1)按位置:表面灌漿和孔內灌漿。
2)根據灌漿材料:水泥漿、化學漿或單漿、雙漿。
3)按註漿時間分:預註漿和後註漿。
4)根據註漿目的:圍巖加固、堵水、堵泥。
據不完全統計，南嶺隧道灌漿工作量見表10-3。
表10-3南嶺隧道鉆孔及註漿工程量統計表
(1)灌漿方案選擇
註漿方案的選擇是指選擇垂直地表鉆註方式和水平導孔鉆註方案，應根據隧道和施工條件確定。壹般情況下，當含水層較厚且接近地表時，或者含水層較薄且有多層時；當隧道為淺埋隧道時，鉆孔和註漿可與導洞平行進行，以加快施工進度；當突水層容易被地面鉆孔看到時，宜采用垂直地面鉆孔註水。反之，含水層薄但深，或者含水層多，但相隔較遠，中間有隔水層；當隧道為深埋隧道，鉆孔工作量過大，鉆孔時不易看到突水層時，宜采用導洞進行水平鉆孔註漿。
南嶺隧道下蓮溪和潮汐嶺為巖溶發育地層。湧水湧泥時間長，量大，產生了很多坑，可能還有壹些隱藏的坑。地表和洞穴中有許多網狀和串珠狀巖溶通道。因此，地層已被嚴重擾動，單壹的地面鉆註或井內鉆註無法達到堵水效果，兩者結合更好。
1)地表鉆註比孔內鉆註超前壹步，可以加快施工進度，填補裂縫，加固地層，封堵大型突水通道，提高孔內鉆註效果。
2)巖溶地層裂隙發育不規則，地表鉆孔往往難以看到裂隙地層，需要結合孔內鉆註方法，提高鉆註質量。
3)地面鉆註條件好，速度快；隧道內鉆註工作面小，幹擾大，施工條件差，影響和占用開挖時間。
4)地表與孔間註漿量不大，難以準確判斷各種註漿方式的效益。如果有任何結果，那是由於兩種灌漿方法的結合。但是，隧道內註漿的效果要比地表註漿的效果好。
5)當地面鉆註能控制和封堵裂縫，且鉆20 ~ 30°斜孔能看到裂縫層時，應先采用地面鉆註，否則應先采用孔內鉆註或兩者結合使用。
(2)灌漿方法和斷面高度
灌漿段高度是指壹次灌漿的長度，其方法分為全段壹次灌漿和分段壹次灌漿兩種。全斷面壹次灌漿是將灌漿孔鉆到底進行壹次灌漿。分段灌漿分為分段向下(自上而下)灌漿和分段向上(自下而上)灌漿。
為了節省地表鉆孔和灌漿的投資，地質鉆孔也是灌漿孔，而且為了避免施工幹擾，灌漿只能在地質鉆孔鉆完全後進行，給施工帶來很大困難，不得不壹次性采用全斷面灌漿。灌漿時，孔口非常容易漏漿，漿液達不到毛細孔的有效範圍，所以註入壹個孔會造成周圍相鄰孔漏漿並固結。如壹期註入潮波工程12#孔周圍有11孔；地質鉆孔直徑多次變化且較小，不能滿足灌漿要求；套管埋深不夠，僅滿足地質孔要求，作為灌漿孔不夠；施工中采取的措施是將全斷面壹次性灌漿改為分段灌漿，根據裂縫的標高可分別采用向下灌漿或向上灌漿，並采用多次洗孔的灌漿方法，直至達到最終成孔標準。為改進註漿工藝，嚴格控制註漿範圍，采取的方法有:①將不合格的孔口管重新埋至完整灰巖以下2m。(2)註意漿液配比，及時壓註雙液。(3)在鋼花管下控制灌漿範圍。(4)加強註漿信息的反饋測試。⑤采用多孔同步註漿等新技術。在極其復雜的地質和不利的施工條件下，通過采取上述措施，灌漿質量滿足了設計要求。在鉆孔附近，即隧道附近6m的有效範圍內，對裂縫進行了加固，對隧道凈空以上與隧道相連的裂縫進行了封堵加固，在表面形成了灌漿層的硬殼，以利於施工方案在隧道內的實施。通過多次鉆孔和註漿，註漿壓力由0 → (0.5 ~ 0.7) MPa變為(1 ~ 2.5) MPa。根據洗井取樣，溶洞內部分巖芯為普通水泥-水玻璃漿塊或漿泥混合塊。潮溝灌漿擴散由南向北。
