

ＬＹＧＹ３０００ｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｃｏｒｄＨｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＣｈａｎｇｓｈａ

Ｆｕｚｈｏｎｇ

Ｅ１％ｔｆｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ，Ｌｔｄ

该设备采用工业控制计算机．使用稳定．针对

注浆工地潮湿、灰尘大、电压波动太、震动强烈等

恶劣环境，采用了完善的措施，适用于长时间不间断１作和频繁转移施工位置等恶劣的施工条件。从现场应用来看，该系统应用状况良好，简单易学，故障率低。

第３０卷第４期王乾等ｚ青岛胶卅晦海底睡堪囝岩注浆加固技术

・７９５

圈２注浆位操作界面

Ｆｉｇ．２

Ｏｐ目州饥ｈｔ豇ｆｈｏｆ鲫ｕｄ岵ｌ氍ｏ｜№ｒ

注浆记录仪的水灰比探头因容易堵塞而没有使

用，在现场依靠体积法进行水灰比的控制。对水灰

比进行抽样测试，确保水灰比。另外．作为计量仪器．为保证其可靠性．必须及时进行标定工作。

以多臂凿岩台车钻孔和高速旋流式制浆机制

浆、高压注浆泵注浆、注浆记录位自动记录注浆参

数的信息化钻孔注浆设备配套系统．通过采取“分

区钻孔、分区洼浆、钻注平行作业０实现了超前预注浆的信息化快速施工．使得断面面积达１７０一的

大断面海底隧道深孔超前预注浆平均钻注时间缩短

为１５ｄ，循环吼内，与采用单臂钻机钻孔注浆配套模式相比钻注效率提高了２倍，每钻注循环节省时间达３０ｄ以上，为隧道的安全、优质、高效建成提供

了有力保障。

５注浆工艺参数厦方案实施

５．１洼寨●量选择墨ｔ征５１１扩散半径类比选择

根据工程经验及工程类比，上断面周边注浆扩散半径为２ｍ。

根据注浆加固交豳理论，注浆后应形成严密的

注浆帷幕，在注浆终孔断面上不应存在注浆盲区，根据下式：

万方数据

口≤４３Ｒ

ｆｌ、

式中：ａ为注浆终孔问距（Ⅲ），Ｒ为浆液扩散半径（ｍ）。计算得出ａ

ｆｆｉ

３．４６

ｍ。为确保加固效果，一般注浆

终孔间距不超过３．５ｍ。布设注浆孔时根据注浆终孔的问距进行控制。

５１

２扩散半径试验选择

图３为扩散半径试验孔位布置圈。根据上断面

的实际高度，布置了Ｒ１～Ｒ４四个注浆孔，ＲＩ．Ｒ２，Ｒ４孔均间隔４ｍ．Ｒ３与Ｒ２，Ｒ４孔均间隔３ｍ，孔

澡２０ｍ，仰角为０。．试验孔采用全孔一次性注浆．

注浆终止压力为３～４ＭＰａ。注浆材料采甩超细水泥

单液浆，水灰比为１：１。在进行试验时掌子面注浆孔已安设了太部分孔口管，孔深２ｍ。

Ｆｉｇ．３山Ｍ岵％枷。ｆｈ。ｋｐ∞ｍｍ＃ｍｇ眦Ⅱ口＂咖Ｊ砸ｉ∞

图３浆渡扩散半径试验孔位布置田（单位ｔ血）

ｔｅｓｔ（ｕｎｉｔ：∞ｎ

通过试验可知，当钻孔有水且具有一定连通性时．在１ＭＰａ压力下浆液可扩散３ｍ左右．若相邻钻孔无水或水量较小．裂隙连通性差，在１．５Ｍｈ压力下．浆液的扩散范围可选１．５～３

０

ｍ。从试验

情况来看，浆渡扩散范围很不均，这与地层的复杂

性有关，理论研究和实践经验表明，浆渡扩散范围与裂隙张开度、裂隙孔隙度、裂晾迂曲度、裂隙稠密度、注浆压力、注浆时间、浆液性能等有关。

５１

３注浆加固厚度

确定注浆加固范围时，主要考虑注浆后加固圈

的承载力和抗渗性要求两方面，根据工程类比法、理论分析｛去和数值模拟法确定了注浆加固厚度。据水电部门统计，加固厚度一般为（０．５～２０ｍ（Ｄ为隧道开挖断面宽度）＝日本青函隧道加固范围为隧道开

岩石力学与工程学报２０１１年

挖轮廓线外ｆ０５～Ｉ＿ｏ）Ｄ；厦门翔安隧道主隧道６ｍ左右。肌偏于安垒角度类比．主隧道预注浆的加固范

围应为开挖轮廓线外（Ｏ．５～１．Ｏ）Ｄ，主隧道宽度按照

１２ｍ考虑，加固范围应为６．０ｍ左右。另外．采用

多点位移计测试得到受断层破碎带影响的Ｉｖ级围

岩段．围岩松动圈最大可达１，６ｍ．取断层影响带松动圈的２～３倍作为加固范田．加固范围应为３２～４，８ｍ。通过多种论证，决定主隧道按照加固囊５～６ｍ进行设计，

５１

４注浆压力的确定

注浆压力是裳液在地层裂馥中扩散、充填、压

实脱水的动能，是洼浆设计和施工中的主要注浆参数之一，对提高注浆质量和保证注浆效果商到较大的影响作用。以水压为依据的经验公式，主要目的在于堵水．适用于涤埋地层，注浆时不受覆盖层厚度限制，不考虑地层隆起。考虑到超前预注浆的目的主要是堵水和加固．同时防止浆渣击穿覆盖层，

因此以静力平衡和裂睬宽度作为压力初步确定选择

的依据“１，根据静力平街条件计算压力为２．４蛐～．

２种方法确定注浆压力为３～４胁。

由裂晾宽度确定的注浆压力应在４ＭＰａ以上。综合

根据经验公式获得的压力和数值模拟结果，在

Ｆ５—４断层带进行注浆堵水和加固时，采用注浆压

力３～４ｈⅡ‰按浆装扩散半径２ｍ进行了方案设计．

该段加固长为３０ｍ，加固范围为开挖面及轮廓线外

５

ｍ。本段进行注浆后，钻设了１０个检查孔．除３

个检查孔滴水外，其采均无水，成孔良好，无塌孔

现场．根据检查孔浦水量每延米不大于ｎ１５

Ｌ／ｍｉｎ

或局部孔涌水量小于３ＬＪｍｌｎ的标准，达到了设计

要求，通过压水试验测得洼蒙后地层漕透系数在

１．６５ｘ１０’ｃｍｋ左右，比注浆前降低了２个数量级．

注浆效果较好。从开挖效果来看．除个别地段有渗

水外，隧道掌子面基本无水，装液主要沿节理裂艨

渗透和充填，浆液结实率较高：若钻孔穿过的围岩

较完整时，浆液很难劈开裂缱，如钻孔揭穿裂隙面时，浆液则沿裂隙面渗透和充填；在断层破碎及夹

泥部位浆液进行劈裂充填。通过效果检查和开挖揭

示来看，施工中选用的３—４ＭＰａ压力在保证注装效果的同时，对地层的损害也不明显。

５ｌ

５其他相关参数

注装详细参数如表２所示，其中最大注浆压力

为４ｈⅡ～．注浆步序依次为Ａ片神～１３ｍ）、Ｂ片即～

２０ｍ）、Ｃ序（０～３０

ｍ】．分别是嘏外豳、扶外圈及内

万方数据

ａ２茳泵详Ⅻ＃科

Ｔａｂｌｅ２

Ｄｄ＋ａｉｌｐ琳ｍｄｃ静ｄ印ｕｔ吨

篆嚣…＊鬻嚣？瓣”警８省。

…。鬈翟嚣”ｃ＊ｍ—

ｍ““

喜：娑，一一ａ一…一“＊÷擀

一・。

。ｓ

ｎｔ＊段式“黔嚣；Ｆ

ｍ

氧２洼簟工艺噩注童方赫捧

圈注浆孔。Ｄ序为对下端面注浆盲区补充步序。

５．２ｌ注浆工艺

注浆工艺主要有分段后退式注浆、分段前进式

注浆以丑全孔一次性注浆。

分段后退式注浆优点：不需要重复扫孔．浆液利用效率比较高，能实现控域注浆。缺点：封孔比较困难．存在浆液绕过止浆塞将其抱死的情况。

分段前进式注浆优点：工艺比较简单．适应性强．反复加固地层，易保证注浆效果．缺点：重复扫孔．施工效率较低。靠近掌子面方向重复注撮。

全孔一次性注浆具有工艺简单，效率高等优点，但其只适合于孔深较小的孔内注浆。

海底隧道断层破碎带主要采用分段前进式注浆，辅鞋全孔一扶性注浆。分段前进式注浆示意盈

如图４所示：安设孔口管的孔位采用台车口１３０一

钻头开孔（开孔钻深２．２ｍ后，退出钻杆，安装孔口管．孔口管是一端焊有抱箍卡口的钢管．长度２．２ｍ）．随后改钻进钻头成孔，通过孔口管钻进５Ｏ～１０．０ｍ后．停止钻孔．进行注浆，之后每钻进５ｍ～１００ｍ，再注浆．如此循环下去。直至完成该孔的钻孔及注

浆藏工。对于某薄弱或裂睬突水区域．可以采用孔

内止装的注浆方式。

竺竺竺翌竺竺＝

田４分爱前进式注装示意圈

Ｆｉｇ．４

Ｓｋｃ曲ｏｆ口“ｔ±札ａ壮Ｒ删ａｍ８ｆｏｕｌｉｎｇ

５．２２注浆方案

第３０卷第４期王乾等：青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

・７９７・

注浆方案的选择主要依据地质勘探资料、超前地质预报成果、探水孔水压和出水量大小以及以往类似工程经验。胶州湾隧道地质条件比较复杂，主要包含断层破碎带、节理裂隙发育带、岩脉不整合接触带及海水侵蚀地层等。一般来说，在断层破碎带、节理裂隙比较发育且出水量或水压较大地段应采用超前预注浆方案，按照超前探孔出水量、探孔水压及超前地质预报情况，分为全断面超前预注浆、隧道周边帷幕注浆及局部断面超前注浆（见表３）。在岩体完整、节理、裂隙不太发育地层中，局部出水或渗漏水地段可采用开挖后径向注浆及局部注浆方案。

表３注浆方案选择

Ｔａｂｌｅ３

Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｓｃｈｅｍｅ

注浆方案

适用条件描述

①根据超前地质预报结果判定．前方围岩破碎、断层岩体风化严重或存在断层泥：②ｖ级围岩地段：③超前探水

全断面超孔单孔出水量大于６０Ｌ／ｒａｉｎ：④探水孔水压／＞０．６ＭＰａ。当前预注浆

隧道穿过以上特点断层长度大于２５ｍ，一次不能完成时采用全断面超前预注浆（以上适用条件满足任意１条即选择此方案，以下同）

鬈毅蓁圣篡嚣缆曼渊擞蠹

星罢雯囊曼篓耋毫虽霉露雾｜｜：三重ｉ多算’ｓ苎妻

相对严格的超前预注浆方案可减少后注浆的难

度，王月华等【８】测算表明后注浆的费用要比超前预注浆高出２＇－－＇３倍。海底隧道在施工中也对后注浆进行了有益的探索，尝试采用马丽散作为注浆材料，取得了较好的效果１９】。５．３注浆过程５．３．１工程概况

