大伙房輸水(二期)工程隧洞涌水阻水措施

馮國軍　沈繼承　馮辰晨

(1.遼寧省水利工程建設質量與安全監督中心站， 遼寧 沈陽　110003;2.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽　110003;3.遼寧華寧招標代理有限公司， 遼寧 沈陽　110002)

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大伙房輸水(二期)工程隧洞涌水阻水措施

馮國軍1沈繼承2馮辰晨3

(1.遼寧省水利工程建設質量與安全監督中心站， 遼寧 沈陽110003;2.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽110003;3.遼寧華寧招標代理有限公司， 遼寧 沈陽110002)

大伙房輸水(二期)工程8號隧洞在開挖過程中，掌子面出現大量涌水情況，建設單位經過多方案比選，采取了超前灌漿、混凝土多層壓重和阻水灌漿等多措施結合的方案，歷時四個多月完成了涌水斷面止水處理。

大伙房輸水工程； 涌水； 處理

1　工程簡介

大伙房水庫輸水(二期)工程是由大伙房水庫向遼寧省撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦和大連等七座城市輸水的一項大型輸水工程。工程由取水頭部、輸水遂洞、輸水管線、配水站、加壓泵站等建筑物組成。輸水隧洞為有壓洞，圓形斷面，洞徑6m，從取水頭部到劉山出口，全段總長為28.95km。輸水隧洞段以后為輸水管線，全長231.367km。

2　阻水方案選定

2.1掌子面涌水情況

8號支洞是(二期)工程隧洞的一個支洞，自開挖掘進以來，上游掌子面在當年4月18日掘進時出現較大涌水，5月11日完成積水抽排、阻水灌漿、超前探孔作業并恢復開挖掘進；5月20日掘進時掌子面再次出現較大涌水，6月8日完成阻水灌漿后，分別在掌子面拱頂及左右拱腰部位鉆進3個20～25m深超前探孔，確認孔內無水后恢復掌子面開挖；6月9日樁號38+792斷面爆破后發生大規模涌水，隧洞開挖掘進停止施工，上游已開挖洞段2000m內積水快速上漲，施工單位立即組織現場人員撤離洞內施工設備，同時布設2臺37kW潛水泵(流量Q=50m3/h，揚程H=40m)接力布設不間斷抽排洞內積水，但由于涌水量大，水位上漲快，抽水效果不佳。6月24日又增加3臺大流量高揚程水泵及電纜(185×3+95×1)700m，增加兩道抽排水管路(φ150mm)，在主支洞交叉部位安裝兩臺55kW污水潛水泵(Q=160m3/h，H=100m)，由洞內向洞外抽排水。洞內積水降低后現場查看，洞室拱腳部位揭露兩處出水點，呈泉涌狀。

2.2阻水方案選定

2.2.1阻水灌漿方案

針對拱腳部位泉涌狀出水，施工單位開始采用阻水灌漿方案，多次對出水點進行阻水灌漿，但都無法封堵出水點。

2.2.2薄層混凝土壓重方案

單一的阻水灌漿方案不可行后，施工單位又采用了在出水部位預埋灌漿排水管路并澆筑1.0m厚混凝土壓蓋以封堵出水點，壓蓋混凝土強度上升后通過預埋載管灌漿，但在灌漿過程中，混凝土壓蓋出現抬動并產生縱橫方向的裂縫，阻水灌漿效果較差。

2.2.3阻水灌漿結合多層混凝土壓重方案

在阻水灌漿和薄層壓重方案效果均不理想情況下，參建各方請專家多方論證后，確定阻水灌漿結合多層混凝土壓重方案，方案總體思路為：從掌子面后退15m范圍洞室進行徑向固結灌漿補強，而后沿出水側洞壁布設定向鉆孔并預埋孔口管進行分流泄壓，同時對前期已澆筑壓蓋混凝土端頭部位進行人工清理呈齒槽狀，洞內涌水采取預埋灌漿排水管路引排，距掌子面7m隧洞軸線范圍分三層呈臺階狀澆筑C30混凝土作為壓蓋，壓蓋混凝土滿足強度后對涌水部位通過預埋的灌漿排水管路進行封堵灌漿處理，出水側洞壁布設定向鉆孔作為備用灌漿孔，涌水部位封堵灌漿處理，經聯合檢查合格后，挖除或爆破拆除壓蓋混凝土再向上游方向開挖掘進。

