摘要：某穿江隧道竖井由于开挖施工方法不当及地质条件复杂，发生涌水涌砂导致淹井事故，在大型竖井井架及提升系统安装完毕，吸泥、抓泥设备没有施工场地的情况下，采用地面与井内注浆成功地封堵了涌水通道，固结了涌入井筒内的松散砂，从而保证了淹井事故处理的成功。
1 ^. b B7 U- n& a9 e" g关键词：沉井 涌水 涌砂 粉细砂 分层注浆
1 }! @* j2 U9 u1、工程概况
3 e- Y# i4 y8 W+ j0 s( `: Q6 j; a5 c: K+ w8 C) H! K- j
某越穿长江隧道主要是由南、北两岸竖井和中间隧道组成。其中南岸竖井深35.50m，北岸竖井深67.55m，穿越隧道长约2700m。竖井上部采用沉井法施工，下部采用矿山法施工，竖井间穿越隧道北段采用矿山法，南段采用盾构法施工。
2、淹井原因分析
# `% M" P: N1 N* l' ~ x% A
1 z+ S, p S3 h) S 淹井事故发生在北岸竖井，该竖井主要穿越的地层自上而下依次为：粉质粘土，粉砂，细砂角砾，全、强风化带、中风化带及微风化带绿泥石质板岩，地下水水位高,埋深仅1.7m；沉井设计进入基岩2.0m，由于地质误差及设计自重不够，采取多种措施后仍未沉入基岩，刃脚落在距基岩0.3m的细砂夹角砾层中，即采用水下砼封底，帷幕注浆通过。注浆完成后，由于施工方法不当，开挖过程中刃脚下发生涌水、涌砂，造成淹井事故，涌砂高度15m，涌水深度16.7m，合计高度31.7m（见图1）。
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5 D9 X) F8 b4 i$ k. \" q# R; _
图1 沉井淹井及地层结构示意图
3、处理方案 9 Q' S' t' v8 l% k; q
: O! C: G: C* ~
先在地表进行深孔注浆，填充由于涌砂造成的地层空隙封堵地下水补给通道，然后进行井内抽水，在井内打设注浆花管进行注浆开挖，注浆及开挖共分三次进行，具体见施工步骤流程图：
" W7 \4 ^, d f1 }+ \ i# @
2 K" r E0 B% p" f2 E3 P7 I该处理方案的关键是地表深孔注浆与井内挤压固结注浆。
% v! s+ W; K" Z7 l. u; v
4、注浆设计( ` {# t/ _" R
4.1 注浆参数
4 A3 I! M' c1 } 根据工程地质及水文地质情况，给合工程类比，确定注浆参数如表1所示：
" _7 m N! c" i
表1 竖井内及地表注浆参数
5 u6 p% @0 W# {9 a( m/ b$ u
参数名称
) T, p( |# T+ a1 z9 y4 T4 X9 N
地表
6 N2 h+ L. i% c# b: i/ X$ [井内
) J3 p4 E7 I6 m3 Y" c2 g扩散半径（m）
8 }* P; _; I7 z
0.75～1.5m
' Z0 J2 v( E5 f$ d- R
0.75m
. _$ s- ^ ?7 _1 j6 {8 O& F1 \6 K: _
注浆终压（MPa）
' t9 L& y: |+ }1 M- f2.0 Mpa
" t/ y4 q1 p+ P2 l! o# g
1.0～1.2Mpa
2 `, c4 l, B5 s% B$ R3 A7 f" x
加固范围（m）
0 a8 W! r d3 d/ s
井壁外2.0m
, O+ X0 k4 s: v) O
井壁内1.5m
5 T, b( e' H" e. L9 [双液浆凝胶时间（sec）
: M) |5 ^/ K! a% }5 ]& R1 s
45～60
* |: Q9 Y* G/ {8 {30～120
8 W+ i; ]# {: Q) V3 O- f4 A; c) I$ L. U2 u注浆速度（l/min）
1 y! c/ @$ i' U# F1 P30～70
; Z0 v/ ~- s( ~* ^: w& @$ H! v h20～50
& x3 h% t* l8 H$ @- Z5 t/ @7 ]
注浆方式
; x$ R/ X U' i! H( N' _
一次性孔口注浆
; r- {: s) H" v1 Q# i一次性花孔注浆
* D0 L# @& l* i; J& N单孔注浆量（m3）
( { y) {0 e" g: t: T6 U3 i
10(孔隙率按30%计算)
% t7 @; g* _; g ?$ H1.8
1 U4 ?) U g5 Z) e- @/ q
4.2 注浆孔布设
: {' q) p0 v- g. c5 a7 [
地表及沉井内注浆孔位布置如图2～图4所示。
+ K5 U6 F8 L& l$ P6 N' Z6 D
& Q% W" K) }) Z$ ~( B$ m
) g r# o7 T2 o7 F3 |: s
+ ~ ^1 d( ^- t1 R% a/ s0 y. K 1-1 截面
( ]& b1 l; w$ E9 G$ g/ l& B7 L, J
图2 地表深孔及竖井内第一循环注浆孔布置图
f% M5 |2 _5 f ]2 \& @9 ?: R
& V# j. F6 k- y' U+ f% F) t" F" S
8 {8 e1 s" @9 T$ d- J
图3 竖井内第二循环注浆孔位布置剖面图
4 ~1 y7 X2 Z# x6 K
7 ~. o, Y" p P+ ^* f+ ^7 P