海底隧道ＹＫ６＋９６１～９１５段全长４６ｍ，高潮时水深２７～３０ｍ；海底覆盖层２＂－－３ｍ，主要为砂砾，局部沉积有淤泥。隧道拱顶覆盖层仅２４＂－－＇２６ｍ。本段发育有Ｆ４—４ＮＷ向破碎带，带内岩体为碎裂～镶嵌碎裂结构，裂隙以密闭型为主，少数为微张型，裂隙面浸染迹象不甚明显；岩体受构造影响严重，岩体完整程度和风化带厚度差异很大，基岩以含晶屑火山角砾凝灰岩为主，局部夹凝灰岩、并有较多辉绿岩脉、石英正长岩脉侵入。辉绿岩抗风化能力

万方数据

差且辉绿岩及其两侧岩体往往较破碎或发育小断层。

（１）ＴＳＰ２０３＋探测成果：ＹＫ６＋９６１＂－＇９１２段围岩

等级以Ｖ级为主，局部Ⅳ级，裂隙含水，有岩脉

侵入，发育多组高角度大规模结构面。异常段：ＹＫ６＋９７５－－－９６０段裂隙发育，软弱泥质充填，整体性差，裂隙含水，ＹＫ６＋９２６～９１０段发育多组高角度结构面，断层泥和强风化围岩充填，整体性差。

（２）地质雷达探测成果：ＹＫ６＋９６１掌子面前方

８

ｍ范围的岩层总体上与现在掌子面情况类似，围

岩较完整，无明显含水构造。掌子面中左部前方

１２～１８ｍ范围内结构面发育密集，围岩强度低，完

整性差，自稳能力差，含裂隙水。

（３）探孔情况

在隧道上台阶设置了３个探孔（拱顶１个，左、右侧隧道前方各１个），３个探孔孔深均为４５ｍ，且钻进７．２ｍ前钻孔速度均正常，７．２ｍ后速度减慢，且均有卡钻现象（拱顶探测较多），探测得到的岩屑颜色为紫褐色。拱顶探测、左侧探测均从孔深２１．６

ｍ

处出水，经测定出水量分别达３６．５，１７．０Ｌ／ｍｉｌｌ：右侧探测从孔深７．２ｍ处出水，经测定出水量达１６Ｌ／ｍｉｎ。综合判定ＹＫ６＋９６１～９１６段围岩等级以Ｖ级为主，局部ＩＶ级，适用于全断面超前预注浆。５．３．２注浆方案及准备工作

根据超前地质预报和钻探成果，结合设计要求，主隧道ＹＫ６＋９６１＂－－＇９１５段，共４６ｍ，主要为Ｖ级围岩，为确保施工安全，采用全断面超前预注浆，根据工程经验和工程类比，上、下断面周边注浆扩散半径分别为１．５，２．０ｍ。并对下断面三角盲区增加Ｄ序列。每循环注浆段长３０ｍ，开挖２５ｍ，预留５

ｍ

为下一循环止浆岩盘。考虑到采用全断面进行注浆工序转换复杂，故采用上断面对全断面进行注浆。图５为Ｆ４—４断层第一循环超前预注浆图，洞内注浆方案如图４，５（ａ）所示，图５（ａ）中的Ａ～Ｄ为注浆步序。

在进行施工之前，首先根据掌子面情况对掌子面进行封闭，施作止浆墙。依据通过试验确定的注浆参数进行注浆。制定出注浆方案后严格按照方案进行布孔，孔位误差的绝对值应≤１ｃｍ，孔底的偏差不应大于１／４０的孔深。布设孔后采用凿岩台车￥１２７ｍｍ的钻头开孔，孔深２．２ｍ，之后安装孔口管。孔Ｅｌ管安装后采用＃１２ｍｍ的钢筋进行连体连接，确保施工安全。５．３．３注浆过程

筵

隰

绀＃十Ⅲ女自目

国５

Ｆ１９５

一冀

意慧赛：莆蕊李

５．３４终孔标准

注浆结束标准以定压和定量为主，注浆压力选１４设计终压，并且注浆速度小于５Ｌ／ｍｍ超过２０ｍｌｎ时，即可结束本孔注浆。当注浆过程中长时间压力不上升，并且达到设计注浆量时，应缩媪浆液的凝胶时间，并采取闻歇注浆措施．控制注浆量。当设计孔全部选到结束标准且注浆效果检查合格时，即

可结束本循环注浆。

制系统，注浆实旌采用水灰比为ｌ：１的超细水泥进行，压力及流量的控制采用注浆记录仪。

Ｆ４—４昕层第一循环超前预注装圈

４

Ｔｈｅｌｓｔ

Ｆ４

ｃｙｃｌｅ“一”９ｍ６ｑｍ口ｍｏｆｆａｕｌｔ

注浆｛Ｌ采用≯９０衄的钻头成孔，通过孔口管

‰挞５～】Ｏｍ后，进行注浆旆工。裳液栗用＝级拌

万方数据

６

注浆效果检测评价

６．１检查孔法

第３０卷第４期王乾等：青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

根据注浆情况，选择注浆范围存在薄弱环节的注浆部位布设检查孔，数量大约取钻孔数量的１０％。检查孔的出水量每延米不大于０．１５Ｌ／ｍｉｎ或者局部出水量小于３Ｌ／ｍｉｎ时即认为达到要求。同时可对检查孔进行再次压浆或压水试验。达到要求可进行下一步的开挖，若没有达到要求则对未满足要求的部分进行补充注浆。

Ｆ４—４断层第一循环共打设Ｊ１＂一ＪｌＯ共１０个检查孔，各孔出水量如表４所示。

表４各检查孔出水量

Ｔａｂｌｅ４

Ｗａｔｅｒｉｎｆｌｏｗｏｆｅａｃｈ

ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｈｏｌｅ

孔序号

出水Ｒ／（Ｌ・ｍｉｎ。１１

孔序号

出水量，（Ｌ・ｍｉｌｌ－１）

Ｊｌ

０．１０Ｊ６０．１３Ｊ２０．１４Ｊ７０．０５Ｊ３

０．１４Ｊ８０．０３Ｊ４０．１３Ｊ９

０．０９

Ｊ５

０．１５

Ｊ１０

０．１０

其中检查孔出水量最大为Ｊ５，１２～２０ｍ出水量为０．１５Ｌ／ｍｉｎ，所有检查孔在Ａ序孔０～１２ｍ段均无水，检查孔放置１２ｈ后，除３个检查孔滴水外，其余７个检查孔均无水，成孔良好，无塌孔现场。根据检查孔出水量每延米不大于０．１５Ｌ／ｍｉｎ或局部出水量小于３Ｌ／ｍｉｎ的标准，本次注浆达到设计了要求，注浆效果良好。表５为数个断层各个注浆段检查孔的效果评价统计，经检验，均满足设计要求。

压水试验是测定地层渗透性最常用的一种渗透试验方法。通过压水试验计算单位钻孔吸水量，为确定浆液的配合比和注浆量提供依据，检验注浆管路连接是否牢固可靠，另外注水同时可冲洗裂隙，利于浆液的扩散，判断注浆效果。

首先要对钻孔进行清洗，应清洗至孔口回水清洁，肉眼观察无岩粉时方可结束，否则比较影响压

表５各个注浆段检查孔情况

Ｔａｂｌｅ５

Ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｇｒｏｕｔｉｎｇｓｅｇｍｅｎｔ

竺竺！竺星拦兰釜竺竺

ＹＫ６＋９６１～９３１

Ｆ４—４１０Ｏ．１满足要求Ⅵ（６＋９３６～９ｌｌ

Ｆ４—４

４０．８

满足要求ＹＫ６＋９００～８６５—

８１．５满足要求ＹＫ６＋６４５～６１５

—

４０．７

满足要求ＹＫ６＋５

１４～４７９Ｆ４—２７

Ｏ．７

满足要求

万方数据

水试验的结果。对孔口进行封闭，连接好管路，实施压水试验，压力可取为１ＭＰａ，记录２０ｍｉｎ，记录中应包括压力最大时的泵流量。

在Ｆ４—４断层，对Ｃ１—７钻孔进行现场压水试验，Ｃｌ一７孔深７ｍ，孔径为１０８ｍｍ。试验进行

２０

ｍｉｎ，压水压力１ＭＰａ，注浆记录仪自动计算出

的透水率为１０．７Ｌｕ，根据透水率与渗透系数的关系

１Ｌｕｇ－，１．３×１０—７

ｍ／ｓ，可大概推出该孔的渗透系数为

１．３９ｘ１０一ｍ／ｓ。

注浆完成之后，可对检查孔再次进行压水试验，用来辅助判断是否达到注浆标准。

通过简易压水试验，对注浆前、后的数据进行对比，其中对Ｆ４—４断层进行简易压水试验，获得表６所示的试验结果。

表６各孔压水试验结果

Ｔａｂｌｅ６

Ｐａｃｋｅｒｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｈｏｌｅｓ

孔序号

孔深／ｍ

压水／ｍ时间ｉｎ

最／竺ＩＶＩＦ８力舡黧ｍｌｎ＿Ｉ），‘Ｌ。

Ｊ

透／多ＬＵ率

Ｊ６３３．００２０１．９３

７５．３８１．１７Ｊ３３３．４２２０１．８８７９．２２

１．２６Ｊ４２５．３９２０２．１７“．１６

１．１６Ｊ５

２５．７７２０２．０７６８．３３１．４８平均值

２９．４０

２０

２．０１

７１．７７

１．２７

４个检查孔的透水率均小于１．５Ｌｕ。注浆后地层渗透系数在１．６５ｘ１０－７ｍ／ｓ左右，比勘察报告中给出的Ｆ２一ｌ断层破碎带渗透系数１．３ｒｎ／ｄ，即１．５１ｘ１０一ｍ／ｓ，降低了２个数量级，岩体透水性由中等透水下降为弱透水，注浆效果明显。

６．２

ＴＳＰ物探对比法

对注浆前、后的掌子面施作隧道地震预测（ｔ岫ｎｅｌ

ｓｅｉｓｍｉｃ

ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ＴＳＰ），得到表７所示的结果。

表７注浆前、后ＴｓＰ对比

Ｔａｂｌｅ７

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌｓｅｉｓｍｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅａｎｄ

ａｆｔｅｒｇｒｏｕｔｉｎｇ

竺兰篓羔竺丝兰）竺篓兰三

注浆前４０３１．０１．８２０．２８２．２４

２９．４注浆后４０６３．０

１．６９

０．２６

２．３２

３５．０

前后变化率Ｍ

０．８－－７．１０—７．１０

３．６０

１９．１

从表７可以看出，注浆后，岩体整体性得到提高，其动弹性模量增长最为显著，增幅为１９．１％，

岩石力学与Ｉ程学撤

２０１】年

密度增长了３，６％，泊松比Ｆ降了７１％，纵波波速有小量增长０８％。注浆教果显著，达到了注浆目的。６．３帖孔电视分析

２００９年２月４日．山东大学岩土工程中心对青岛胶卅ｆ湾隧道出口段右洞进行了数字钻孔摄像，采用数字式全景钻孔摄像系统。由十钻孔在ＹＫ６＋９５５

处有较大弯曲，探头无法推进，故本次摄像范围为

出口ＹＫ６＋９６１～９５５。探测结果见图６。数字式全景钻孔摄像系统观测表明：注浆后，围岩完躺性提高．大多数裂隙己充填密实．孔内无裂隙水。

图６散字式垒景钻孔摄像系统探Ⅻ结果

Ｆｉ９６

Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ

ｒｅｓｕｌｔｓ

ｏｆｄｉｇｉｎ］ｎ…ｃｂＷｅｈｏｌｅ…ｍ

ｓｙｓｔｅｍ（ＤＰＢＣＳ）

６．４开挖揭示

爆破开挖后可以清楚看到浆被随节理裂隙面扩散（见图ｎ，扩散的痕迹明显，掌子面基本比较干燥。

圈７＊挖后掌子面情况

Ｆｉｇ７

Ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌｆａｃｅ

ａｆｔｅｒ…“ｏｎ

万方数据

浆液主要沿节理裂隙和岩土交界面充填．浆液在裂

隙内的充填饱满，结石鞑１０慨，裂隙宽度在０１～

ｉ０．０ｍｍ的范围内。

６．５

ｐ－Ｏ－ｒ曲蝗分析

图８为三参数注浆仪在注浆施工中所记录的注

浆压力Ｐ、注浆量口进行一Ｌ。＿ｒ曲线绘制，根

据地质特征、注浆机制、设备性能、注浆参数等对Ｐ－９ｒ曲线进行分析，从而对注浆效果进行评判。注浆施工中尸＿ｒ曲线呈缓慢上升趋势，９ｒ曲线先

急剧上升后缓慢下降．在注浆结束时注浆压力达到设计终压．此类曲线属于正常注浆过程；在发生堵管或者浆液渗透和劈裂扩散时，Ｐ－Ｔ曲线和９ｒ曲线则呈其他变化趋势，要引对具体问题具体分析。

｜鞋；毒三斗强

２．４区ｐ

襄Ｓ４

圜８＾ｒ和９ｒ曲线

Ｆｉｇ８

ｃ…ｏｆＰ－Ｔｍｄ口－ｒ

６，６洼泉开挖处监控■铡值分析

圈９为拱顶沉降时态曲线，以上台阶开挖为时间０点，下同。圈９（曲，伯）开挖起始时间分别为２００８年１２月２７目和２００９年２月１４日。由图９（幻可知，

朱注浆段拱顶沉降２２～３５｛蒸ｍｍ，拱顶沉降时间始自开挖趋于稳定约１１０ｄ。对比图９（ｂ１，注浆段拱顶沉

＂目ｍ

（∞ＹＫ６＋９６ｑ｝＃＊＆）

ｉ侈１１谊！竺．

｛ｂ’ＶＫ６＋９５８ｆ＃＊目）

图９拱顶口Ｃ降时态曲线

Ｆｉｇ９

Ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙ…ｏｆｖａｕｌｔ

ｓｅｔｔｌｅ｜｜Ｉｅｎｌ

第３０卷第４期

±乾等：青岛腔Ｍ湾海底隧道围岩沌浆加日技术

・８０］

降为Ｉ３～１８ｍｍ。自开挖开始，趋于稳定约６０

ｄ。

拱顶沉降下降了４０％～４８％。

图ｌＯ为未洼浆段与注浆段的累计收敛时态曲线。图ｌ叫ａ）．Ｏ）开挖起始时间分别为２００８年９月１０日和２００９年２月２５日，分析普通段最大水平收敛为２１／１１１１１，其相对位移为０１３％（规范参考值为

０８％１。从位移速率看，未注浆地段最大收敛速率为３

３８ｍｎ～＇ｄ．２１ｍｍ位移中有１６４２ｒａｍ（约７８％）ｆｌｊ下

台阶开挖所引起，下台阶开挖容易引起上台阶位移

较大增长。水平收敛趋于稳定的时间大致在下台阶开挖后的１０～２０ｄ。由图ｌＯ（ｂ）可知，晟太水平收敛为５ｉｎｍ，其相对位移为００３％，从位移速率看，注

浆地段最大收敛速率为０４９ｍｍ／ｄ。水平收敛趋于

稳定的时闻大致在下台阶开挖后的１０～Ｉ

５

ｄ，从开

挖影响看，注浆地段受下台阶开挖影响小于来注浆地段。水平收敛时问较短，注浆地段拱项下沉速率小于未注浆地段。

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６．７注羹量分折

对注桨过程的用时、方案孔数、注浆总量、延米

注浆量和日注浆量进行统计，绕计结果如表８所示。

统计各注浆段。延米最大注浆量为４６０

Ｌ，ｍ，

最小为３５０１３ｍ。１４—４第一循环共分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ四个序列进行压注，各个序列又分段压注，对４段

各序注浆量进行统计（见表９），由表９及图ｌＩ可卧看出，注浆量分布特征为；ｃ序孔＞Ｂ序孔＞Ａ序

孔＞Ｄ序孔．这与各序孔孔深和分段次数有关，钻

孔越深，分段越多，注浆量相应越太。各段注浆量

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表９各序孔和各段注浆量统计表

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分布特征为：２段＞１段＞３段＞４段，说明在７～

２２

ｍ存在较多的裂隙，而两端则裂隙相对较少。

将每次钻孔注浆所耗注浆量按时间绘制散点分

布图，如图１２所示，可知注浆消耗量主要集中在每延米２０００～４０００Ｌ．其平均值呈前期缓慢上升，后期逐渐Ｆ降趋势，说明地层逐渐被充填密实后，虽后地层吸浆量减少。随着时间推移，钻孔数逐渐增加，注浆量在注浆中期维持在４０００～５０００Ｌ／ｄ范围内，后期呈下降趋势。而每天每米耗浆量随钻

孔数的增加呈递减趋势，说明地层被逐渐加固密实。

・８０２・

岩石力学与工程学报

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图１２注浆量一时间曲线

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７结论

（１）根据可行性、可注性、环保性、经济型及工艺适时难度综合考虑选择注浆用材料。由于海底隧道耐久性要求，考虑水泥基浆材中进行选用。超细水泥适用于充填细小裂隙ｆ≥０．０５ｍｍ），在岩石海底隧道注浆过程中有良好的表现。

（２）以多臂凿岩台车钻孔和高速旋流式制浆机制浆、高压注浆泵注浆、注浆记录仪自动记录注浆参数的信息化钻孔注浆设备配套系统，通过采取“分区钻孔、分区注浆、钻注平行作业”，实现了超前预注浆的信息化快速施工，在保证注浆质量可靠的前提下极大地加快了注浆速度。

（３）在本海底隧道中，浆液的扩散范围选定在

１．５～３．０ｍ，注浆加固范围综合考虑取为５ｍ，注浆

压力３＂－＇４ＭＰａ。经过多次注浆及开挖揭示，证明所选参数是可靠的。

（４）检查孔法是检查注浆效果最直观有效的手段，每个注浆段按照注浆孔总数的５％＇－－１０％设置检查孔是合适的。注浆效果检查应以检查孔法为主，其他手段辅助进行。压水试验的结果可作为判断注浆效果的辅助标准。初次注浆可进行ＴＳＰ物探对比法、钻孔电视分析法、Ｐ．Ｑ．丁曲线分析法等方法辅助判断。

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：

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Ｊｕｎ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎ

万方数据

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ｉｎ

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１６１—２

１７２．（ＷＡＮＧＭｅｎｇｓｈｕ．Ｃｕｒｒｅｎｔ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ

ａｎｄ

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０８７．

（ＸＵＥＹｉｇｕｏ，ＬＩＳｈｕｃｋ，ＳＵＭａｏｘｉｎ，ｅｔａ１．Ｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ

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ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，２８（１０）：２

０８１—２

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ｗａｔｅｒｓｈｕｔｏｆｆｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ

ｔｕｎｎｅｌ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｍｇ：Ｐｅｏｐｌｅ＇ｓＲａｉｌｗａｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ

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ｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ

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ｉｎ

Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．ＲａｌｌｎａｙＣｏｒｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７，（５）：

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王明胜，王全胜．海底隧道超前预注浆注浆压力选择研究【Ｊ】．现代隧道技术。２０１０，４７（２）：１５一１８．（ＷＡＮＧＭｉｎｇｓｈｃｎｇ，ＷＡＮＧＱｕｅｎｓｈｅｎｇ．

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王月华，孙鹏志，韩志远．岩石隧洞工程的预灌浆与后灌浆【Ｊ】．水

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ＨＡＮ

Ｚｈｉｙｕａｎ．Ｐｒｅ－ｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｄ

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Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ

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王乾，荆永军．胶州湾海底隧道防排水措施研究【Ｊ】．隧道建设。２００９，２９（增２】：５２—５７．（ＷＡＮＧＱｉａｎ，ｒｉＮＧＹｏｎｇｊｕｎ．ｓｔｕｄｙ

ｏｎ

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Ｔｕｎｎｅｌ

Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００９，２９（Ｓｕｐｐ．２）：５２—５７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

作者：作者单位：

王乾， 曲立清， 郭洪雨， 王全胜， WANG Qian， QU Liqing， GUO Hongyu， WANGQuansheng

王乾,曲立清,WANG Qian,QU Liqing(青岛国信胶州湾交通有限公司,山东,青岛,266500)，郭洪雨,GUO Hongyu(浙江省交通规划设计研究院,浙江,杭州,310006)， 王全胜,WANGQuansheng(中铁隧道集团科研所,河南,洛阳,471000)岩石力学与工程学报

CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2011,30(4)6次

刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

参考文献(9条)

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6.张成满;殷永法;王慷慨 国内隧道围岩注浆设备的现状及选型[期刊论文]-铁道建筑技术 1997(05)7.王明胜;王全胜 海底隧道超前预注浆注浆压力选择研究[期刊论文]-现代隧道技术 2010(02)8.王月华;孙鹏志;韩志远 岩石隧洞工程的预灌浆与后灌浆[期刊论文]-水利水电技术 2006(04)9.王乾;荆永军 胶州湾海底隧道防排水措施研究 2009(增2)

本文读者也读过(7条)

1. 张胜.Zhang Sheng 富水隧道注浆快速堵水技术[期刊论文]-铁道标准设计2005(9)2. 高广义.孙国庆 灌浆自动记录仪在隧道注浆施工中的应用[会议论文]-2009

3. 湛铠瑜.隋旺华.高岳.ZHAN Kai-yu.SUI Wang-hua.GAO Yue 单一裂隙动水注浆扩散模型[期刊论文]-岩土力学2011,32(6)

4. 魏江川.翟学东.Wei Jiangchuan.Zhai Xuedong 对青岛胶州湾隧道一些工程地质问题的看法及建议[期刊论文]-现代隧道技术2008,45(6)

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7. 郑甲佳.赵可.ZHENG Jia-jia.ZHAO Ke 围岩浸水对黄土地铁隧道稳定性影响分析[期刊论文]-铁道学报2011,33(2)

引证文献(6条)

1.李敏.郑清君 水下隧道破碎带地层注浆参数确定方法研究[期刊论文]-山西建筑 2012(2)2.张照华 浅滩富水砂层隧道超前加固技术试验研究[期刊论文]-水利与建筑工程学报 2013(4)

3.吴延平.王军.刘建民.陈光仔.陈春雷 浅埋暗挖法改良淤泥地层注浆方案选取的试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2013(z2)

