引水隧洞富水破碎圍巖洞段超前帷幕注漿堵水施工

摘要：對于富水圍巖，常常需要對其進行加固和止水，而超前帷幕注漿堵水是一種非常有效的技術手段。以某水電站中出現的富水破碎圍巖為例，詳盡的對超前帷幕注漿堵水技術手段、施工思路和步驟進行了介紹。最終的施工效果表明，采用此種加固止水手段效果十分顯著，為類似相關工程提供了指導和借鑒。

關鍵詞：富水圍巖;超前帷幕注漿堵水;技術手段

0" "引言

開挖引水隧道時，往往會導致圍巖性質發生變化，尤其是富水斷層地質情況下更為嚴重。在施工期間通常會出現大量的涌水，對施工環境和圍巖穩定性造成嚴重影響。目前對于圍巖涌水情況，國內主張“以堵為主，堵排結合”的解決方案，用注漿的方法將導水通道完全封閉，形成一道隔水帷幕，并設置相應的排水系統，以達到止水加固的效果。本文以某水電站為例子，仔細詳盡的對超前帷幕注漿堵水技術手段、施工思路和步驟進行了介紹。最終的施工效果表明，采用此種加固止水手段效果顯著。

1" "工程概況

某水電站規劃的作用主要用來發電和防洪，是兼具養殖與灌溉等諸多功能的中小型水利項目。該水電站的構成包括發電系統、泄洪洞、溢洪道、副壩、混凝土重力壩。在設計時把引水隧洞放置于大壩左側，總長達1123m，斷面是馬蹄形。引水隧洞的作用主要是供發電站引水。

2" "涌水狀況

因為有地下水存在于規劃的引水隧洞路線上，并且位置離地表較近，很容挖到地下水引起涌水，且規劃路線要貫穿DS3 斷層破碎帶，這就給開挖工程帶了了很大的難度。在項目進行中發現，總有一些涌水出現在掌子面位置處。施工過程中，掌子面部位一直存在少量涌水情況。當工程開挖到斷面2+23時，遭遇斷層破碎帶，涌水開始大量地出現，威脅到工程的安全性。涌出的水量比較大，且圍巖的強度較低，質量較差，若不對其進行加固處理，會使項目的安全和進度受到嚴重影響。因此，決定對此洞段實施了全斷面超前帷幕注漿[1]。

3" "設計施工方案

3.1" 設計想法

以工程段地質狀況、突水涌水以及圍巖性質等情況為基礎，結合過程化可控制的注漿止水加固手段（其中漿脈形成的骨架，可以起到支撐作用;漿液的滲透擴散能起到封堵涌水的作用），使其達到加固和擠密富水破碎圍巖的目的。

在設計方案制定初期，要對項目洞段的地質環境開展更加深入的調查，做出詳細的地勘報告。需要加固的總長達24m，將其樁號命名為引2+23～引2+47。通過數值模擬進行分析之后，將加固圈的厚度確定為6.0m。

3.2" "設計止漿墻

在開展帷幕注漿工作工程中，想要使注漿壓力得到提升，且能夠讓注漿漿液在最大程度上進行擴散，避免發生漏漿現象，達到比較理想的注漿效果，就需要設置一道止漿墻。其位置應處于施工掌子面的上臺階處，其厚度依據施工具體情況來確定，同時要設置好工作平臺，以給施工人員提供一個工作平臺，方便他們開展工作[2]。

經過對施工環境和巖質條件的勘查，發現有很多涌水存在于施工掌子面上，阻礙了施工混凝土止漿墻的進度。為此要在開展止漿墻工作前，要將處于圍巖內部的涌水排放干凈。基于這個工程前提，要鉆出3個引流孔來引流涌水，孔位平行于隧道軸線，位置處于臺階左側的立面上。在鉆孔的同時，下放套管，直到打通接觸到圍巖里面的涌水。