0 K9 q& [/ j& I$ B) _6 F) a2 X
图4 竖井第三循环注浆孔布置图4.3 注浆材料
+ E% d3 _; Y7 w 注浆材料采用普通水泥浆、普通水泥—水玻璃双液浆，超细水泥浆，超细水泥—水玻璃双液浆，从而达到细砂层均匀扩散固结，可控域注浆和快速施工目的。
, g2 b: Y# A: z+ l" o, n （1）原材料
7 o; L& I8 W( `: R1 ] n 水泥：PO32.5R普通硅酸盐水泥，
( d7 J4 i( c# E4 \5 E9 K
超细水泥：粒径20μm、标号32.5R ，
; K1 L, {# `5 g& f# S/ b' S 水玻璃：模数2.4～3.0，浓度42Be′，
* C! g/ a' ~" u. V' P! F5 K （2）浆液配比
& l3 U$ G6 J& k S- f3 j 普通水泥浆：水灰比1:1；
6 |! n" V, U2 K; k1 s: d' C6 N
超细水泥单液浆：水灰比2:1～1.5:1；
5 D% ?' y0 I& N0 _4 X6 A" {
水泥—水玻璃双液浆：水泥浆水灰比1:1，水玻璃浓度30～35Be′，水泥—水玻璃浆液体积比1:1～1:0.3。
* X7 ^: q5 d( \' k' ^! h
超细水泥—水玻璃双液浆：超细水泥浆水灰比2:1，水玻璃浓度30～35Be′，水泥—水玻璃浆液体积比1:1～1:0.5。
! Y) o* \' s& ~% w2 k5、注浆施工
, ]; g3 G5 V$ u! {3 T+ t- E: ^5.1 注浆施工工艺流程
4 K8 q0 L' b# a9 s/ ]
注浆施工工艺流程如图5所示
/ C& a3 Z% L; E2 Y8 H/ u5 c! f8 e5 J
, ^/ b5 [6 z0 j2 }图5 注浆施工工艺流程图5.2 施工准备
/ C4 A9 x; t! w% R) {$ f
（1）注浆站布置：井内因场地狭小，将注浆泵、搅拌机等设备布置在地面，大部分注浆人员在地面操作，以减少井下钻孔和注浆相互干扰，提高工作效率。
: S" U. }* n9 m0 C& c0 a s6 N
（2）封闭工作面：砂层表面用C20砼封闭30cm，并对工作面上的裂隙进行封堵，以免浆液从裂隙泄漏。
4 @: Z4 X* M* _+ W3 g) ?
（3）根据预计的注浆量，检查注浆材料数量能否满足连续注浆要求，如不能保证连续注浆要求，则要等补足数量后才能注浆。5.3 注浆钻孔及注浆管安设
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（1）注浆管加工如图6所示：
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! Z* K8 f9 l# U2 c+ X/ t0 o; O1 p& n - ^5 g/ F+ y u8 w8 L
图6 注浆花管加工示意图
. r8 a' J) \$ X# @) Z' L: ^ （2）地表注浆管安装
% B9 y u9 s1 d- i8 `, @6 u1 G
竖井地表注浆钻孔属于深孔注浆，须采用轻型地质钻机钻孔，垂直向下钻孔，开孔直径φ55。然后在注浆管末段用棉纱缠成纺锤形，用钻机将注浆管旋转顶入注浆孔中，边顶入边焊接至设计深度，然后用速凝水泥砂浆抹平孔口。
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（3）井内注浆管安装
; ], t) x3 d& L
注浆管末段用棉纱缠成纺锤形，用风镐或重力撞击将注浆花管顶入注浆孔中，然后用速凝水泥砂浆抹平孔口。
S8 S0 T/ {& S* o; v! x, t
（4）安装止浆阀
, C0 a# {) ~ B/ x8 ^* h8 ^& T3 N 在止浆阀是通过同直径的球阀跟注浆管连接或加工变径接头跟球阀、注浆管相连接。5.4 压水试验
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注浆管安设完毕后，要对钻孔进行压水检查，压水试验压力一般为设计注浆压力的1.2倍。以检查各注浆机具的密封性和完好性，判断空隙率，调整注浆参数。5.5 注浆
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（1）地表注浆先注涌水侧，以单液水泥浆为主，双液浆为辅；井内沿直径方向两个孔同时钻孔注浆，以双液浆为主。作好注浆记录，将每个孔的注浆时间、注浆压力、注浆量详细记录下来。
7 g7 W4 {5 E0 h) |1 c( P （2）注浆压力的控制
; {6 s7 G2 G6 w5 e' h
时刻观察注浆压力的变化，当压力达到设计值并延时10min后，关闭进浆阀开泄浆阀减压，结束注浆。
, F3 m4 @0 k7 b5 ^
（3）注浆泵流量的控制
- k! L# f% M9 d' ~# y6 A) _ 注浆泵初始流量通过调整注浆泵的运行速度来控制。
+ ~% K- D8 F, P1 C
（4）凝胶时间的控制
- [. R( i0 X: \. p; E b 通过变换水泥浆浓度，可以调整双液浆的凝胶时间，为保证胶凝时间的准确，须经常对浆液浓度、流量进行测试，同时在泄浆口测定混合后双液浆的凝胶时间，避免异常情况发生。5.6 效果检查分析