4.王璞.李立新.邹金锋 寒岭界隧道断层破碎带塌方与注浆堵水处治研究[期刊论文]-公路与汽运 2013(4)

5.王永红.马栋.凌树云.陈鹰 海底透水通道发育带隧道施工注浆技术研究[期刊论文]-岩土力学 2011(12)6.Shen-gang LI.Wen ZHAO.Yun-sheng HUANG.Yun-xia LEI.Long-mei YU Study on the characteristics ofgrout permeation based on cylindrical diffusion[期刊论文]-煤炭学报（英文版） 2013(1)

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_yslxygcxb201104017.aspx

第３０卷第４期

２０１

１年４月

岩石力学与工程学报

ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄ

、，０１．３０Ｎｏ．４

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ａｐｒｉｌ，２０１１

青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

王乾１，曲立清１，郭洪雨２王全胜３

（１．青岛国信胶州湾交通有限公司，山东青岛２６６５００：２．浙江省交通规划设计研究院，浙江杭州３１０００６

３．中铁隧道集团科研所，河南洛阳４７１０００）

擅要；针对青岛胶州湾海底隧道施工过程中存在的断层破碎带涌水，通过理论分析、室内和现场试验及实际应用对普通水泥浆、超细水泥浆、特制硫铝酸盐水泥浆及水泥一水玻璃双液浆４种注浆材料进行研究试验，确定以超细水泥为主进行超前预注浆。并经过实践确定并验证注浆关键参数：浆液扩散半径为１．５～２．０ｍ，注浆终止压力为３～４ＭＰａ，注浆加固厚度为５～６ｍ。对分段前进、分段后退及全孔一次性注浆３种注浆方式进行试验比选，确定全孔一次性注浆、分段前进为主的注浆方式。在施工过程中，研究开发以三臂凿岩台车和高速制浆机制浆、高压注浆泵注浆、注浆记录仪自动记录注浆参数的信息化钻孔注浆设备配套系统，通过采取分区钻孔、分区注浆、钻注平行作业，实现超前预注浆的信息化快速施工。注浆效果检查以检查孔出水量（检查孔出水量满足设计每延米不大于０．１５Ｌ／ｒａｉｎ且局部出水量小于３Ｌ／ｒａｉｎ）、检查孔压水试验为主，辅以ＴＳＰ物探对比法、钻孔电视分析法、开挖揭示法及Ｐ－９丁曲线分析法。经过３ｌ段注浆，证明材料、参数、注浆方式的选择是可靠的。关ｔ词ｔ隧道工程；海底隧道；预注浆：注浆加固技术：出水量中图分类号Ｉ

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收藏日期ｌ２０１０—１０—ｌｌ；修回日期ｌｓｈｉｌｗ＠ｑｑ．ｏｏｍ

２０１１一０２一１６

作者简介ｔ王乾（１９８６一），男。２００８年毕业于北京交通大学桥梁与隧道工程专业，现为硕士研究生，主要从事隧道工程管理方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：

万方数据

第３０卷第４期

ｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇ

王乾等：青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术・７９１・

ｈｏｌｅｓ（ａｃｃｏｒｄｉｎｇ

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Ｐ・Ｑ－Ｔ

ｃｕｒｖｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｂｙｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｇｒｏｕｔｉｎｇｆｏｒ３１

ｓｔａｇｅｓ，ｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａ托ａｌｌｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｆｅａｓｉｂｌｅ

ａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｓｕｂｓｅａｔｕｎｎｅｌ；ｐｒｅ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｗａｔｅｒｉｎｆｌｏｗ

１引

言

２０世纪４０年代日本修建的关门海峡水下公路隧道，是世界最早用钻爆法修建的水下隧道之一。为了解决对微小裂隙的注浆，采用水玻璃、重碳酸钠、硅氟化钠混合浆液注浆，取得了一定的效果。１９６４年，日本又修建了闻名世界的青函海底隧道，该隧道穿越津轻海峡，全长５３．８５ｋｍ，海底段２３．３０ｋｍ，隧道在海面下最大埋深２４０ｍ，其中水深１４０

ｍ。

青函海底隧道采用全断面超前预注浆加固技术取得了良好的效果，主要采用具有良好渗透性的水玻璃和超细高炉矿渣水泥。截止目前，挪威已经建成了约１００ｋｍ的水下隧道，均采用钻爆法施工川，采用超前预注浆的方式对海底不良地质段进行处理。

我国也意识到水下隧道对缓解交通压力的作用。青岛胶州湾海底隧道从２０世纪８０年代开始论证，到２００６年开始建设，用了近３０ａ的时间。目前厦门东通道翔安海底隧道与青岛胶州湾海底隧道均在建设中，还有一些海底隧道正在筹划中。海底隧道建设面临诸多的问题【２－３１，在胶州湾海底隧道的建设中，通过理论分析、现场试验和应用，研究出了一套适合于胶州湾海底隧道的施工方法，胶州湾海底隧道采超细水泥进行预灌浆加固堵水。整个隧道共完成注浆３ｌ段，均取得了良好的效果。多种注浆方案、注浆材料、注浆工艺、机械设备的综合运用和研究开发，实现了注浆技术在青岛胶州湾断层破碎带施工中的成功应用，较好地解决了断层破碎带和微裂隙快速注浆的难题，在理论上有创新和突破，在技术上具有独创性和开拓性，实际应用效果良好。

２胶州湾海底隧道地质情况

２．１地质情况概述

胶州湾海底隧道连接青岛市主城与辅城，南接薛家岛，北连团岛，下穿胶州湾湾口海域。胶州湾隧道为城市快速道路隧道，设双向六车道，设计车

万方数据

速８０ｋｍ／ｈ。工程采用钻爆法进行施工。胶州湾海底

隧道位于团岛和薛家岛之间，全长６

１７０

ｍ，隧道轴

线处海面宽约３．５ｋｍ，最大水深约为４２ｍ。隧道海

底穿过区域均为火山岩，在前期地质详勘过程中对隧址钻孔的弱～微风化段进行了抽水试验以及压水试验，确定了隧道破碎带的渗透系数和透水率。其中Ｆ４—４断层破碎带内岩体为碎裂～镶嵌碎裂结构，裂隙以密闭型为主，少数为微张型，裂隙面浸染迹象不甚明显；该破碎带宽度小于３０ｍ，透水率

５～１０Ｌｕ，渗透系数为０．０３～０．０６ｍ／ｄ，为弱渗透性。

隧道共通过渗透性等级从微～中等共１８条主要断层破碎带。

基岩主要为微风化花岗岩、花岗斑岩、火山角砾岩、火山角砾凝灰岩、流纹斑岩，并有较多辉绿岩脉、石英正长岩脉侵入。根据围岩风化及完整程度以及隧道上方顶板厚度等状况，隧道围岩分为ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ四个级别的围岩类型。２．２地质预报方法

为了确定前方的断层破碎带情况，采用了多种

综合地质超前预报方式【４１，主要采用物探手段（ＴＳＰ

超前地质预报、地质雷达探测法、瞬变电磁法探测）、钻探取芯以及地质编录、开挖验证的手段进行前方含水断层的预报，取得了良好的成果。

同时，在海底全程打设长探孔（探孔深度＞ｔ３０ｍ），在钻探中根据钻机在钻进过程中的推力、扭矩、转速大小、岩粉成分、成孔难易以及出水情况来判断前方的地层情况，同时进行涌水量和水压测试，判断掘进工作面前方地层的含水情况。服务隧道２．－－３孔，行车隧道３＂－５孔，若工作面有出水情况可适当增加探孔数目。掌子面孔口位置距开挖轮廓线０．５～

１．０

ｍ，终孔位于开挖轮廓线外１．５＂－３．０ｍ。探孔每

循环搭接长度，服务隧道６ｍ，行车隧道８ｍ。探孔

出水量是选择注浆方式的主要参数。

３注浆材料选择

注浆材料根据可行性、可注性、环保性、经济性及工艺实施难度综合考虑选择。目前，国内外常

・７９２・

岩石力学与工程学报２０１１短

用的注浆材料可以分为水泥基浆液（普通水泥浆、超细水泥浆及特制硫铝酸盐水泥等）和非水泥基浆液（改性水玻璃、环氧树脂等）。

考虑海底隧道处于腐蚀环境下，注浆材料应满足耐久性和耐腐蚀性的要求，主要对普通水泥、超细水泥（ＭＣ）、快硬硫铝酸盐水泥（ＨＳＣ）等几种水泥基浆液进行了试验。对凝胶时间、凝结时间、强度、耐久性、配合比等物理力学特性进行试验，３．１注浆材料特性及室内试验

对普通水泥单液浆、超细水泥浆、ＨＳＣ（特制硫铝酸盐水泥）及普通水泥一水玻璃双液浆进行对比，主要的对比情况如表１所示：

表ｌ

４种浆液性能对比

Ｔａｂｌｅ１

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｏｕｒｇｒｏｕｔｓ

浆液种类／（比ｅｒａ瓤２．ｇ积－ｉ】可注入裂隙胶凝嗍结嚣压

胶凝时间长，不结石体抗压

普通水０００

粒径大。可注入易调节，注浆过强度高，抗剪

泥浆４

ｏ．５衄裂隙

程中浆液磊流强度高，收缩

失：初凝时间长率大

普通水泥浆材料来源丰富，价格低廉且注浆的工艺较为简单，常常作为首选的注浆材料，但是由于其胶凝时间的一些特性，限制了其应用；超细水泥性能较普通水泥优越，价格略高，超细水泥比表面积８

２００

ｃｍ２／ｇ＞普通水泥４

０００

ｃｍＺ／ｇ＞快硬硫铝

酸盐水泥３

８００

ｃｍ２／ｇ，可注入的裂隙较普通水泥细

小，水压高、流速大的情况下会有一定的浆液损失；ＨＳＣ（特制硫铝酸盐水泥）能有效控制注浆区域，适

万方数据

宜在高水压、水流速大的条件下注浆施工，浆液结石体具有微膨胀性，胶结后，能有效地封堵住各种出水通路，注浆后堵水效果显著，适宜于富含水且有一定水压的破碎岩层、出水管道地层等：普通水泥一水玻璃双液浆可注性较好，配制容易，使用方便，考虑到其种种特性（如白浊），不建议在海底隧道中使用。

初步考虑以普通水泥、ＨＳＣ、ＭＣ为主要浆材，普通水泥一水玻璃作为辅助浆材，海底断裂破碎带应主要采用ＨＳＣ及ＭＣ。对几种浆液进行室内试验，从浆液的稳定性来看，在水灰比为ｌ：ｌ的条件下得出超细水泥的最终析水率及析水速度都较低；对于较大的水灰比，超细水泥的结石率较高，黏度小，但流动度不如普通水泥和硫铝酸盐水泥：从室内试验来看，现场注浆采用的水灰比不宣小于１：１，否则浆液的流动性将受到较大影响。３．２注入试验

在一断层破碎带，对普通水泥单液浆、硫铝酸盐水泥及超细水泥进行了注入试验。３．２．１普通水泥单液浆试验

普通水泥单液浆采用１：１及１．２：１两种水灰比进行试验。试验结果如下：

（１）ＣＩ一９孔，孔深２１ｍ，水灰比Ｗ：Ｃ＝Ｉ：ｌ，在压注２ｍｉｎ时，孔口密封垫片被冲破，注浆量较小。

（２）Ｃ３—６孔，孔深７．４ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ：１，压力上升很快，达到２．５ＭＰａ，孔口密封垫片被冲破，注入１２４Ｌ。填满该孔需注入４６．６Ｌ左右。

