TBM掘进隧洞回填固结灌浆施工的探讨
     1.前言
     豆砾石回填灌浆：用浆液充填管片衬砌后豆砾石的孔隙以及豆砾石层与围岩的空隙，使回填豆砾石层、管片与围岩共同承担内外荷载。同时，可使回填豆砾石层形成一封闭的防渗圈，提高隧洞防渗性能。


固结灌浆：通过灌浆充填洞周以外一定范围的节理裂隙、软弱破碎带和断层带等松散围岩，从而起到提高围岩弹模、增强围岩抗力和自稳性能的目的。此外，固结灌浆还可以形成一定厚度的帷幕圈，减少隧洞压力内水外渗和阻断外水，减小作用在衬砌上的外水水头和山岩压力、改善围岩防渗性能和隧洞受力条件的作用。
     2. 工程实例
      在引黄南干线国际II、III标长达90km的TBM施工洞段进行豆砾石回填灌浆，在Ⅳ、Ⅴ岩洞、土洞、断层、高外水洞段采用了固结灌浆。
     3. 设备
     3.1 钻孔设备
    （1）根据工程的地质条件选用回转式地质钻机。
    （2）在地下洞室及其它封闭区域中使用气动钻孔设备时，应带有消音器和除尘装置，不得使用内燃机驱动的钻孔设备。
    （3）使用的钻孔冲洗和压水试验设备，水泵的容许工作压力1.5MPa，并应保证在所有压力下都有足够的供水量，保证压力稳定、出水均匀、工作可靠。
    （4）准备足够的流量计、压力表、压力软管、供水管及阀门等备品。
     3.2 灌浆设备
    （1）灌浆泵性能应与灌浆液的类型和浓度相适应，其容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍，并应有足够的排浆量和稳定的工作性能；灌注纯水泥浆液应采用多缸柱塞式灌浆泵。
    （2）根据灌浆需要配置高速和低速浆液搅拌机，搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌的浆液类型及灌浆泵排浆量相适应，并应保证均匀、连续地拌制浆液。所有搅拌设备，在用于拌制浆液前应在现场进行试运行。
    （3）灌浆使用自动灌浆记录仪。
    （4）灌浆管路应保证浆液流动畅通，并能承受1.5倍的最大灌浆压力。注浆泵和注浆孔口处（包括进浆与回浆管路）均应安设压力表，所选用的压力表在使用前进行率定。压力表在使用前应检查其性能，允许误差应在5%以内。使用过程中应经常检查核对，建议压力表每两班次校正一次。不合格和已损坏的压力表严禁使用。压力表和管路之间应设有隔浆装置。
    （5）灌浆塞应与采用的灌浆方法、灌浆压力及地质条件相适应，胶塞应具有良好的膨胀性和耐压性能，在最大灌浆压力下能可靠地封闭灌浆孔段，不发生渗漏或冒浆现象，并易于安装和卸除。
    （6）采用孔口封闭器或专用高压灌浆塞。
    （7）集中制浆站的制浆能力应满足灌浆进度高峰期所有机组用浆需要，制浆站应配备除尘设备，当浆液需掺加掺合剂或外加剂时，应增设相应的设备。
    （8）注浆用的风水电宜设有专用管线，以保证注浆工作的正常进行。
    （9）注浆管路应能保证浆液流动畅通，不发生沉淀，并能承受2.0倍的最大注浆压力，使用前应作耐压试验。管口连接采用快速接头以保证注浆速度。
    （10）所有灌浆设备、仪器、仪表均应始终保持工作状态正常，并应配有足够的备用设备。电力驱动的设备，应在接地良好并经确认能保证施工安全时，方可使用。并提供所有钻孔、注浆、张拉等设备，包括钻头、钻杆、钻套、拌合机、注浆泵、搅拌器、注浆塞、管道、注浆管、垫圈、接头、联结件、压力计、保护装置、通信设施及进行工作所需的零配件。注浆设备应为移动式独立装置。
    4. 灌浆试验
    4.1 浆液试验
    （1）对不同水灰比、不同掺合料和不同外加剂的浆液已进行下列项目的试验：
    1）浆液配制程序及拌制时间；
    2）浆液密度或比重测定；
    3）浆液流动性或流变参数；
    4）浆液的沉淀稳定性；
    5）浆液的凝结时间，包括初凝或终凝时间；
    6）浆液结石的容重、强度、弹性模量和渗透性；
    7）其它试验内容。
    （2）用于现场灌浆试验的浆液水灰比以及掺合料、外加剂等的品种及其掺量应通过浆液试验选择，并应用于施工过程中。
    4.2 现场灌浆试验
    （1）在灌浆区做灌浆试验。
    （2）根据灌浆要求选定试验孔布置方式、孔深、灌浆分段、灌浆压力等试验参数。


    （3）在每一灌浆试验区内，按灌浆试验大纲拟定的施工程序和方法进行灌浆试验检查灌浆的效果，整理分析各序孔和检查孔的单位吸水率、单位耗灰量等的试验资料。
     5. 豆砾石层回填灌浆
    （1）回填灌浆钻孔可在管片原有的灌浆孔上直接钻孔，孔径Φ48~75 mm，孔深深入岩石20cm。
    （2）遇有围岩塌陷、溶洞、超挖较大等情况时，应制定特殊灌浆措施。
    （3）回填灌浆应按划分的灌浆区段环间分序、环内加密的原则进行，分序序数和分序方法应根据地质情况和工程要求确定。
    （4）回填灌浆的压力有外水洞段为0.2-0.8Mpa，无外水洞段为0.3-0.5Mpa视现场具体情况及洞壁变形观测结果进行调整。
    （5）回填灌浆浆液水灰比一序孔可灌注水灰比0.6（或0.5）:1的水泥浆，二序孔可灌注1:1和0.6（或0.5）:1两个比级的水泥浆。
    （6）回填灌浆在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注5min即可结束。
    （7）回填灌浆因故中断时，应及早恢复灌浆，中断时间大于30min，应设法清洗至原孔深后恢复灌浆，此时若灌浆孔仍不吸浆，则应重新就近钻孔进行灌浆。