Z& X. H+ K. v) s
对注浆效果的分析评价采取了以下三种方法。
, `' `4 ?+ V. U （1）分析法
; h w7 Y @6 o3 C 注浆结束后，汇总各孔注浆量，通过对地层填充率的反算分析，地层中空隙中浆液的填充率达92%，。
) r; ^* G1 j2 a, z
（2）钻检查孔法
# T4 Q2 H: [% d* m9 T 检查孔出水量0.1 l/min·m，小于设计值：0.2l/min·m。
# p, b: P4 Z% w: S# G4 g （3）压水试验法
( w+ i# j$ d5 Q 对检查孔进行注水试验，在P=1MPa时，地层吸水量1.2l/min·m，小于设计值2～5l/min·m。井筒外注浆后，抽干井筒内涌水时，并无水继续涌出，井内注浆开挖时，亦无涌水涌砂现象，注浆达到了预期的效果。5.7 注浆质量保证措施
4 O. q. j; M0 r! H) S+ d& }, s
（1）注浆过程中对附近范围内的地表进行沉降隆起监控量测，随时调整注浆参数防止沉井开裂及地表隆沉影响井架使用安全。
8 s6 J2 t+ G! U" N Y9 L! h （2）确保钻孔深度和角度，做好钻孔记录，为保证注浆效果奠定基础；
* L: K- w o8 `, n! [* R% M4 Q
（3）严格按照技术交底作业，按照注浆工艺流程施工，做好注浆记录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，确保注浆质量。
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（4）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。
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（5）注双液浆时，注浆压力突然升高，应停止水玻璃注浆泵，只注入水泥浆或清水，待泵压恢复正常时，再进行双液注浆。
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（6）当进浆量很大，压力长时间不升高，则应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的时间，以便凝胶；有时也可以间歇注浆，但停注时间不能超过浆液凝胶时间；当需停止时间较长，则先停水玻璃泵，再停水泥浆泵，使水泥浆冲出管路，防止堵管。
8 ?: S2 W$ A' ]+ w! U$ C （7）当发生跑浆时，则应缩短浆液的凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液快速凝固，堵塞裂隙。
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6、开挖施工
) E! v. C3 q5 x8 U; {& c5 p6.1 井筒内开挖
+ m x2 G3 R! Q, z y0 O4 M 井筒内由人工开挖，经吊桶提升至地面。开挖时先挖中间，再挖周边，使开挖面成锅底形，使少量水汇积于锅底，以方便施工。在第二次封底及井底注浆完成后，向下打4根5m长的探水管进行探水，渗水量较小，向下开挖3.5m。6.2 井底开挖
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在涌水涌砂前，井底东南侧已完成立拱喷砼（进入基岩），西北侧也已开挖完成未支护。在进行井底开挖时，将西北侧分为三部分，每部分立一节钢架，同时将前三榀格栅架间距由原来的0.5m变为0.25m。每部分开挖后，立即挂钢筋网并进行初喷，初喷完成后立即架设钢架并复喷至设计厚度。开挖顺序见下图7。进入基岩后，按设计0.75m/榀架设。
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图7 西北侧开挖支护顺序图6.3 开挖注意事项
7 S- ?- [# J$ Z$ V( ?! I 开挖前在井底准备了若干砂袋和排水设施，一旦发生涌水、涌砂，及时用砂袋封挡，并及时抽排水。
0 {8 u( }$ n$ R 开挖严格分层分块，井底开挖严禁放炮，应用风镐或静态膨胀预裂爆破，快速开挖，并及时素喷5cm厚C20砼，再安装好拱架，迅速喷浆至设计厚度。
7、结束语
; N' @( ]4 e/ H8 \6 } N 实践证明：在其他施工条件不允许的情况下，采用注浆技术处理涌水、涌砂淹井事故是有效可行的。其不仅投入设备小、少，还能节约造价，缩短处理工期，达到事半功倍的效果，为今后类似工程提供借鉴。
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参考文献2 |; s; f5 X1 q% I9 l) g2 w
1. 崔云龙.简明建井工程手册.北京：煤炭工业出版社，2003
* B! v# b2 {# D- Q& Q: Q
2. 杜嘉鸿等.地下建筑注浆工程简明手册.北京.科学出版社，1992
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3. 程骁.张凤祥.土建注浆与施工与效果检测.上海.同济大学出版社，1998