隧道內註漿段高度的選擇可參考國內經驗數據。在極破碎巖層中，註漿段高度壹般為5 ~ 10m，破碎巖層為10 ~ 15m，破碎巖層為15 ~ 30m，重復註漿30 ~ 50m。南嶺隧道采用多孔重復鉆註法，鉆機性能決定註漿段高度為30 ~ 40 m。
壹般情況下，灌漿方法應該是預灌漿，以防止出現問題。如果發生湧水突泥，鉆孔註漿的後註漿方式成本高，幹擾大，工期長，不如預註漿見效快，效果好。
(3)鉆孔布置和鉆孔機械
註漿孔的數量布置對註漿效果、鉆孔和註漿周期及成本有很大影響。灌漿孔的數量與巖石裂隙的大小和發育程度、導洞和隧道的斷面、鉆孔和註漿機械的性能、漿液的種類等因素有關。
根據灌漿機理，滲透灌漿不能在粘土中進行。如果采用滲流灌漿，粘土中孔隙間距遠小於粗砂層中1.5 m的間距。施工中根據經驗布孔，不采用滲透灌漿原理，而是采用破碎劈裂原理。
地表布孔原則:①兩排鉆孔呈梅花形布置，間距10m，距隧道中心線左右各7 m。巖溶發育的隧道可增設孔洞，以形成帷幕。②根據鉆孔資料、孔內水平鉆孔資料及相關施工資料，適當移動鉆孔位置，增減孔數。(3)本工程壹般設計為垂直鉆孔，遇到巖溶的概率較小。最好安排斜向鉆孔，增加暴露裂縫的概率。
巖溶地層是典型的非均質地層，與均質地層的鉆註設計和施工有很大不同。施工中遵循以下原則:①大部分鉆孔的終止位置在隧道輪廓線外2m以上。(2)終孔間距約5m，沿隧道輪廓形成封閉帷幕。導洞中部孔洞稀疏，主要用於獲取地質資料和註漿。(3)鉆孔應分布在探明的突水位置。如鉆孔突水，及時註漿堵水。(4)對於由薄粘土充填的溶洞地層，采用近孔鉆孔註漿的方法將孔內泥漿排出。⑤孔洞應先疏後密，先外後內。壹般在導洞四角各鉆壹個孔，中間鉆壹個孔，根據具體情況再鉆附加孔。先在壹般裂隙地層鉆孔，再集中在大型裂隙和溶洞。
根據鐵路隧道施工的特點，要求鉆機體積小、重量輕、鉆進速度快。本項目有兩種鉆機。壹種地質鉆機:XY-2、XY-2B和XU300A-D適用於灌漿和管棚鉆孔，可取巖芯。100A-D應用於導坑和水勘探以提取巖芯。二級YG-80和YGZ-100重型氣動鑿巖機。後者更好，配備液壓氣動支撐。鉆探技術改進後，可以鉆下角孔，從溶洞取心。地質鉆孔子類的進尺約為2 m，氣動鉆孔子類的進尺為5 ~ 1m..南嶺隧道出口鉆探機械見表10-4。
表10-4南嶺隧道出口鉆探機械表
(4)灌漿材料及比例
灌漿材料主要包括水泥、水玻璃和化學灌漿。灌漿材料應選用適合南嶺隧道的灌漿設備，並能註入巖溶。其中固化了封堵湧水通道、加強溶隙流動的各種塑性粘土。由於巖溶灌漿采用破碎劈裂的方法代替滲透灌漿，對灌漿材料、粘度、粒度的要求不再像靜壓滲透灌漿那樣嚴格。
本工程以水泥漿為基礎漿，需要新拌普通矽酸鹽32.5 R水泥，礦渣水泥不適合。
采用水泥-水玻璃雙液灌漿時，雙液的配合比主要采用經驗法確定，施工時應適當調整實驗室配合比試驗得到的初凝時間和抗壓強度。本工程泥漿水灰比控制在0.65 ∶ 1 ~ 1 ∶ 1。壹般首尾匹配比例為0.8 ∶ 1 ~ 1 ∶ 1。中等範圍內灌漿量較大時，水灰比為0.8 ∶ 1 ~ 0.65 ∶ 1。水泥漿與水玻璃配比的泵量控制。
