某輸水隧洞阻水超前預(yù)注漿施工技術(shù)分析

王彩鳳

（中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶 400700）

1 工程概況

輸水隧洞工程某標(biāo)段，主洞全長(zhǎng)29.4km，總投資8 億多元。 主洞包括鉆爆段和TBM 段兩部分，其中鉆爆段長(zhǎng)度14km。 某支洞位于山坡上，山體較緩，自然坡度約21°，坡積物較厚，厚度約2～4m，支洞長(zhǎng)1577m。 采用鉆爆法開(kāi)挖，成洞斷面尺寸為5500×5500，坡度為19%。在施工過(guò)程中，在支洞里程1+460.4 處，在掌子面右拱肩出現(xiàn)股狀涌水，超過(guò)設(shè)計(jì)排水量，不到1 天時(shí)間，就淹沒(méi)洞長(zhǎng)50m，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工造成了嚴(yán)重的影響。 經(jīng)五方現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議確認(rèn)，計(jì)劃對(duì)涌水處進(jìn)行深孔超前預(yù)注漿處理， 經(jīng)超前預(yù)注漿或經(jīng)超前探孔探水滿足開(kāi)挖條件實(shí)施開(kāi)挖后， 若仍有個(gè)別出水點(diǎn)呈股狀或線狀出水， 則采取補(bǔ)注漿對(duì)地下水進(jìn)行封堵。

2 涌水地質(zhì)情況分析

洞室?guī)r性主要為新太古混合花崗巖（Ar2Wgn），無(wú)規(guī)模較大的斷層通過(guò)，成洞條件較好。 以微風(fēng)化為主，節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理面多微張～閉合，多平直光滑，一般無(wú)填充。巖體完整性差～較完整，局部較破碎，一般為鑲嵌結(jié)構(gòu)～塊狀結(jié)構(gòu)，屬中硬～堅(jiān)硬巖。

該支洞洞線區(qū)域范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，地下水儲(chǔ)藏類(lèi)型主要為基巖裂隙水。 已開(kāi)挖洞段地下水多成滲水～滴水狀態(tài)，局部呈線狀流水狀態(tài)。 但此涌水處裂隙水較為發(fā)育，且為壓力水，可從探孔中往外噴出5～6m，危險(xiǎn)性極大。 由于現(xiàn)場(chǎng)毫無(wú)防備，此次涌水對(duì)設(shè)備造成了極大損壞。

3 涌水處理方案

圖1 深孔預(yù)注漿鉆孔和縱斷面布置圖

注漿分兩部分，一是先進(jìn)行深孔超前預(yù)注漿，二是開(kāi)挖完成后，對(duì)深孔周邊預(yù)注漿局部效果不滿意地段，在隧道開(kāi)挖輪廓線外進(jìn)行徑向止水注漿[1-2]。

3.1 注漿段長(zhǎng)和注漿孔的布置

根據(jù)鉆機(jī)性能，選用每循環(huán)注漿段長(zhǎng)15 米。 深孔周邊預(yù)注漿就是要使?jié){液擴(kuò)散到注漿深孔周邊預(yù)范圍內(nèi)的所有巖層裂隙中， 所以注漿孔的布置要以漿液擴(kuò)散不出現(xiàn)空白為原則， 據(jù)此根據(jù)設(shè)計(jì)注漿孔數(shù)量以隧道中軸為中心呈傘形布置，布置方式如圖1 所示。

3.2 注漿方式[3]

先注外圈，后注內(nèi)圈，同一圈由下往上、左右交替間隔施作（如圖1），鉆一孔注一孔，后序孔檢查前序孔的注漿效果。

采用分段前進(jìn)式注漿或全孔一次壓入式注漿。 當(dāng)鉆孔過(guò)程中未遇見(jiàn)泥夾層或涌水，就一鉆到底，全孔一次壓入式注漿；在鉆孔過(guò)程中遇到泥夾層或涌水，立即停止鉆孔， 采取注一段鉆一段的分段前進(jìn)式注漿方法， 直至終孔。

3.3 注漿參數(shù)的選擇

每循環(huán)注漿長(zhǎng)度15m，開(kāi)挖11m，預(yù)留4m 作為止?jié){巖盤(pán)， 可避免每個(gè)注漿循環(huán)澆筑混凝土或噴射混凝土作為止?jié){墻這道工序，可以加快施工進(jìn)度。 第一次注漿噴射混凝土作為止?jié){墻。

注漿壓力是注漿的主要參數(shù)，它對(duì)漿液的擴(kuò)散范圍、巖層裂隙充填的密實(shí)程度及注漿效果的好壞起著決定性的作用， 所以必須有足夠的注漿壓力克服靜水壓力和地層阻力，方能達(dá)到注漿目的。 注漿壓力取靜水壓力的2～3倍， 根據(jù)試驗(yàn)段成果， 取灌漿壓力為0.3～0.6～0.9～1.2～1.5MPa 逐級(jí)增加。