3　方案實施

3.1固結灌漿施工

對樁號38+807～38+792段洞室進行固結灌漿處理，固結灌漿孔環距為1.5m，每環按照36°范圍垂直均布在隧洞初期支護斷面上(圖1)，灌漿孔每環間隔1.5m，共11環，梅花形布置，灌漿孔徑向深入洞壁圍巖5m，孔徑42mm(圖2)；采用3SNS型灌漿泵配JJS-2B型漿液攪拌機連接循環式灌漿管路進行固結灌漿，HT-2型灌漿自動記錄儀監控。

圖1　樁號38+807～38+792洞室段固結灌漿孔位

圖2　樁號38+807～38+792洞室段固結灌漿孔位展開

3.2排水孔施工

樁號38+807～38+792段洞室固結灌漿結束后，采用ZGYX410型液壓鉆機由樁號38+807位置向掌子面方向，以2.0m間距沿洞壁向出水點方向斜向前鉆孔并埋設孔口管，孔徑90mm，孔向與洞壁呈30°夾角斜交，豎向以10°豎直角間隔交錯(圖3)，孔口距洞室底板齒槽底部1.25m，孔深以切入出水部位的源頭直至鉆孔出水為止(圖4)；孔口安裝φ80焊接鋼管(δ=4mm)作為孔口管進行封閉，后期作為阻水灌漿孔和排氣孔使用。套管尾端配套安裝閘閥控制，涌水經由孔口管接引至附近布設的排水溝或永久集水坑內。

圖3　樁號38+807～38+792洞室段定向孔橫剖面

圖4　樁號38+807～38+792洞室段定向孔平面

3.3混凝土壓重施工

人工清理掌子面前8m范圍已澆筑壓蓋混凝土，將7月3日所澆筑原混凝土蓋板表面雜物清除沖洗干凈；距掌子面8m位置采用人工清理基礎至基巖，形成齒槽狀，采用磚砌筑1.0m厚的墻體作混凝土澆筑擋頭模板，磚墻高出隧洞設計底板開挖線2.5m，先前掌子面灌漿鉆孔及出水部位鉆孔均安裝φ100套管將水引排至砌墻范圍之外。在掌子面與磚墻間滿倉澆筑混凝土作為第一層蓋板混凝土，澆筑高度與磚墻頂面平；在第一層混凝土蓋板距掌子面4.0m處安裝擋頭鋼模板澆筑第二層蓋板混凝土，澆筑高度2.0m；在第二層混凝土蓋板上距掌子面2.0m處安裝擋頭鋼模板澆筑第三層蓋板混凝土，澆筑高度至洞頂，將掌子面外露部分全部封閉(圖5)；蓋板混凝土澆筑過程中保證鉆孔及出水部位鉆孔接引至墻外的套管穩定，同時在出水側洞壁布鉆的定向孔口套管并引至蓋板混凝土體外；待混凝土達到強度后(≥75%設計強度)，套管尾端安裝的閘閥逐孔關閉，進行封堵灌漿處理。蓋板混凝土標號為C30，考慮洞室斷面存在超挖，混凝土澆筑前應充分考慮混凝土用量，為防止后期灌漿過程中蓋板混凝土產生裂縫，在底層混凝土蓋板頂面及中層混凝土蓋板頂面10cm處各鋪設一層20cm×20cm的φ8鋼筋網片(見圖6)。

圖5　樁號38+799～38+792洞室段混凝土蓋板澆筑橫剖面

3.4洞內抽排水

封堵灌漿和后續開挖掘進過程中加強抽水，洞內共配備4臺污水潛水泵，分為兩道管線(兩道φ150和兩道φ100)向洞外抽水，其中兩臺55kW污水潛水泵(Q=160m3/h，H=100m)布設于主支洞交叉部位，兩臺37kW潛水泵(流量Q=50m3/h，揚程H=40m)接力抽排，不間斷抽排洞內積水以控制其上漲，避免積水影響封堵灌漿和開挖掘進施工。一臺55kW污水潛水泵(Q=160m3/h，H=100m)作為備用和替換。

圖6　 樁號38+799～38+792洞室段混凝土蓋板澆筑縱剖面

3.5灌漿處理

隧洞封堵灌漿施工工藝及灌漿系統施工布置分別如圖7和圖8所示。

圖7　隧洞止水灌漿施工工藝流程

圖8　灌漿系統施工布置

3.5.1灌漿設備

a.制漿設備：ZJ-800型高速制漿機，轉速1200～1600r/min，漿液攪拌時間不少于30s。

b.灌漿設備：采用3SNS型三柱塞灌漿泵，排量不小于100L/min，滿足要求。

c.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。

3.5.2灌漿材料

a.灌漿材料選用。止水灌漿根據掌子面涌水量，擬選用普通硅酸鹽水泥或HSC特種水泥，特種水泥有兩種，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。