為了改善水泥漿的性能和在流塑泥漿中的灌漿效果，可以適當添加壹些化學材料。其作用:①快速設置。②發育遲緩。③增強。(4)增加漿料的可加工性並改善漿料的可註射性。⑤促進粘土顆粒的崩解，以利於泥漿的脈動運動，固結土壤。⑥節省材料和投資。⑦選擇經濟效益和性能最佳的配合比。
(5)灌漿設備和灌漿工藝
南嶺隧道出口灌漿設備見表10-5。
表10-5南嶺隧道出口灌漿設備表
BW250泥漿泵替代灌漿泵，是壹種性能良好的臥式三缸往復單作用塞式註入泵。性能見表10-6。
表10-6 BW250泥漿泵性能表
攪拌機為臥式，攪拌均勻，間隙小，特別適合孔內灌漿。
單液註漿工藝簡單，而普通水泥-水玻璃雙液漿液要求漿液能按照預定的擴散距離準確凝固，其工藝嚴格。與單漿灌漿相比，普通水泥-水玻璃雙漿灌漿工藝更為復雜，只需壹套設備和管道，其主要特點如下。
1)使用兩臺型號相同的灌漿泵(換成泥漿泵)，或兩臺型號不同的泥漿泵，或壹臺能同時輸送CS的雙液泵。
2)兩種漿液在孔或孔口混合，采用立式球閥混合器或帶孔口混合的三通旋塞。
3)泥漿泵應為泵容量和壓力可調的泵，雙液泵也應為泵容量和壓力可調的泵。
4)采用混合灌漿時，漿液不得在灌漿設備和管道內凝固，影響正常工作。
5)灌漿設施應滿足最大吸漿量和最大壓力的要求，並提供備件。
6)攪拌機在孔口處，泵要靠近工作面，輸漿管盡量短。
南嶺隧道掌子面註漿。由於工作面狹窄，水泥拆包和攪拌粉塵飛揚，如果風機粉塵較厚，員工工作條件惡劣，溫度高，用梭式礦車將灌漿材料從孔內運到孔外。壹旦運輸失敗，灌漿材料無法供應，對灌漿質量影響很大。對此，充分利用淺埋隧道的特點，六個通風(？35~?60cm)大孔，並利用大孔輸送泥漿。將攪拌站固定在通風孔的表面。
1)開挖工作室，雙線導洞尺寸3.2 m×3.5 m，長度不小於10m，工作面破碎或已湧水湧泥，按設計澆築止水墻。
2)在地表通風孔處安裝攪拌站，並在通風孔的孔內安裝兩種輸漿管。同時在洞內設置兩種儲漿罐，設置工作平臺，安裝鉆註機械。
3)開洞埋入基巖2 m，用普通水泥-水玻璃漿液埋？127mm還是？150mm孔板管道(帶法蘭)。
4)4)24h後，可開始鉆孔:①無大裂縫，可鉆至設計孔深；(2)如遇大裂縫，應停止鉆孔進行灌漿；(3)遇有承壓水或塑性泥漿鉆進時，應組織人力，千方百計安裝閘閥，並關閉，做好灌漿準備。
5)安裝灌漿管道、雙液混合器和三通旋塞。註水試驗合格後，方可進行灌漿。水泥漿應在孔內儲漿池中進行第二次攪拌，待灌漿達到規定標準時，即可成孔。
6)繼續洗孔或開新孔，然後按上述條件進行灌漿，直至完成所有設計鉆孔。
7)鉆檢查孔，根據灌漿資料和檢查孔巖芯情況判斷灌漿質量，符合設計要求後，即可撤除鉆註機械，爆破掘進；如達不到要求，可適當補孔、註。
(6)灌漿參數和質量檢驗
灌漿參數包括:漿液擴散半徑、灌漿壓力、漿液濃度、漿液註入量、灌漿結束標準等。
目前，非均質巖溶註漿參數較少。根據多輪鉆孔經驗並參考相關資料，灌漿參數規定如下。
1)漿液擴散半徑。漿液擴散半徑表示漿液的有效範圍。根據巖溶地區普通水泥水玻璃雙液漿註漿破碎劈裂有效範圍的經驗值，孔距為4 ~ 6 m，選取5m。遇到全灰巖時時間間隔可加大，遇到大裂縫、溶洞斷層時應減小距離或加大孔洞。
2)灌漿壓力。灌漿壓力是使漿液擴散、填充和密實所需的壓力。與隧道掌子面靜水壓力、突水動水壓力、巖溶裂隙的粗糙度、溶洞是否充滿及其大小、位置、過流斷面的大小、充填物的成分、含水量、漿液的粘度、粒度、膠凝時間等有關。灌漿壓力的經驗公式:
