5.2.2.1　灌浆扩散半径

灌浆扩散半径是一定工艺条件下，浆液在地层中扩散程度的数学统计的描述值，是确定灌浆孔排数、孔距和排距布置等的重要参数。一般采用下列公式估算岩石地层中浆液扩散半径：

R=[2Kt(hr)1/2/(βn)]1/2

式中：K为岩石的渗透系数，cm/s；t为注浆所需时间，s；h为注浆压力水头（注入压），cm；r为注浆孔半径，cm；β为浆液黏度与水的黏度之比值；n为土壤的孔隙率。

由于地层的不均匀性，浆液扩散往往是不规则的，浆液扩散半径难以准确计算。一般浆液扩散半径与地层渗透系数、孔隙尺寸、注浆压力、浆液注入能力等因素有关。应该在压水试验的基础上，充分掌握围岩渗透性、浆液黏度等之后，可通过调整灌浆压力、浆液注入能力和极限灌浆时间来调整浆液扩散半径。根据灌浆经验，在较完整的大理岩中，灌浆压力在9MPa左右时，扩散半径可达3m左右。

考虑到各灌浆孔浆液结石有效的搭接，预灌浆工程终孔孔距常取为浆液扩散半径的1.7倍，排距为浆液扩散半径的1.5倍（梅花形布置）进行布孔。

5.2.2.2　先导孔布置

先导孔的孔位布置应根据超前预报资料进行。原则上在岩石较好的地段，只布4～6个先导孔；在相对较差的地段，布置8～12个孔。先导孔同时作为物探测试孔。先导孔的孔深、孔向与预灌浆孔一致。先导孔应采取岩芯，以进行地质分析和评价。必要时可利用先导孔进行物探探测地下水情况。先导孔均为Ⅰ序灌浆孔。先导孔的布置与相关方协商根据具体情况确定。

5.2.2.3　灌浆孔的布置设计

隧洞岩溶涌水主要从溶蚀裂隙或顺断层、管道（溶腔）等部位发生，其串通性在远端较强，但近端不强，如锦屏辅助洞西端A、B线出水，其两洞间的串通性不强，出水部位几乎都不在同一位置。地下水具有流量大、压力高、突发性的特点，出水点的流量从1L/s到大于1000L/s不等。大流量涌水主要以两种情况出现：其一是大的导水网络涌水，此类洞段地下水连通性较强，需要布置较多的超前钻孔；其二是可能存在的岩溶管道、溶蚀裂隙、断层等局部集中涌水，此种情况由于出水构造呈现有限或单一出现的现象，此类情形适合采用针对掌子面进行预灌浆处理。因此，针对不同的出水情况，预灌浆封堵分别采用两类方案：针对第一种情况一般应进行全周边布孔，以形成阻水帷幕，从而达到封堵地下水主通道（导水网络）的目的，称为全断面预灌浆处理；针对第二种情况，应有目的地进行局部布孔（掌子面小范围），重点针对突涌水点进行预灌浆封堵，称为局部预灌浆处理。两种处理方式仅在超前孔布置数量与部位有所侧重外，其钻孔、灌浆工艺等均相同。

（1）全断面超前帷幕灌浆。针对掌子面构造裂隙发育的洞段，进行超前全断面布孔设计。根据设计要求，灌浆后洞边线四周岩盘保护厚度应不小于6m，且每孔灌浆有效影响半径至少为3m。以掌子面前方25m处，孔间距不超过3m的标准来设计钻孔间距，沿洞边线布置3环灌浆孔，每环原则上布置20个灌浆孔（10m洞径，洞径不同时可根据实际情况作适当调整），外环钻孔倾角与洞轴线径向呈约7°夹角，中间环钻孔倾角与洞轴线径向呈约18°夹角，外环钻孔倾角与洞轴线呈23°夹角，原则上每循环控制31m，开挖25m，留6m为下一预灌浆循环的搭接长度。遇岩体特别破碎且来水量很大的洞段，一次灌浆长度取20m（有效开挖长度15m，保护岩盘厚5m）。钻孔布置示意图如图5.2.2-1所示。

图5.2.2-1　钻孔布置示意图

具体设计方案为：(www.daowen.com)

1）当通过先导孔表明洞内涌水量较小，压力低，围岩完整时，孔位按A型沿着洞内净空边线均匀布置，共12孔，孔间距为1.2m，孔深30m。施工时按照先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，逐步加密的方式进行。为了保证取得足够的加固厚度，钻孔倾角与洞轴线径向呈19°夹角，向四周呈放射状布置（图5.2.2-2、图5.2.2-3）。沿洞轴线30m长度内，对整个掌子面全封闭灌浆，形成一个加固环，每环间搭接长度6m。当探明涌水点较少且集中，涌水面积与整个掌子面相比显得较小时，仅对这部分区域进行局部的封闭灌浆。

图5.2.2-2　小涌水量地段预灌浆孔位布置图（A型）

图5.2.2-3　预灌浆孔纵剖面图（A型）

2）当通过先期勘探孔测定涌水流量较大，压力较高，岩性较破碎时，将A型加密为B型。B型钻孔仍然按沿着洞净空边线均匀布置，共设置内外2环孔，内环布置22孔，外环24孔，孔位呈梅花形，每序孔间间距选用0.6m。为了避免出现搭接空档，另外在掌子面四角各布置一个钻孔，其倾角与洞轴线径向成36°夹角。孔位布置如图5.2.2-4、图5.2.2-5所示。施工时按照先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔和Ⅲ序孔，逐步加密的方式进行。

3）钻孔过程中发现岩溶高压涌水，无论钻进到多深，均应停止钻进，及时进行预灌浆封堵处理。

图5.2.2-4　大涌水量地段预灌浆孔位布置图（B型）

（2）局部超前帷幕灌浆。在遇到集中岩溶管道、岩溶裂隙涌水时，应首先施设切断来水通道的灌浆钻孔，该类钻孔根据已掌握的管道、岩溶裂隙结构、走向、分布情况灵活布置灌浆钻孔，钻孔孔向根据实际情况而定。原则上尽可能打穿来水管道及结构面，通过灌浆进行深层封堵。局部封堵钻孔数量不定，少则几个孔，多则几十个孔。钻孔与灌浆同全周边布孔方式相同，其预灌浆处理局部布孔方案如图5.2.2-6所示。

工程初步设计阶段，可通过经验或工程类比确定浆液扩散半径，作出初步的钻孔布置，静灌浆试验或施工前期灌浆效果验证、评估后确定。灌浆试验完成后，一般通过各次序孔压水试验透水率递减率、各次序孔注入率递减率、在搭接位置的检查孔试验等几个方面对灌浆孔排距布置的合理性进行评估，结合经济分析，再对钻孔布置作出合理的调整，确定适当的排数、孔距和排距。

图5.2.2-5　超前灌浆孔纵剖面图（B型）