b.性能特點。HSC(防滲帷幕型)注漿材料，該漿液(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，留存率大于95%，一般用于流動水的堵漏灌漿。HSC(含水細砂型)注漿材料，該漿液(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。

c.技術指標，如下表所列。

HSC特種灌漿材料性能指標表

結合現場實際情況并參考HSC特種灌漿材料性能指標，封堵灌漿可選用含水細砂型特種灌漿材料。前期徑向固結灌漿采用普通硅酸鹽水泥進行灌注。

3.5.3制漿方式

a.制漿材料必須稱重，稱重誤差應小于5%。水泥等固相材料宜采用重量稱量法。

b.水泥液漿配制方法，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)。

c.拌制HSC(防滲帷幕型)材料的水灰比0.6～1.0(重量比)，制漿機轉速1200～1800r/min，漿液攪拌時間3min以上。HSC(防滲帷幕型)漿材用來處理較大的涌水情況。

d.拌制HSC(含水細砂型)材料的水灰比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。HSC(含水細砂型)漿材是用來處理較小的涌水情況，是主要用來堵水、加固的注漿材料。

e.漿液拌制備至用完間隔時間不得超過4h。

f.制漿用水應符合JGJ63-89第3.0.4條的規定。寒冷季節施工應做好設備及灌漿管路的防寒保暖工作，若用熱水制漿，水溫不得超過40℃。

g.灌漿較長時間停頓后，在開始繼續灌漿之前，要求徹底清洗所有設備和輸送管路。

3.5.4灌漿方法

封堵灌漿Ⅰ、Ⅱ序孔均采用純壓式灌漿。灌漿采用“低進高出”原則進行灌注施工。

3.5.5特殊情況處理

a.串漿。如多個孔出現串漿，串漿孔又具備灌漿條件時，可同時進行灌漿。否則應封閉連通孔中的灌漿塞閥。

b.灌漿中斷，灌漿應連續進行，如因故中斷，應及早恢復灌漿，否則應根據實際情況，對鉆孔進行沖洗或掃孔后恢復灌漿。恢復灌漿后的灌注壓力可采用中斷前的數值。

c.漏漿。灌漿過程中如巖石裂隙或炮孔出現漏漿的現象，漿液水灰比調至最濃比級灌注，低壓循環灌注，待漏漿部位出現濃漿時，采用木楔、棉絮等材料進行封堵。

d.灌漿段注入量大，灌漿難于結束時，應采取限壓、限流、間歇等灌注措施。

3.5.6灌漿檢查

隧洞封堵終孔后，經各方驗收后確定檢查孔的布設位置、數量和孔深。檢查孔鉆進過程如果還有出水現象，采取補強灌漿處理；如果檢查孔無水，可轉序到隧洞開挖掘進施工。

4　結　語

該洞段施工難點是涌水量大，涌水導致開挖掘進無法進行，如不采取措施迅速有效阻水，可能導致開挖完成洞段塌方，施工進度無法保證。建設單位分別采用灌漿、薄層壓重混凝土和以上兩個方案結合施工的方法進行施工，經過近四個多月完成該段阻水任務，后期襯砌混凝土施工前又采用破碎錘將混凝土拆除，從而完成了隧洞混凝土襯砌任務。

[1]路廣平，趙麗麗，韓靚靚.固結灌漿技術在大伙房輸水工程六河不良地質段的應用[J].水利建設與管理,2009(11):67-69.

[2]王藝翔.隧洞襯砌施工質量控制[J].水利建設與管理,2014(4):27-28.

[3]韓志遠，趙玉華，張效春.大伙房水庫輸水工程大理巖段隧洞多發涌水現象分析及處理方式[J].水利建設與管理,2007(5):34-35.

Tunnel water gushing resistance measures in Dahuofang Water Conveyance (Stage II) Project

FENG Guojun1, SHEN Jicheng2, FENG Chenchen3

(1. Liaoning Water Conservancy Project Construction Quality and Safety Supervision Central Station,Shenyang110003,China;2.LiaoningProvincialWaterResourcesDepartment,Shenyang110003,China;3.LiaoningHuaningBiddingAgentCo.,Ltd.,Shenyang110002,China)

Serious water gushing condition is discovered in the tunnel face during the excavation process of Dahuofang Water Conveyance (Stage II) Project No.8 tunnel. After comparing many plans, the construction unit adopts the plan of combining various measures such as advanced grouting, concrete multi-layer loading and water resistance grouting, etc. The water resistance treatment of water gushing cross section is completed for more than four months.

Dahuofang Water Conveyance Project; water gushing; treatment

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.003

TV554

B

1005- 4774(2016)08- 0008- 05