表面灌漿壓力機類型:
地下工程灌漿技術
式中:p為灌漿壓力(MPa)；h是從孔位到靜水位的高度(m)。
鉆孔灌漿壓力類型:
地下工程灌漿技術
式中:k為洞內修正系數，動水突泥系數取1.2 ~ 2.0。
灌漿壓力與裂縫寬度有關，如圖10-15所示。本工程地面灌漿壓力為1.5MPa，孔內灌漿壓力為3 ~ 4 MPa。灌漿段最終施工可達6MPa，單孔瞬間可達10MPa。
圖10-15灌漿壓力與裂縫寬度關系曲線
3)漿液濃度。水泥漿濃度是指矽酸鈉的濃度，水泥漿和矽酸鈉的配比壹般不變。如果要改變水泥漿的參數，壹般要改變水泥漿的濃度。巖溶裂隙越大，灌漿越厚。在每孔灌漿過程中，漿液由稀到稀逐漸變稠，在終孔前，漿液濃度可參照經驗公式選取，並根據巖層吸水公式計算:
地下工程灌漿技術
式中:Q為每米水壓作用下，單位時間內每米鉆孔的吸水量(L/(min·m·m))；h是試驗中使用的壓力(壓頭高度，m)；h是測試孔的長度(m)。
在巖溶發育的石灰巖地層灌漿時，漿液濃度可采用表10-7中的數據。
表10-7漿液濃度選擇表
4)灌漿。根據擴散半徑和巖溶裂隙率，可用下列公式計算。
地下工程灌漿技術
式中:q為灌漿量(m3)；r是擴散半徑(m)；h為灌漿長度(m)；n為地層破裂程度或孔隙度，壹般取1% ~ 5%；α為漿液的充填率，根據不同地層壹般為0.3 ~ 0.9；β為泥漿損失率，為0.1 ~ 0.3。
5)灌漿結束標準。可以從三個方面來掌握。第壹，由於難以準確確定地層的巖溶範圍和計算總註漿量，註漿量不能在註漿結束時控制，而應由設計註漿壓力的最終值控制。應根據客觀條件的變化，選擇合理的上、下限值，以滿足防治突水突泥的要求。其次，每個灌漿段要分次灌漿，以滿足質量要求，每個灌漿段由多個孔組成。最後壹個孔灌漿時，壓力應大於規定值。達到終值時，表面灌漿應穩定半小時，孔內灌漿應穩定2小時。第三，規定導坑突水為終止標準，礦井、煤礦為65438+100m3/h，南嶺隧道為20m3/h。
6)灌漿質量的檢查。施工中應詳細記錄，資料齊全。經過認真整理和分析，可以作為判斷和評價灌漿質量的重要依據。
用檢查孔檢查鉆孔情況、巖心成分和註漿體，用洞穴泥漿固結抗壓強度評價溶解和流動塑性泥漿的註漿質量。
采用多種測試方法測量工作面註漿後的突水情況。如果湧水量小於規定值，則質量符合要求。
灌漿質量也可從灌漿段的開挖情況直接檢驗。
7)泥漿突出控制。南嶺隧道DK 1935+696 ~+745長55 m，為全隧道地質復雜程度最高。該段巖溶極為發育。溶洞距地表高達87米，水平長85米，傾角45°，斜向隧道。穿越長度約為50m。溶洞多為流塑、軟塑黃粘土充填，其形態有:①隧道左側巖溶規模大，形態復雜，延伸至隧道底部；隧道右側巖溶由大到小逐漸消失；②dk 1935+685 ~+745洞穴標高由高到低，從隧道拱頂以上延伸至隧道底部以下；(3)溶洞的主通道為管道型，溶洞的橫向寬度較大。
6月1980，11，下行至DK 1935+745處，湧水湧泥165 m。前85 m的導洞充滿淤泥。部分充填80m後，總突泥量約為3550m3。突泥兩天後，隧道斜上方地表出現壹個大坑，命名為24號坑。坑中心距導坑開挖面約85 m，塌陷面積1297 m2，呈盆狀，最大下沈3 m，最大裂縫寬度1.2 m..