（３）Ｃ２—５孔，孑Ｌ深７．４１１１，Ｗ：Ｃ＝－Ｉ：１，注浆１ｍｉｎ，压力达３ＭＰａ，注入６７．４

Ｌ。

（４）Ｃ５一１０孔，孔深１７ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ．２：１，注浆２ｍｉｎ，密封垫冲破，压力达５ＭＰａ，注入４６．２

Ｌ。

（５）Ｃ２—５孔，孔深７．４ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ．２：１，注浆２ｍｉｎ，压力达到５ＭＰａ，注入９６．０４

Ｌ。

从试验数据中来看，普通水泥由于颗粒相对较

粗，在裂隙密闭地层压入困难，浆液仅能填满注浆钻孔，不能进行有效的劈裂和扩散。３．２．２硫铝酸盐水泥单液浆试验

硫铝酸盐水泥单液浆试验水灰比为１：１。在现场选择３孔进行试验。试验结果如下：

（１）Ｃ２—８孔，孔深３２ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ：１，共注浆２０ｍｉｎ，注浆量４７４．７Ｌ。从注浆记录时间一压力曲线来看，压力呈直线上升趋势，最终压力达到４．７

第３０卷第４期

王乾等：青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

ＭＰａ。从流量一时间曲线来看，流量呈逐渐增大，达到最大值时，又逐渐下降，达到最大压力时的流量为３．９

Ｌ／ｍｉｎ。

（２）Ｃ２—１６孔，孔深３１ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ：１，共注１６ｍｉｎ，注浆量５９３．３Ｌ。从注浆记录时间一压力曲线来看，压力呈缓慢上升趋势，达到峰值后突然下降，然后又上升至最大压力，最终压力达到４．３ＭＰａ。从流量一时间曲线来看，流量呈逐渐增大，达到最大值时，逐渐下降，达到最大压力时的流量为１８．４

Ｌ／ｍｉｎ。

（３）６＋９９０—２孔，孔深５ｍ，Ｗ：Ｃ＝Ｉ：１，共注１０ｒａｉｎ，注浆量２０１．】Ｌ。从注浆记录时间一压力曲线来看，压力呈直线上升趋势，最终压力达到３．５７ＭＰａ。从流量一时间曲线来看，流量呈逐渐增大，达到最大值时，逐渐下降，达到最大压力时的流量为１０．２

Ｌ／ｒａｉｎ。

从试验情况来看，与普通水泥浆一样，硫铝酸盐水泥注入量也不大，这是因为快硬硫铝酸盐水泥和普通水泥的颗粒相差不大，只是成分上有所差别，颗粒相对较粗，在细小裂隙内注浆量很难增加。３．２．３超细水泥试验

超细水泥以１：１的水灰比进行注浆，该水灰比可注入性较好，注浆量比较大。

另超细水泥以０．８：１的水灰比对Ｂ２５孔进行试验，孔深１５ｍ，于１５．５０开始，１６：０ｌ结束，累计注浆量４０１．６Ｌ，最大压力３ＭＰａ。该孔起始流量较大，之后随着压力上升，流量逐渐下降，在压力达到最大时，降至第一个低值，随后又有所增大，注浆压力逐渐上升，在７ｍｉｎ后达到最大，随后压力减小。该孔在压力达到最大时，孔口密封爆裂，随后压力下降，流量上升。填满该孔需要浆量９６．５Ｌ，

总注入量４０１．６Ｌ，注入量较小。

浆液较浓后，在地层中的注浆机制首先是积聚压密，然后是劈裂渗透，主要适用于软土地层，而裂隙岩体一般采用较稀的浆液进行劈裂注浆。

采用１：ｌ或１．２：１的普通水泥或快硬硫铝酸盐水泥注浆，虽能注入一部分，但其扩散范围有限，容易引起群粒堵塞效应。而采用０．８：１的超细水泥浆由于其浆液较浓，流动性较差，黏度较大，容易积聚；注浆时，容易引起裂隙入口处渗浆通道的堵塞，导致注浆压力上升较快，注浆量较小。３．３注浆材料选取标准

根据室内试验、现场试验，并结合各种浆液的

万方数据

性质，决定注浆材料的选取标准为：

（１）单孔钻孔出水量≤４０Ｌ／ｍｉｎ时，采用超细水泥单液浆。

（２）单孔钻孔出水量为４０－－－８０Ｌ／ｍｉｎ时，按普通水泥浆一超细水泥单液浆的顺序选用。

（３）单孔钻孔出水量≥８０Ｌ／ｍｉｎ时，按硫铝酸盐水泥浆一普通水泥浆一超细水泥单液浆的顺序选用。

４注浆设备的应用

４．１钻孔设备

在注浆工程中，钻孔机械应根据工程所需要的孔深、孔径等参数来确定。胶州湾隧道断面较大（内净空高８．２１８ｒｎ，宽１４．４２６ｍ），对机械的要求较高。为满足大规模注浆要求，从施工工期和设备综合利用方面考虑，海底隧道钻孔需要的钻机应具备钻孔速度快、有高性能旋转冲击动力头装置、大范围钻孔方向、钻杆安装拆卸方便、移动方便等条件。

常规地质钻机的代表是煤炭科学研究院西安分院生产的ＭＫＤ系列钻机，其特点是单个体积较小，价格相对较为便宜，用于大断面钻孔时，为提高施工效率，需要搭设钻孔台架及多台联合钻孔注浆。由于胶州湾隧道断面较大，断层破碎带较长，且施工要求较高，因此，常规地质钻机的实用性不高，不建议采用。

液压凿岩台车及凿岩机的出色代表有阿特拉斯

ＲｏｃｋｅｔＢｏｏｍｅｒ３５３ＥＳ－１１

７８、日本矿研的ＲＰＤ一１５０Ｃ

多功能全液压钻机、意大利卡萨Ｇｒａｎｄ—Ｃ６钻机及张家口宣化恒通鑫钻孔机械有限公司的ＨＴＹＭ８０８多功能液压钻机等。

阿特拉斯３５３Ｅ使用如４ｍｍ钻杆，矿研ＲＰＤ一１５０Ｃ使用饰５ｍｍ钻杆。阿特拉斯３５３Ｅ钻设注浆孔３５个，累计钻进７９４．９８ｍ，用时２

１４５

ｍｉｎ，平

均钻进效率Ｏ．３３ｍ／ｍｉｎ。矿研钻设注浆孔３８个，累计钻进８３１．２２ｍ，用时５

９４０

ｍｉｎ。平均钻进效率为

０．１４

ｍ／ｍｉｎ，台车的钻进效率大约是多功能钻机的

２．４倍。同时台车采用轮胎式行走，多功能钻机采用履带式行走，进场和定位均比较慢。阿特拉斯３５３Ｅ的移动范围比较大，台车就位后可在掌子面范围之内进行移动，而多功能钻机只能在附近２ｍ的位置移动，需要随时调整位置。

凿岩台车用于打设炮眼孔和锚杆孔的Ｒ３８（Ｈ３５／

岩ｉ力学与Ｔ程学报

２０Ｉｌ《

Ｒ３２）ｘ５５ｍ六角彤钻杆无怯满足深孔施工要求。经

过现场不断改进，最终选择了进口Ｔ３８ｘ３．６６ｍ圆形

加长钻杆．解决了深度钻孔问题。在注浆施工中，

钻进深度一般为２０～４０ｍ，钻孔偏差值太小直接影

响超前预注浆止水和加固效果，通过改进钻杆类型．

严格控制孔位误差、低冲击慢钻进、控制一次加固

长度等措施严控钻孔偏差．保证孔底偏差不大于孔

深的１／４０。

采用三臂凿岩台车进行钻孔使得注浆的效率得到提高。凿岩台车配备直径为６５及８９ｍｍ等多种

钻头．在注浆实施过程中，完全发挥了钻进潜力，

三臂同时钻进，大大提高了钻孔速率。在进行详细对比后，提出了以改进三臂凿岩台车为主、多功能

钻机为辅的超前预注浆系统，极大地提高了超前预

注浆的钻孔效率。

４．２■蒙殛注浆设鲁

现场制浆设备采用二级搅拌系统．一级搅拌采用采用黑旋风工程机械有限公司生产的高速制浆机

ｚＪ一４００．转速可达１

４４０

ｒ／ｍｉｎ．二级搅拌采用转速

８５

ｒ／ｍｉｎ的ｕ・３００搅拌机，从现场注浆实旗来看，

采用高速制浆机的发热量比较大，搅拌３～４ｍｉｎ后应将浆液倒到二级搅拌设备中。高速搅拌设备固液

两相物质在泵壳内由于叶轮的高速旋转ｆｌ

４３０～

ｌ４７０

ｒ／ｒａｉｎ）而被强烈搅拌分散而达到充分棍台后，

再从泵内排出以切线方向返流到罐内产生巨大的涡

流，使浆液进一步搅拌．在多次循环作用下使浆液

具各良好的流变性能及稳定性，由此而搅拌成浆液。从现场应用来看，２种搅拌机配台使用能够满足注

浆浆液的配制和性能要求．保证了制备浆液的连续

性和浆｛瘦的稳定性。

注浆泵按照其结构形式可以分为偏心螺杆泵、

柱塞泵及括塞泵（５ｑ。偏心螺杆泵注浆压力较低，压

力与流量不能调节．维修费用高，其优点是购置费

用低，一般在低压注浆中使用：柱塞泵是１０ａ前使

用最多的注浆泵．是通过机械传动，曲柄连杆机构驱动职缸往复作用柱塞式泵，为减少脉冲流动，通常使用２个或者３个柱塞，其缺点是压力流量配比

不能无级调速；活塞泵是目前使用最多的全液压注浆泵，为职缸或单缸双作用往复式活塞泵，它采用

液压传动，其压力与流量能调节，可适应注浆初期压力低捧量太，后期压力高排量相应减少的要求，这种泵一般都能预先设定最大注浆压力，从而较好地满足注浆工艺要求…。

万方数据

根据经验，注浆泵压力通常应为漫计注浆压力的ｌ３～１５倍。因此本工程采川的注浆泵工作压力应不小于６ＭＰａ。施工中可毗根据条件和需要选用，由于本工程注浆不可避免地要用到职液浆，因此选

择ＫＢＹ一５０／７０或ＺＢＳＢ一１４８～２３／６—１８５等双液

泵是比较合适的。经过比选，隧道土建施工标段ｌ和Ｉｖ标主要采用ＫＢＹ一５０／７０活塞式双液注浆泵，ＩＩ及ＩＩＩ标主要采用３ＳＮＳ—Ａ柱塞式洼浆泵。

ＫＢＹ一５０／７０的最大流量为０～５０Ｌ／ｒａｉｎ，额定工作压力为０５～７

０

ＭＰａ．颧定功率为１１ｋＷ；

３ＳＮＳ—Ａ额定工作压力太，流量稳定，结构合理，操作方便，其理论排量为１１０～２０７Ｌ／ｍｍ，最大压力为８ＭＦａ。２种注浆泵在注浆过程中均能达到满意的效果。

＾３计■设鲁

注浆参数计量仪器是对洼浆过程中注浆压力、浆液流量进行全过程监测的仪器”Ｊ。目前施工单位

太多采用浮子标杆测量法或者体积法测定注浆泵的

流量，这种测量怯虽然简单易行，但测量误差较大，注浆压力则大多数通过观察泵压的办法，难以准确纪录。采用长沙富众电子科技有限公司牛产的ＬＨＧＹ３（Ｘ）０型注浆记录仪（见图１），可记录当前注浆压力Ｐ，流量口咀及时间ｎ记录仪可以生成Ｐ－Ｔ曲线、。＿ｒ曲线，可由此判断注浆情况（见图２）。

