隧洞開挖過程中阻水灌漿的施工方法

□程文旭（遼寧省東水西調工程建設局）

1 工程概況

某隧洞工程在支洞開挖掘進過程中，遇到地下水豐富、地質較復雜的地質段，該出水點位于掌子面右下角，呈上升泉狀涌出。出水點外側距掌子面約1.5m左右處有一條順層小斷層（或順層錯動帶），走向與洞軸線斜交，傾角＞75°，斷層帶內發育灰白色斷層泥，厚10 cm左右，斷層面傾向洞外，斷層下盤掌子面一帶及出水點附近節理發育。掌子面以外揭露巖性為白云質灰巖，互層狀結構，巖石硬度一般，未見溶孔、溶蝕裂隙等溶蝕現象，節理破碎，沿層理面多夾泥。

根據洞室開挖揭露的巖性及結構面特征，結合出水點周邊巖層及構造特征、完整性等分析，掌子面右下角出水點屬裂隙涌水，且涌水量隨時間推移不見減少，所以采取阻水灌漿方案，以便進一步施工。

2 選擇灌漿方法

隧洞開挖過程中掌子面鉆孔出現漏水，呈柱狀射流狀，噴射距離約4～5m，為了防止隨后的開挖過程中再發生涌水情況，根據現場查勘綜合研究，擬采取先阻水灌漿再向前局部深孔超前預注漿的施工方案。

該方法可以改善洞室圍巖結構，提高洞室圍巖的整體性和自承能力、降低初期支護成本、提高初期支護效果，并利用HSC水泥漿液充填并膠結圍巖中的裂隙，提高洞室圍巖的整體性和抗滲性，為掘進工作面安全、快速向前推進創造有利條件。施工過程中結合爆破循環鉆孔布設超前勘探孔（頂拱1個，兩側墻各2個，孔深6 m）的鉆進，查看掌子面前方是否存在富水地層，對超前勘探孔出水部位進行局部超前預注漿止水，灌漿結束待漿液凝固后，再進行下一循環鉆爆施工。

3 超前阻水灌漿施工

3.1 鉆孔

3.1.1 鉆孔布置

超前預注漿孔孔位布設根據掌子面掘進過程中超前循環勘探孔出水情況，在出水部位附近50～100cm單環布置灌漿孔，環間距為1.0 m，最外環距洞壁開挖邊線為40 cm，最外環底孔距隧洞底部開挖邊線為60cm，鉆孔深度15～20m。洞壁和洞頂部位周邊孔與隧洞走向成5°外傾角，洞底部位底孔為向下傾斜5°外傾角。

3.1.2 鉆孔要求

鉆孔孔位與設計孔位的偏差≤10cm，鉆進過程中如發現鉆孔偏斜應及時糾正。因故變更孔位時，應征得現場監理工程師批準，對實際孔位應有記錄。對鉆孔過程中的異常情況（掉鉆、涌水、涌砂等）進行記錄分析并測定鉆孔中的涌水流量、涌水壓力和靜水壓力，以此確定合適的注漿壓力和待凝時間。

3.1.3 鉆孔沖洗

灌漿開始前，需對所有孔進行風水聯合清洗，沖洗壓力采用灌漿壓力的80%，但不得＞1MPa。

3.2 灌漿

3.2.1 灌漿設備

制漿設備：ZJ-400型高速制漿機，轉速1200～1500 r/min，漿液攪拌時間≥30s；灌漿設備：采用3SNS型三柱塞灌漿泵，排量100 L/min，可以滿足要求；儲漿設備：灌漿泵配備JJS-2B型低速漿液攪拌機，防止漿液沉淀。

3.2.2 灌漿材料

超前預灌漿根據掌子面的涌水量，擬選用兩種特種灌漿材料。一種為HSC（防滲帷幕型）注漿材料，另一種為HSC（含水細砂型）注漿材料。

HSC（防滲帷幕型）注漿材料漿液（呈膠狀）具有抗沖刷、凝結時間易于控制、強度高等特點。可在0.5～1.0m/s流速的水中凝固，留存率＞95%，一般用于流動水的堵漏灌漿；HSC（含水細砂型）注漿材料漿液（屬超細水泥）具有可灌注性好，凝結時間易于控制、強度高、對地層擾動小等特點。既可注入細小縫隙，又可避免圍巖承壓水對留存漿液的移位，適用于難注入地層（含水粉細砂、淤泥質、高應力軟弱破碎圍巖等）的加固注漿。

3.2.3 制漿方式

制漿材料必須稱重，稱重誤差應＜5%，水泥等固相材料宜采用重量稱量法；水泥漿液配制應先加水后加料拌制。各類漿液必須攪拌均勻并測定漿液密度。開灌水灰比初選1∶1（特殊情況時可適當進行調整），然后根據現場實際情況逐漸變級（0.8∶1、0.6∶1）。