經過慎重研究，決定采用鉆孔註漿法。總鉆註工期為1984年8月6日至65438+10月10，扣除暴雨水毀停工半個月，材料短缺影響壹個月，純鉆註時間為26天。鉆孔位置如圖10-16所示。
圖10-16灌漿鉆孔位置
0 ~ 3號為勘探孔，7號、8號和3號為勘探孔。13為灌漿孔，編號J1 ~ J11為勘探孔，使用* * 759.4 t水泥和80.85t水玻璃。其中13註入10次，工作壓力達到1.6MPa，水泥317.15 t，水玻璃21 t，孔深8.47 m，距孔底較遠。8號孔兩次灌漿，工作壓力1.8MPa，水泥38.5 t，水玻璃4.35 t，孔深18 m，未完成成孔。7號孔進行了7次灌漿，工作壓力2.5MPa，使用水泥99 t，水玻璃8.25 t，孔深達到設計要求。其余11檢查孔主要為地質勘探，檢查3個灌漿孔情況。成孔需向勘探孔內註入1 ~ 2倍漿液，註漿壓力2 ~ 2.5 MPa。
10月26日，1984 165438+DK 1935+745導坑爆破6分鐘後，導坑底板被泥漿沖開，泥漿猛烈噴出，海浪聲回蕩，隨後是機器和鋼排架連續的傾覆聲，所有作業人員安全撤離危險區。拍攝16分鐘後，地表24號坑傳來鉆機下沈聲和水聲，隨後突然下沈，最深處15.69 m，面積約1587 m2，預計土石方下沈約5467 m3。突泥淹沒隧道長度177 m，突泥量約8000m3。如圖10-17所示。
1)施工方案。DK 1935+660已下沈6000立方米，松土20000立方米。
(1) DK1935+660洞口地層加固:對洞口松散土體進行註漿，埋設鋼導管，安裝鋼筋砂漿錨桿，對坍塌體進行加固，使之形成壹個整體。
②dk 1935+705巖溶管道在隧道上方，斷面較小，高、寬約15 m，斷面約200m2。此處設置鉆孔註漿垂直墻，防止充填物從溶洞上方滑落。具體做法是註漿加固土體，設置鋼管鋼筋籠CS漿液錨桿，增加抗滑能力。
(3) DK1935+705隧道在洞頂上方設置工作室，對+705以南的土體進行二次灌漿，設置四排16鋼管鋼筋籠CS漿錨樁。鋼管應插入基巖2 m，形成橫向鋼管棚防滲墻，封堵巖溶管道的泥漿流道。
④ DK1935+705下導及+745上半段高壓註漿加固洞體內塑性粘土。
圖10-17 dk 1935+745突泥及地表坑示意圖。
⑤ ⑤DK1935 +745向北打拱管棚，DK1935 +705向南打左墻管棚，順利通過洞身溶洞，向管內註入環氧樹脂化學漿液。
灌漿施工方案如圖10-18所示。
圖10-18 dk 1935+745防治突泥方案示意圖。
2)施工步驟。施工中根據地質條件和灌漿質量，為了縮短工期，降低成本，對設計進行了部分變更。
①24號坑口改造:坑口線右側設壹排鉆孔，間距2 m，孔內設？108mm~？127mm鋼套管，溶洞部分為花管，管內還加有？16mm~？兩根24mm鋼筋組成鋼管、鋼筋、CS泥漿的柱墻，堵住了突泥的主要通道，有足夠的強度防止塌體突泥入孔。在喇叭口薄弱環節，可適當增設1 ~ 2排孔進行加固，同時由於漿液的擴散，使松散的崩滑體得以固結。漿液擴散半徑為4 ~ 5 m，工作壓力滿足要求。從取樣來看，對於松散松軟的泥質頁巖和軟粘土，灌漿水泥強度更高，灌漿質量好，工期縮短壹半。
(2)為管棚施工創造了有利條件:原設計長管棚為40m，短管棚改為20 ~ 25 m。拱管棚的洞是壹次性鉆好的，而且鉆的很順利。開挖段無鉆孔侵入，末端無橫交、立交等現象。管棚基本上是平的、光滑的和直的。拱部管棚數量取消壹半，原設計55片1460.2 m改為28片602.8 m，節省投資20萬元。