漿液配比是決定注漿效果的一個(gè)關(guān)鍵因素。 根據(jù)漿液凝結(jié)時(shí)間和灌注難易程度，由試驗(yàn)段成果得出，灌漿漿液按由稀到濃的原則，逐級(jí)改變，采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四個(gè)等級(jí)， 初始濃度采用3:1。 制漿機(jī)轉(zhuǎn)速1200～2000r·min-1，漿液攪拌時(shí)間2～3min。

根據(jù)探孔預(yù)測(cè)結(jié)果，決定是否采用孔口管。 對(duì)探孔預(yù)測(cè)水壓較高（P≥1.0MPa）且水量較大（Q≥20m3·h-1）的區(qū)域，采用孔口管注漿，否則采用止?jié){塞止?jié){方式注漿。

3.4 后注漿止水布置

節(jié)理裂隙阻水灌漿鉆孔布置是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況在節(jié)理兩側(cè)隨機(jī)布孔，所有孔必須打至裂隙處，孔深3.5m，孔徑Φ40mm。 布孔方式如圖2 所示。

圖2 鉆孔布置示意圖

4 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

全部注漿孔注漿完成后， 在主要出水點(diǎn)附近設(shè)檢查孔，測(cè)孔內(nèi)涌水量或進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，若滿足設(shè)計(jì)要求，則可以開(kāi)挖，否則進(jìn)行補(bǔ)注漿[4]。 單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):注漿壓力逐步升高至設(shè)計(jì)終壓，并繼續(xù)注漿10min 以上；注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量小于0.4L·min-1；檢查孔涌水量小于0.2L·min-1；檢查孔鉆取巖芯，漿液充填飽滿。 全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無(wú)漏注現(xiàn)象；注漿后檢測(cè)涌水量，小于1m3·m-1·d-1；漿液有效注入范圍大于設(shè)計(jì)值；預(yù)測(cè)巖體經(jīng)注漿后可在開(kāi)挖后保證洞壁穩(wěn)定。

5 異常處理

5.1 串漿：如幾個(gè)孔出現(xiàn)串漿，串漿孔又具備灌漿條件時(shí)， 可同時(shí)進(jìn)行灌漿。 否則應(yīng)封閉連通孔中的灌漿塞閥。

5.2 灌漿中斷：灌漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如因故中斷，應(yīng)及早恢復(fù)灌漿，否則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)鉆孔進(jìn)行沖洗或掃孔后恢復(fù)灌漿，恢復(fù)灌漿的壓力可采用中斷前的數(shù)值。

5.3 若掌子面小裂隙漏漿， 先用水泥漿浸泡過(guò)的麻絲填塞裂隙，并調(diào)整漿液配比，縮短凝膠時(shí)間；若仍跑漿，在漏漿處采用普通風(fēng)鉆鉆淺孔注漿固結(jié)；若掌子面前方8米范圍內(nèi)大裂隙串漿或漏漿， 采用止?jié){塞穿過(guò)該裂隙進(jìn)行后退式注漿。

5.4 若注漿壓力突然增高，則只注純水泥漿或清水，待泵壓恢復(fù)正常時(shí)， 再進(jìn)行漿液注漿。 若壓力不恢復(fù)正常，則停止注漿，檢查管路是否堵塞。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 此次涌水主要處理思路為先進(jìn)行深孔超前預(yù)注漿，再根據(jù)揭露圍巖滲水情況進(jìn)行徑向注漿，以確保開(kāi)挖輪廓線一定范圍內(nèi)滲水量滿足設(shè)計(jì)要求。 下一循環(huán)開(kāi)挖施工前，在掌子面處施做5m 探水孔，在確保安全的情況下進(jìn)行短進(jìn)尺爆破作業(yè)。 開(kāi)挖段內(nèi)無(wú)水或出水很小，并且開(kāi)挖后明顯看到松散巖體被漿液膠凝，巖體的完整性得到改善。 由于前期涌水量較大，在一定程度上影響了周邊水井的用水，可以看出此方案采用“以堵為主，以排為輔”的涌水治理原則是正確的，雖然涌水對(duì)工期和施工造成了影響，但治理措施是可行的，并且保護(hù)了當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境，結(jié)果是成功的。

工程實(shí)踐證明在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、 裂隙水發(fā)育的圍巖中，采用深孔注漿堵水加固圍巖，在圍巖破碎的情況下，結(jié)合小導(dǎo)管超前、錨噴拱架聯(lián)合支護(hù)措施是有效可行的。特別是能在一般方法難以治理的較大范圍內(nèi)固結(jié)圍巖和堵水，從而改善圍巖的自穩(wěn)條件，效果明顯，創(chuàng)造出正常的作業(yè)環(huán)境。

［1］關(guān)寶樹(shù).隧道工程施工要點(diǎn)集［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］趙立波.尖山隧道涌水帶注漿設(shè)計(jì)與施工［J］.建筑施工，2009（6）：7-11.

［3］黃金偉. 隧道特大涌水的治理方法 ［J］. 山西建筑，2007，33（1）:333-334.

［4］郝哲等.巖體注漿堵水的可靠性設(shè)計(jì)［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2002，24（5）：592-595.