图ｌ长沙富盘ＬＨＧＹ３０００型注浆记录仪

ＦｉｇＩ

ＬＹＧＹ３０００ｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｃｏｒｄＨｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＣｈａｎｇｓｈａ

Ｆｕｚｈｏｎｇ

Ｅ１％ｔｆｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ，Ｌｔｄ

该设备采用工业控制计算机．使用稳定．针对

注浆工地潮湿、灰尘大、电压波动太、震动强烈等

恶劣环境，采用了完善的措施，适用于长时间不间断１作和频繁转移施工位置等恶劣的施工条件。从现场应用来看，该系统应用状况良好，简单易学，故障率低。

第３０卷第４期王乾等ｚ青岛胶卅晦海底睡堪囝岩注浆加固技术

・７９５

圈２注浆位操作界面

Ｆｉｇ．２

Ｏｐ目州饥ｈｔ豇ｆｈｏｆ鲫ｕｄ岵ｌ氍ｏ｜№ｒ

注浆记录仪的水灰比探头因容易堵塞而没有使

用，在现场依靠体积法进行水灰比的控制。对水灰

比进行抽样测试，确保水灰比。另外．作为计量仪器．为保证其可靠性．必须及时进行标定工作。

以多臂凿岩台车钻孔和高速旋流式制浆机制

浆、高压注浆泵注浆、注浆记录位自动记录注浆参

数的信息化钻孔注浆设备配套系统．通过采取“分

区钻孔、分区洼浆、钻注平行作业０实现了超前预注浆的信息化快速施工．使得断面面积达１７０一的

大断面海底隧道深孔超前预注浆平均钻注时间缩短

为１５ｄ，循环吼内，与采用单臂钻机钻孔注浆配套模式相比钻注效率提高了２倍，每钻注循环节省时间达３０ｄ以上，为隧道的安全、优质、高效建成提供

了有力保障。

５注浆工艺参数厦方案实施

５．１洼寨●量选择墨ｔ征５１１扩散半径类比选择

根据工程经验及工程类比，上断面周边注浆扩散半径为２ｍ。

根据注浆加固交豳理论，注浆后应形成严密的

注浆帷幕，在注浆终孔断面上不应存在注浆盲区，根据下式：

万方数据

口≤４３Ｒ

ｆｌ、

式中：ａ为注浆终孔问距（Ⅲ），Ｒ为浆液扩散半径（ｍ）。计算得出ａ

ｆｆｉ

３．４６

ｍ。为确保加固效果，一般注浆

终孔间距不超过３．５ｍ。布设注浆孔时根据注浆终孔的问距进行控制。

５１

２扩散半径试验选择

图３为扩散半径试验孔位布置圈。根据上断面

的实际高度，布置了Ｒ１～Ｒ４四个注浆孔，ＲＩ．Ｒ２，Ｒ４孔均间隔４ｍ．Ｒ３与Ｒ２，Ｒ４孔均间隔３ｍ，孔

澡２０ｍ，仰角为０。．试验孔采用全孔一次性注浆．

注浆终止压力为３～４ＭＰａ。注浆材料采甩超细水泥

单液浆，水灰比为１：１。在进行试验时掌子面注浆孔已安设了太部分孔口管，孔深２ｍ。

Ｆｉｇ．３山Ｍ岵％枷。ｆｈ。ｋｐ∞ｍｍ＃ｍｇ眦Ⅱ口＂咖Ｊ砸ｉ∞

图３浆渡扩散半径试验孔位布置田（单位ｔ血）

ｔｅｓｔ（ｕｎｉｔ：∞ｎ

通过试验可知，当钻孔有水且具有一定连通性时．在１ＭＰａ压力下浆液可扩散３ｍ左右．若相邻钻孔无水或水量较小．裂隙连通性差，在１．５Ｍｈ压力下．浆液的扩散范围可选１．５～３

０

ｍ。从试验

情况来看，浆渡扩散范围很不均，这与地层的复杂

性有关，理论研究和实践经验表明，浆渡扩散范围与裂隙张开度、裂隙孔隙度、裂晾迂曲度、裂隙稠密度、注浆压力、注浆时间、浆液性能等有关。

５１

３注浆加固厚度

确定注浆加固范围时，主要考虑注浆后加固圈

的承载力和抗渗性要求两方面，根据工程类比法、理论分析｛去和数值模拟法确定了注浆加固厚度。据水电部门统计，加固厚度一般为（０．５～２０ｍ（Ｄ为隧道开挖断面宽度）＝日本青函隧道加固范围为隧道开

岩石力学与工程学报２０１１年

挖轮廓线外ｆ０５～Ｉ＿ｏ）Ｄ；厦门翔安隧道主隧道６ｍ左右。肌偏于安垒角度类比．主隧道预注浆的加固范

围应为开挖轮廓线外（Ｏ．５～１．Ｏ）Ｄ，主隧道宽度按照

１２ｍ考虑，加固范围应为６．０ｍ左右。另外．采用

多点位移计测试得到受断层破碎带影响的Ｉｖ级围

岩段．围岩松动圈最大可达１，６ｍ．取断层影响带松动圈的２～３倍作为加固范田．加固范围应为３２～４，８ｍ。通过多种论证，决定主隧道按照加固囊５～６ｍ进行设计，

５１

４注浆压力的确定

注浆压力是裳液在地层裂馥中扩散、充填、压

实脱水的动能，是洼浆设计和施工中的主要注浆参数之一，对提高注浆质量和保证注浆效果商到较大的影响作用。以水压为依据的经验公式，主要目的在于堵水．适用于涤埋地层，注浆时不受覆盖层厚度限制，不考虑地层隆起。考虑到超前预注浆的目的主要是堵水和加固．同时防止浆渣击穿覆盖层，

因此以静力平衡和裂睬宽度作为压力初步确定选择

的依据“１，根据静力平街条件计算压力为２．４蛐～．

２种方法确定注浆压力为３～４胁。

由裂晾宽度确定的注浆压力应在４ＭＰａ以上。综合

根据经验公式获得的压力和数值模拟结果，在

Ｆ５—４断层带进行注浆堵水和加固时，采用注浆压

力３～４ｈⅡ‰按浆装扩散半径２ｍ进行了方案设计．

该段加固长为３０ｍ，加固范围为开挖面及轮廓线外

５

ｍ。本段进行注浆后，钻设了１０个检查孔．除３

个检查孔滴水外，其采均无水，成孔良好，无塌孔

现场．根据检查孔浦水量每延米不大于ｎ１５

Ｌ／ｍｉｎ

或局部孔涌水量小于３ＬＪｍｌｎ的标准，达到了设计

要求，通过压水试验测得洼蒙后地层漕透系数在

１．６５ｘ１０’ｃｍｋ左右，比注浆前降低了２个数量级．

注浆效果较好。从开挖效果来看．除个别地段有渗

水外，隧道掌子面基本无水，装液主要沿节理裂艨

渗透和充填，浆液结实率较高：若钻孔穿过的围岩

较完整时，浆液很难劈开裂缱，如钻孔揭穿裂隙面时，浆液则沿裂隙面渗透和充填；在断层破碎及夹

泥部位浆液进行劈裂充填。通过效果检查和开挖揭

示来看，施工中选用的３—４ＭＰａ压力在保证注装效果的同时，对地层的损害也不明显。

５ｌ

５其他相关参数

注装详细参数如表２所示，其中最大注浆压力

为４ｈⅡ～．注浆步序依次为Ａ片神～１３ｍ）、Ｂ片即～

２０ｍ）、Ｃ序（０～３０

ｍ】．分别是嘏外豳、扶外圈及内

万方数据

ａ２茳泵详Ⅻ＃科

Ｔａｂｌｅ２

Ｄｄ＋ａｉｌｐ琳ｍｄｃ静ｄ印ｕｔ吨

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ｍ

氧２洼簟工艺噩注童方赫捧

圈注浆孔。Ｄ序为对下端面注浆盲区补充步序。

５．２ｌ注浆工艺

注浆工艺主要有分段后退式注浆、分段前进式

注浆以丑全孔一次性注浆。

分段后退式注浆优点：不需要重复扫孔．浆液利用效率比较高，能实现控域注浆。缺点：封孔比较困难．存在浆液绕过止浆塞将其抱死的情况。

分段前进式注浆优点：工艺比较简单．适应性强．反复加固地层，易保证注浆效果．缺点：重复扫孔．施工效率较低。靠近掌子面方向重复注撮。

全孔一次性注浆具有工艺简单，效率高等优点，但其只适合于孔深较小的孔内注浆。

海底隧道断层破碎带主要采用分段前进式注浆，辅鞋全孔一扶性注浆。分段前进式注浆示意盈

如图４所示：安设孔口管的孔位采用台车口１３０一

钻头开孔（开孔钻深２．２ｍ后，退出钻杆，安装孔口管．孔口管是一端焊有抱箍卡口的钢管．长度２．２ｍ）．随后改钻进钻头成孔，通过孔口管钻进５Ｏ～１０．０ｍ后．停止钻孔．进行注浆，之后每钻进５ｍ～１００ｍ，再注浆．如此循环下去。直至完成该孔的钻孔及注

浆藏工。对于某薄弱或裂睬突水区域．可以采用孔

内止装的注浆方式。

竺竺竺翌竺竺＝

田４分爱前进式注装示意圈

Ｆｉｇ．４

Ｓｋｃ曲ｏｆ口“ｔ±札ａ壮Ｒ删ａｍ８ｆｏｕｌｉｎｇ

５．２２注浆方案

第３０卷第４期王乾等：青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

・７９７・

注浆方案的选择主要依据地质勘探资料、超前地质预报成果、探水孔水压和出水量大小以及以往类似工程经验。胶州湾隧道地质条件比较复杂，主要包含断层破碎带、节理裂隙发育带、岩脉不整合接触带及海水侵蚀地层等。一般来说，在断层破碎带、节理裂隙比较发育且出水量或水压较大地段应采用超前预注浆方案，按照超前探孔出水量、探孔水压及超前地质预报情况，分为全断面超前预注浆、隧道周边帷幕注浆及局部断面超前注浆（见表３）。在岩体完整、节理、裂隙不太发育地层中，局部出水或渗漏水地段可采用开挖后径向注浆及局部注浆方案。