    （8）灌浆结束后，应排除钻孔内积水和污物，采用浓浆将全孔封堵密实和抹平，露出衬砌管片表面的埋管应割除。
     6. 固结灌浆
     6.1钻孔冲洗
    （1）固结灌浆灌浆孔均应进行冲洗。采用风水联合冲洗或用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗；裂隙冲洗方法应根据不同的地质条件，通过现场灌浆试验确定。
    （2）冲洗压力：冲洗水压采用80%的灌浆压力，压力超过1MPa时，采用1MPa；冲洗风压采用50%灌浆压力，压力超过0.5MPa，采用0.5MPa。
    （3）裂隙冲洗应冲至回水澄清后10min结束，且总的时间要求，单孔不少于30min，串通孔不少于2h。对回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。
    （4）当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24h时，不得进行裂隙冲洗。
    （5）灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）应立即连续进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h者，应在灌浆前重新进行裂隙冲洗。
     6.2压水试验
    （1）压水试验应在裂隙冲洗后进行，采用"简易压水"、"单点法"及"五点法"进行压水试验。
    （2）简易压水试验应在裂隙冲洗后或结合裂隙冲洗进行。压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，采用1MPa；压水20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。
    （3）固结灌浆的检查孔的数量应不少于灌浆总孔数的5%。
     6.3浆液配比
     灌注纯水泥浆液时，其水灰比一般为1∶1、0.8∶1、0.6（或0.5）∶1三个比级。
     6.4 灌浆压力
     初步确定有外水洞段一序孔为0.5-1.2MPa，二序孔为1.0-2.0Mpa；无外水洞段一序孔为0.5-1.0MPa，二序孔为1.0-1.5Mpa。视现场具体情况及洞壁变形观测结果进行调整。
     采用循环式灌浆，压力表应安装在孔口回浆管路上；采用纯压式灌浆，压力表应安装在孔口进浆管路上。压力指针应小于灌浆压力的20%，摆动幅度做记录。
     6.5 注浆顺序
    (1) 注浆均按环间分序环内加密的原则进行。
    (2)一般情况下，每一个灌浆孔采用全孔一次灌浆；若钻孔遇突然涌水时应停止钻进，作为一个分段长度进行灌浆。
    (3) 灌浆方式宜采用循环式，也可采用纯压式。循环式灌浆的射浆管距孔底不得大于0.5m。
    6.6 浆液变换
     (1) 灌浆时，当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减少；或者吸浆量不变，压力均匀升高时，灌浆工作应持续下去，不得改变水灰比。
     (2) 当某一比级浆液的灌入量已达300L（升）以上，灌注时间已达0.5h。此时灌浆压力及吸浆量均无改变或改变不明显，可加浓一级灌注。
     (3) 当注入量大于30L/min时，可视具体情况越级变浓。
     (4) 当采用最大浓度浆液施灌，注入率很大而不见减少时，可采用间歇灌浆法。
     (5) 灌浆过程中，由于改变浆液水灰比而使灌浆压力突增或吸浆量突减，应立即查明原因，随时调整。
     6.7 闭浆标准
     排气孔出浆后，封闭排气管。在设计压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注60min；或不大于1.0L/min，继续灌注90min；可结束灌浆工作。
     6.8 封孔
    （1）灌浆作业孔和检查孔结束后，应排除孔内稀浆和污物，采用压力灌浆法进行封孔，并将孔口抹平。倒孔和有涌水的孔必须采用压力灌浆法封孔。
    （2）采用机械压浆法封孔，利用原灌浆管灌入水灰比为0.5∶1的浓浆，采用1.0MPa的灌浆压力，当注入率不大于1.0L/min，延续30min停止。
    7注意事项及特殊情况处理
    （1）灌浆工作必须连续进行。若因故中断，必须马上处理，尽早恢复灌浆。如果中断超过30min，则应进行钻孔稀浆（浓度高于水灰比2:1）冲洗；如冲洗无效，则应扫孔。如恢复灌浆后吸浆量急剧减少，且在极短时间内停止吸浆，则该段灌浆应视为不合格。
    （2）灌浆过程中如发现冒浆时，应视具体情况采用嵌缝、表面封堵、加浓浆液、间歇灌浆和降低压力等方法处理。
    （3）当灌浆过程中发生串浆时，应采取下列措施处理：
    1）如被串孔正在钻进，应立即停钻；
    2）如串浆量不大，可于灌浆的同时在被串孔内通入稀浆（浓度高于水灰比2:1），使水泥浆不致充填钻孔；
    3）当串浆量大时，如条件可能，可与被串孔同时施灌，否则串浆孔可用塞子塞住,待灌浆孔灌浆结束后，窜浆孔再行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。
   （4）灌浆过程中，应当每隔一定时间测定浆液比重，灌浆结束时亦应测定浆液比重，并作出记录。
   （5）全孔结束并经检验合格后，及时做好封孔工作。
    8.结语
    TBM施工中豆砾石回填灌浆和固结灌浆，在国际II、III标长达90km的隧洞中得到成功应用，作者提出的施工方法和论点供地下工程技术人员参考和借鉴。