拌制HSC（防滲帷幕型）材料的水灰比為0.6～1.0（重量比），制漿機轉速1200～1800 r/min，漿液攪拌時間3 min以上。HSC（防滲帷幕型）漿材是用來處理較大的涌水情況；拌制HSC（含水細砂型）材料的水灰比為0.8～1.0（重量比），制漿機轉速1200～2000r/min，漿液攪拌時間2-3min，注意不要超過攪拌時間。

3.2.4 灌漿方法

預灌漿擬分先后二次進行，第一次鉆、灌Ⅰ序孔，可全孔一次性鉆孔、灌漿。在鉆孔的過程中：如遇有涌水、溶蝕洞穴、塌孔或掉塊難以鉆進時，應立即停止鈷進，采用HSC（防滲帷幕型）注漿材料進行灌漿處理。

經灌漿處理后，掃孔繼續鉆進，直至設計孔深。每一孔都需重復上述程序，目的是為了在二次灌漿之前，通過對一個環的探鉆和集中注漿，對掌子面前方可能存在的深層主含水構造裂隙的承壓涌水（主要來水通道），導水性較好的次生裂隙首先進行封堵。以保證二次灌漿時沒有大的裂隙涌水和通道，提高其加固灌漿效果。第二次鉆灌Ⅱ序孔，可全孔一次性鉆孔、灌漿。

3.2.5 灌漿壓力

Ⅰ序孔灌漿設計壓力為1.0～1.5MPa；Ⅱ序孔灌漿設計壓力均為2.0MPa。

3.2.6 灌漿結束標準

Ⅰ序孔：上面任意的預留漿液導向孔濃漿出漿后，采取封堵措施，持續灌注30min結束。或灌漿壓力已達到1.0～1.5MPa，注入率≤1 L/min，可再持續灌注30 min結束，灌漿結束后閉漿24 h；Ⅱ序孔：達到設計壓力2.0 MPa，注入率≤1 L/min，可再持續灌注30 min即可結束；封孔采用壓力灌漿封孔法，灌漿壓力達到1.0MPa后，注入率≤1L/min，可再持續灌注30min即可結束。

4 質量控制

原材料：進入本工程的各種原材料質量由試驗室和質檢站把關，杜絕不合格的原材料進場使用。漿液密度檢測：現場配備密度計，隨時檢測漿液密度。摻合料：按比例加入摻合料，并嚴格稱量。配合比：所用混凝土配合比由試驗室提供，嚴格按設計配合比拌制混凝土。鉆孔2m后應安裝孔口管或注漿管，量測水壓力及出水量，并填寫記錄。在涌水量大、壓力高的地段鉆孔時，應先設置帶閘閥的孔口管，當出現大量涌水時，拔出鉆具，關閉孔口管上安裝的閘閥，再進行注漿；當開挖斷面圍巖破碎，應先設置止漿墻和孔口管，孔口管埋入止漿墻深度隨最大注漿壓力而定。注漿過程中應根據漿液擴散情況、注漿量、注漿壓力等參數調整注漿材料和配比。灌漿作業過程中采用自動記錄儀實時監控灌漿注入率、灌漿壓力等參數的變化，以便及時調整。

5 灌漿注意事項

灌漿施工前先進行現場試驗施工，再根據現場實際情況調整灌漿參數，選定最佳值。嚴格控制水灰比，水和水泥要秤量，水泥漿攪拌要均勻，保證攪拌時間。攪拌好的水泥漿送到準備好的儲漿斗內過濾，將漿體的塊狀及顆粒物質過濾掉，不斷攪拌儲漿斗的漿液，以防管道堵塞，保證灌漿質量及效果。沉漿時注意觀察灌漿泵和孔口壓力值的變化及灌漿量的變化，隨時采取應變措施。每次灌漿前，要認真檢查安全閥和壓力表的有效性。安裝高壓管路和泵頭各部件時，各絲口的聯接必須牢固。在不良地質段出現串漿、冒漿現象時，除了封堵外，要采用間歇的方法灌注。灌漿現場操作人員必須佩戴安全帽、防護眼鏡、口罩和手套等防護用品。封堵灌漿過程中和灌漿結束后，距封堵位置30～50m距離內開挖爆破作業要慎重進行，嚴格控制炮孔單響裝藥量，避免對灌漿段的震動影響。止水灌漿結束，待漿液凝固后方可進行隧洞開挖掘進。

6 灌漿效果

經過阻水灌漿和超前灌漿，隧洞支洞涌水得到有效的封堵，滲水由涌水逐漸轉為水滴狀，且在后一階段開挖中，沒有再出現大范圍涌水現象。

7 結論

阻水灌漿對于止住隧洞開挖過程中的涌水是有效的，且超前灌漿對于地下水豐富且地質復雜洞段是比較好的預防涌水的施工方案。

[1]徐利芬,冀紅偉.淺談采用HSC新型灌漿材料進行隧洞阻水灌漿的方法[J].水電站設計,2009(4).

[2]李效勤,翟王娟,秦志卿.水玻璃灌漿材料的特點及其應用[J].山西水利，1999（3）.