表３注浆方案选择

Ｔａｂｌｅ３

Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｓｃｈｅｍｅ

注浆方案

适用条件描述

①根据超前地质预报结果判定．前方围岩破碎、断层岩体风化严重或存在断层泥：②ｖ级围岩地段：③超前探水

全断面超孔单孔出水量大于６０Ｌ／ｒａｉｎ：④探水孔水压／＞０．６ＭＰａ。当前预注浆

隧道穿过以上特点断层长度大于２５ｍ，一次不能完成时采用全断面超前预注浆（以上适用条件满足任意１条即选择此方案，以下同）

鬈毅蓁圣篡嚣缆曼渊擞蠹

星罢雯囊曼篓耋毫虽霉露雾｜｜：三重ｉ多算’ｓ苎妻

相对严格的超前预注浆方案可减少后注浆的难

度，王月华等【８】测算表明后注浆的费用要比超前预注浆高出２＇－－＇３倍。海底隧道在施工中也对后注浆进行了有益的探索，尝试采用马丽散作为注浆材料，取得了较好的效果１９】。５．３注浆过程５．３．１工程概况

海底隧道ＹＫ６＋９６１～９１５段全长４６ｍ，高潮时水深２７～３０ｍ；海底覆盖层２＂－－３ｍ，主要为砂砾，局部沉积有淤泥。隧道拱顶覆盖层仅２４＂－－＇２６ｍ。本段发育有Ｆ４—４ＮＷ向破碎带，带内岩体为碎裂～镶嵌碎裂结构，裂隙以密闭型为主，少数为微张型，裂隙面浸染迹象不甚明显；岩体受构造影响严重，岩体完整程度和风化带厚度差异很大，基岩以含晶屑火山角砾凝灰岩为主，局部夹凝灰岩、并有较多辉绿岩脉、石英正长岩脉侵入。辉绿岩抗风化能力

万方数据

差且辉绿岩及其两侧岩体往往较破碎或发育小断层。

（１）ＴＳＰ２０３＋探测成果：ＹＫ６＋９６１＂－＇９１２段围岩

等级以Ｖ级为主，局部Ⅳ级，裂隙含水，有岩脉

侵入，发育多组高角度大规模结构面。异常段：ＹＫ６＋９７５－－－９６０段裂隙发育，软弱泥质充填，整体性差，裂隙含水，ＹＫ６＋９２６～９１０段发育多组高角度结构面，断层泥和强风化围岩充填，整体性差。

（２）地质雷达探测成果：ＹＫ６＋９６１掌子面前方

８

ｍ范围的岩层总体上与现在掌子面情况类似，围

岩较完整，无明显含水构造。掌子面中左部前方

１２～１８ｍ范围内结构面发育密集，围岩强度低，完

整性差，自稳能力差，含裂隙水。

（３）探孔情况

在隧道上台阶设置了３个探孔（拱顶１个，左、右侧隧道前方各１个），３个探孔孔深均为４５ｍ，且钻进７．２ｍ前钻孔速度均正常，７．２ｍ后速度减慢，且均有卡钻现象（拱顶探测较多），探测得到的岩屑颜色为紫褐色。拱顶探测、左侧探测均从孔深２１．６

ｍ

处出水，经测定出水量分别达３６．５，１７．０Ｌ／ｍｉｌｌ：右侧探测从孔深７．２ｍ处出水，经测定出水量达１６Ｌ／ｍｉｎ。综合判定ＹＫ６＋９６１～９１６段围岩等级以Ｖ级为主，局部ＩＶ级，适用于全断面超前预注浆。５．３．２注浆方案及准备工作

根据超前地质预报和钻探成果，结合设计要求，主隧道ＹＫ６＋９６１＂－－＇９１５段，共４６ｍ，主要为Ｖ级围岩，为确保施工安全，采用全断面超前预注浆，根据工程经验和工程类比，上、下断面周边注浆扩散半径分别为１．５，２．０ｍ。并对下断面三角盲区增加Ｄ序列。每循环注浆段长３０ｍ，开挖２５ｍ，预留５

ｍ

为下一循环止浆岩盘。考虑到采用全断面进行注浆工序转换复杂，故采用上断面对全断面进行注浆。图５为Ｆ４—４断层第一循环超前预注浆图，洞内注浆方案如图４，５（ａ）所示，图５（ａ）中的Ａ～Ｄ为注浆步序。

在进行施工之前，首先根据掌子面情况对掌子面进行封闭，施作止浆墙。依据通过试验确定的注浆参数进行注浆。制定出注浆方案后严格按照方案进行布孔，孔位误差的绝对值应≤１ｃｍ，孔底的偏差不应大于１／４０的孔深。布设孔后采用凿岩台车￥１２７ｍｍ的钻头开孔，孔深２．２ｍ，之后安装孔口管。孔Ｅｌ管安装后采用＃１２ｍｍ的钢筋进行连体连接，确保施工安全。５．３．３注浆过程

筵

隰

绀＃十Ⅲ女自目

国５

Ｆ１９５

一冀

意慧赛：莆蕊李

５．３４终孔标准

注浆结束标准以定压和定量为主，注浆压力选１４设计终压，并且注浆速度小于５Ｌ／ｍｍ超过２０ｍｌｎ时，即可结束本孔注浆。当注浆过程中长时间压力不上升，并且达到设计注浆量时，应缩媪浆液的凝胶时间，并采取闻歇注浆措施．控制注浆量。当设计孔全部选到结束标准且注浆效果检查合格时，即

可结束本循环注浆。

制系统，注浆实旌采用水灰比为ｌ：１的超细水泥进行，压力及流量的控制采用注浆记录仪。

Ｆ４—４昕层第一循环超前预注装圈

４

Ｔｈｅｌｓｔ

Ｆ４

ｃｙｃｌｅ“一”９ｍ６ｑｍ口ｍｏｆｆａｕｌｔ

注浆｛Ｌ采用≯９０衄的钻头成孔，通过孔口管

‰挞５～】Ｏｍ后，进行注浆旆工。裳液栗用＝级拌

万方数据

６

注浆效果检测评价

６．１检查孔法

第３０卷第４期王乾等：青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

根据注浆情况，选择注浆范围存在薄弱环节的注浆部位布设检查孔，数量大约取钻孔数量的１０％。检查孔的出水量每延米不大于０．１５Ｌ／ｍｉｎ或者局部出水量小于３Ｌ／ｍｉｎ时即认为达到要求。同时可对检查孔进行再次压浆或压水试验。达到要求可进行下一步的开挖，若没有达到要求则对未满足要求的部分进行补充注浆。

Ｆ４—４断层第一循环共打设Ｊ１＂一ＪｌＯ共１０个检查孔，各孔出水量如表４所示。

表４各检查孔出水量

Ｔａｂｌｅ４

Ｗａｔｅｒｉｎｆｌｏｗｏｆｅａｃｈ

ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｈｏｌｅ

孔序号

出水Ｒ／（Ｌ・ｍｉｎ。１１

孔序号

出水量，（Ｌ・ｍｉｌｌ－１）

Ｊｌ

０．１０Ｊ６０．１３Ｊ２０．１４Ｊ７０．０５Ｊ３

０．１４Ｊ８０．０３Ｊ４０．１３Ｊ９

０．０９

Ｊ５

０．１５

Ｊ１０

０．１０

其中检查孔出水量最大为Ｊ５，１２～２０ｍ出水量为０．１５Ｌ／ｍｉｎ，所有检查孔在Ａ序孔０～１２ｍ段均无水，检查孔放置１２ｈ后，除３个检查孔滴水外，其余７个检查孔均无水，成孔良好，无塌孔现场。根据检查孔出水量每延米不大于０．１５Ｌ／ｍｉｎ或局部出水量小于３Ｌ／ｍｉｎ的标准，本次注浆达到设计了要求，注浆效果良好。表５为数个断层各个注浆段检查孔的效果评价统计，经检验，均满足设计要求。

压水试验是测定地层渗透性最常用的一种渗透试验方法。通过压水试验计算单位钻孔吸水量，为确定浆液的配合比和注浆量提供依据，检验注浆管路连接是否牢固可靠，另外注水同时可冲洗裂隙，利于浆液的扩散，判断注浆效果。

首先要对钻孔进行清洗，应清洗至孔口回水清洁，肉眼观察无岩粉时方可结束，否则比较影响压

表５各个注浆段检查孔情况

Ｔａｂｌｅ５

Ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｇｒｏｕｔｉｎｇｓｅｇｍｅｎｔ

竺竺！竺星拦兰釜竺竺

ＹＫ６＋９６１～９３１

Ｆ４—４１０Ｏ．１满足要求Ⅵ（６＋９３６～９ｌｌ

Ｆ４—４

４０．８

满足要求ＹＫ６＋９００～８６５—

８１．５满足要求ＹＫ６＋６４５～６１５

—

４０．７

满足要求ＹＫ６＋５

１４～４７９Ｆ４—２７

Ｏ．７

满足要求

万方数据

水试验的结果。对孔口进行封闭，连接好管路，实施压水试验，压力可取为１ＭＰａ，记录２０ｍｉｎ，记录中应包括压力最大时的泵流量。

在Ｆ４—４断层，对Ｃ１—７钻孔进行现场压水试验，Ｃｌ一７孔深７ｍ，孔径为１０８ｍｍ。试验进行

２０

ｍｉｎ，压水压力１ＭＰａ，注浆记录仪自动计算出

的透水率为１０．７Ｌｕ，根据透水率与渗透系数的关系

１Ｌｕｇ－，１．３×１０—７

ｍ／ｓ，可大概推出该孔的渗透系数为

１．３９ｘ１０一ｍ／ｓ。

注浆完成之后，可对检查孔再次进行压水试验，用来辅助判断是否达到注浆标准。

通过简易压水试验，对注浆前、后的数据进行对比，其中对Ｆ４—４断层进行简易压水试验，获得表６所示的试验结果。

表６各孔压水试验结果

Ｔａｂｌｅ６

Ｐａｃｋｅｒｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｈｏｌｅｓ

孔序号

孔深／ｍ

压水／ｍ时间ｉｎ

最／竺ＩＶＩＦ８力舡黧ｍｌｎ＿Ｉ），‘Ｌ。

Ｊ

透／多ＬＵ率

Ｊ６３３．００２０１．９３

７５．３８１．１７Ｊ３３３．４２２０１．８８７９．２２

１．２６Ｊ４２５．３９２０２．１７“．１６

１．１６Ｊ５

２５．７７２０２．０７６８．３３１．４８平均值

２９．４０

２０

２．０１

７１．７７

１．２７

４个检查孔的透水率均小于１．５Ｌｕ。注浆后地层渗透系数在１．６５ｘ１０－７ｍ／ｓ左右，比勘察报告中给出的Ｆ２一ｌ断层破碎带渗透系数１．３ｒｎ／ｄ，即１．５１ｘ１０一ｍ／ｓ，降低了２个数量级，岩体透水性由中等透水下降为弱透水，注浆效果明显。

６．２

ＴＳＰ物探对比法

对注浆前、后的掌子面施作隧道地震预测（ｔ岫ｎｅｌ

ｓｅｉｓｍｉｃ

ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ＴＳＰ），得到表７所示的结果。

表７注浆前、后ＴｓＰ对比

Ｔａｂｌｅ７

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌｓｅｉｓｍｉｃｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅａｎｄ

ａｆｔｅｒｇｒｏｕｔｉｎｇ

竺兰篓羔竺丝兰）竺篓兰三

注浆前４０３１．０１．８２０．２８２．２４

２９．４注浆后４０６３．０

１．６９

０．２６

２．３２

３５．０

前后变化率Ｍ

０．８－－７．１０—７．１０

３．６０

１９．１

从表７可以看出，注浆后，岩体整体性得到提高，其动弹性模量增长最为显著，增幅为１９．１％，

岩石力学与Ｉ程学撤

２０１】年

密度增长了３，６％，泊松比Ｆ降了７１％，纵波波速有小量增长０８％。注浆教果显著，达到了注浆目的。６．３帖孔电视分析

２００９年２月４日．山东大学岩土工程中心对青岛胶卅ｆ湾隧道出口段右洞进行了数字钻孔摄像，采用数字式全景钻孔摄像系统。由十钻孔在ＹＫ６＋９５５

处有较大弯曲，探头无法推进，故本次摄像范围为

出口ＹＫ６＋９６１～９５５。探测结果见图６。数字式全景钻孔摄像系统观测表明：注浆后，围岩完躺性提高．大多数裂隙己充填密实．孔内无裂隙水。

图６散字式垒景钻孔摄像系统探Ⅻ结果

Ｆｉ９６

Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ

ｒｅｓｕｌｔｓ

ｏｆｄｉｇｉｎ］ｎ…ｃｂＷｅｈｏｌｅ…ｍ

ｓｙｓｔｅｍ（ＤＰＢＣＳ）

６．４开挖揭示

爆破开挖后可以清楚看到浆被随节理裂隙面扩散（见图ｎ，扩散的痕迹明显，掌子面基本比较干燥。

圈７＊挖后掌子面情况

Ｆｉｇ７

Ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌｆａｃｅ

ａｆｔｅｒ…“ｏｎ

万方数据

浆液主要沿节理裂隙和岩土交界面充填．浆液在裂

隙内的充填饱满，结石鞑１０慨，裂隙宽度在０１～

ｉ０．０ｍｍ的范围内。

６．５

ｐ－Ｏ－ｒ曲蝗分析

图８为三参数注浆仪在注浆施工中所记录的注

浆压力Ｐ、注浆量口进行一Ｌ。＿ｒ曲线绘制，根

据地质特征、注浆机制、设备性能、注浆参数等对Ｐ－９ｒ曲线进行分析，从而对注浆效果进行评判。注浆施工中尸＿ｒ曲线呈缓慢上升趋势，９ｒ曲线先

急剧上升后缓慢下降．在注浆结束时注浆压力达到设计终压．此类曲线属于正常注浆过程；在发生堵管或者浆液渗透和劈裂扩散时，Ｐ－Ｔ曲线和９ｒ曲线则呈其他变化趋势，要引对具体问题具体分析。

｜鞋；毒三斗强

２．４区ｐ

襄Ｓ４

圜８＾ｒ和９ｒ曲线

Ｆｉｇ８

ｃ…ｏｆＰ－Ｔｍｄ口－ｒ

６，６洼泉开挖处监控■铡值分析

圈９为拱顶沉降时态曲线，以上台阶开挖为时间０点，下同。圈９（曲，伯）开挖起始时间分别为２００８年１２月２７目和２００９年２月１４日。由图９（幻可知，

朱注浆段拱顶沉降２２～３５｛蒸ｍｍ，拱顶沉降时间始自开挖趋于稳定约１１０ｄ。对比图９（ｂ１，注浆段拱顶沉

＂目ｍ

（∞ＹＫ６＋９６ｑ｝＃＊＆）

ｉ侈１１谊！竺．

｛ｂ’ＶＫ６＋９５８ｆ＃＊目）

图９拱顶口Ｃ降时态曲线

Ｆｉｇ９

Ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙ…ｏｆｖａｕｌｔ

ｓｅｔｔｌｅ｜｜Ｉｅｎｌ

第３０卷第４期

±乾等：青岛腔Ｍ湾海底隧道围岩沌浆加日技术

・８０］

降为Ｉ３～１８ｍｍ。自开挖开始，趋于稳定约６０

ｄ。

拱顶沉降下降了４０％～４８％。

图ｌＯ为未洼浆段与注浆段的累计收敛时态曲线。图ｌ叫ａ）．Ｏ）开挖起始时间分别为２００８年９月１０日和２００９年２月２５日，分析普通段最大水平收敛为２１／１１１１１，其相对位移为０１３％（规范参考值为

０８％１。从位移速率看，未注浆地段最大收敛速率为３

３８ｍｎ～＇ｄ．２１ｍｍ位移中有１６４２ｒａｍ（约７８％）ｆｌｊ下

台阶开挖所引起，下台阶开挖容易引起上台阶位移

较大增长。水平收敛趋于稳定的时间大致在下台阶开挖后的１０～２０ｄ。由图ｌＯ（ｂ）可知，晟太水平收敛为５ｉｎｍ，其相对位移为００３％，从位移速率看，注

浆地段最大收敛速率为０４９ｍｍ／ｄ。水平收敛趋于

稳定的时闻大致在下台阶开挖后的１０～Ｉ

５

ｄ，从开

挖影响看，注浆地段受下台阶开挖影响小于来注浆地段。水平收敛时问较短，注浆地段拱项下沉速率小于未注浆地段。

耕１

ｍ

：毋，—一

，

｛＃《＃｛＊

１ｉＬ笠兰基．

：ｂ！型—兰兰兰￡

９２

ｌ：

嗍ＹＫ６＋９４７ｆ＆※段）图１０累计收敛时态曲线

Ｆｉ９１０

Ｔｈｌ柚ｌｎ研ａⅡ＂ｓｏｆａｅｅ皿ｕｌｍｉｖｅｅｏｎｖｅｑｅｎｅｅ

６．７注羹量分折

对注桨过程的用时、方案孔数、注浆总量、延米

注浆量和日注浆量进行统计，绕计结果如表８所示。

统计各注浆段。延米最大注浆量为４６０

Ｌ，ｍ，

最小为３５０１３ｍ。１４—４第一循环共分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ四个序列进行压注，各个序列又分段压注，对４段

各序注浆量进行统计（见表９），由表９及图ｌＩ可卧看出，注浆量分布特征为；ｃ序孔＞Ｂ序孔＞Ａ序

孔＞Ｄ序孔．这与各序孔孔深和分段次数有关，钻

孔越深，分段越多，注浆量相应越太。各段注浆量

万方数据

裹８

ａ浆量统Ｈ镕ｍ

Ｔａｂｌｅ８

Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ

ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｇｔｏｍⅧｌ

ａ＊ｍａ冒！怒ｉ盏：蕊。簿、嚣瓮

蕃”：：，，７４７

５００

１８６３．８

ｍ

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ｍ…

ｓ

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ＹＫｎ６１５５３８

ｍ７００

９４０．０

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７８７００

表９各序孔和各段注浆量统计表

Ｔａｂｌｅ９

Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｖｍｕｅｓ酣ｇｍｍ蛐ｏＩⅡ．Ｉｐｅｒｅｖｅｒｙ

ｓｅｑ—ｅ

ａｎｄｅｖｅｒｙｐａｒｔ

Ｌ

。Ｌ，７隽黔。＼●只④魏。渔

图ｌＩ并序孔＆并段洼浆ｉ占总注浆量的ｉ分№

Ｆ１§１１

ｈ∞ｍ１８日％ｏｆｇｒｏｕｌａｍ叽ｍｐｅｒ

ｅ州ｏｑＫｎ∞ａｎｄ

ｅｖｅｑＰａｒｔｍｔｈｅｔｏｔａｌｇ口ｍ“∞ｕｍ

分布特征为：２段＞１段＞３段＞４段，说明在７～

２２

ｍ存在较多的裂隙，而两端则裂隙相对较少。

将每次钻孔注浆所耗注浆量按时间绘制散点分

布图，如图１２所示，可知注浆消耗量主要集中在每延米２０００～４０００Ｌ．其平均值呈前期缓慢上升，后期逐渐Ｆ降趋势，说明地层逐渐被充填密实后，虽后地层吸浆量减少。随着时间推移，钻孔数逐渐增加，注浆量在注浆中期维持在４０００～５０００Ｌ／ｄ范围内，后期呈下降趋势。而每天每米耗浆量随钻

孔数的增加呈递减趋势，说明地层被逐渐加固密实。

・８０２・

岩石力学与工程学报

２０１１焦

３

曼

吾

咖

鬃

蜘

时间Ｔ／ｒａｉｎ

图１２注浆量一时间曲线

Ｆｉｇ．１２

Ｑ－Ｔ

ＣＵｌ＂ＶＯ

７结论

（１）根据可行性、可注性、环保性、经济型及工艺适时难度综合考虑选择注浆用材料。由于海底隧道耐久性要求，考虑水泥基浆材中进行选用。超细水泥适用于充填细小裂隙ｆ≥０．０５ｍｍ），在岩石海底隧道注浆过程中有良好的表现。

（２）以多臂凿岩台车钻孔和高速旋流式制浆机制浆、高压注浆泵注浆、注浆记录仪自动记录注浆参数的信息化钻孔注浆设备配套系统，通过采取“分区钻孔、分区注浆、钻注平行作业”，实现了超前预注浆的信息化快速施工，在保证注浆质量可靠的前提下极大地加快了注浆速度。

（３）在本海底隧道中，浆液的扩散范围选定在

１．５～３．０ｍ，注浆加固范围综合考虑取为５ｍ，注浆

压力３＂－＇４ＭＰａ。经过多次注浆及开挖揭示，证明所选参数是可靠的。

（４）检查孔法是检查注浆效果最直观有效的手段，每个注浆段按照注浆孔总数的５％＇－－１０％设置检查孔是合适的。注浆效果检查应以检查孔法为主，其他手段辅助进行。压水试验的结果可作为判断注浆效果的辅助标准。初次注浆可进行ＴＳＰ物探对比法、钻孔电视分析法、Ｐ．Ｑ．丁曲线分析法等方法辅助判断。

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万方数据

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ｋｅｙ

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２

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ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ

ａｎｄ

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ｏｎ

ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ

ｏｆ

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ｇ删ｔ

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（ＸＵＥＹｉｇｕｏ，ＬＩＳｈｕｃｋ，ＳＵＭａｏｘｉｎ，ｅｔａ１．Ｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ

ｅａｒｌｙ－ｗａｒｍｉｎｇ

ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ

ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ

ｏｎ

ａｑｕｉｆｅｒ

ｆａｕｌｔｉｎＱｉｎｇｄａｏＪｉａｏｚｈｏｕ

ｂａｙｓｕｂｓｅａｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆ

Ｒｏｃｋ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ

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【５】

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Ｊｉｕｊｉａｎｇ．Ｇｒｏｕｔｉｎｇｅｎｄ

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ｔｕｎｎｅｌ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｍｇ：Ｐｅｏｐｌｅ＇ｓＲａｉｌｗａｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ

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ｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ

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青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

作者：作者单位：

王乾， 曲立清， 郭洪雨， 王全胜， WANG Qian， QU Liqing， GUO Hongyu， WANGQuansheng

王乾,曲立清,WANG Qian,QU Liqing(青岛国信胶州湾交通有限公司,山东,青岛,266500)，郭洪雨,GUO Hongyu(浙江省交通规划设计研究院,浙江,杭州,310006)， 王全胜,WANGQuansheng(中铁隧道集团科研所,河南,洛阳,471000)岩石力学与工程学报

CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2011,30(4)6次

刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

参考文献(9条)

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本文读者也读过(7条)

1. 张胜.Zhang Sheng 富水隧道注浆快速堵水技术[期刊论文]-铁道标准设计2005(9)2. 高广义.孙国庆 灌浆自动记录仪在隧道注浆施工中的应用[会议论文]-2009

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引证文献(6条)

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