依據相關的工程案例和經驗，并與現場條件相結合，擬定止漿墻的結構方案為單級平面型[3]。其厚度定為3.0m，混凝土等級為C40。該方案種，引2+20～引2+21標段，圍巖初支結構和止漿墻頂部相連接;引2+21～引2+23標段，隧洞開挖后，其輪廓外邊線和止漿墻的頂部和相連接。

為了使止漿墻的強度和穩定性得到提高，將徑向錨桿設置在止漿墻的周圍，錨桿直徑為32mm，并與隧洞圍巖相連接，增加錨固強度。當遇到軟弱基礎時，則可通過施加鋼管樁的方式來對其加固。為了更好的引排止漿墻后面部位圍巖的涌水，分別在止漿墻的右下角和左下角設置了1個和兩個排水管，管道直徑為170mm。

3.3" "布置帷幕注漿孔

該帷幕注漿加固項目，總設計長度達到24m，注漿漿液的擴散范圍以圓形來算，半徑達到3.0m。把總加固注漿長度平均分為3個區段，每個區段長度為8m，分別時0～8m、8～16m以及16～24m。設計注漿段的長度為5.0m，方式選為雙液注漿，所用材料為水泥-GT[4]。在注漿過程中孔位設置在臺階內。帷幕注漿措施設計如圖1所示。

注漿材料為常用的水泥-水玻璃雙漿液。水泥選用普通硅酸鹽水泥，標號P.O42.5。通過公式計算，得出11.7m3為每延米的注漿量。依據相關的工程案例和施工條件，帷幕注漿的相關設計參數如表1所示。

3.4" "注漿工藝的選擇

常用的帷幕注漿工藝分為兩種：一種是后退式，一種是前進式[5]。為了明確使用哪種注漿方式是更加科學合理的，在掌子面上設置了3個超前地質鉆孔，以便更加清楚詳細的掌握周圍地質的類型和情況，從而科學地選擇注漿方式。若在鉆孔勘探過程中遇到泥夾層或大量涌水，導致鉆孔出現嚴重坍塌，應將注漿方式調整為分段前進式。若出現鉆孔不容易封閉或“卡桿”情況，應將注漿工藝選用后退式。

通過分析3個探孔的鉆探結果發現，施工段中圍巖有較為明顯的破碎現象，導致漿液的擴散不均勻。若選取一次就成孔的工藝，漿液的擴散將不能達到很好的效果，甚至有可能導致坍塌。因此對于此項目，注漿應選用分段前進的模式，即在施工過程中灌注和鉆孔交替實施。

4" "帷幕灌漿施工

4.1" "施工步驟

止水墻的作業要在掌子面之前開始，同時把干噴料或者片石填充在止水墻和掌子面之間[6]。將導水管埋設在止水墻內，埋設完成后再開始帷幕注漿的施工。以開挖隧洞的外邊線輪廓往外5.0m為范圍進行注漿加固，選用的水泥—水玻璃雙漿液作為此次的注漿材料。

為使鉆機作業、注漿施工時有足夠的空間，則必須在止水墻后面做一個作業平臺，長度10m左右，以此來滿足鉆機工作需要。在建造此平臺時，先將地下土體鋪墊平整，并做壓實處理，之后將閘石填筑進去，填筑厚度要達到20cm。隧洞拱頂初支與平臺間的距離需在4.5m左右，以便定位鉆機位置和施工。

依據擬定的設計方案在止漿墻上對注漿孔位進行確定。鉆機操作人員必選先對外插角和孔位進行核對，之后借助直徑為130mm的鉆頭進行低速鉆進，鉆進深度為1.5m。鉆進后將孔口管安裝到位。孔口管為無縫鋼管，長度為1.5m，厚度為5mm，直徑為108mm。

將麻絲沿著管壁進行纏繞，纏繞長度為80cm，纏繞形狀為紡錘形，安裝方式選取鉆機沖擊模式。為了保證整個過程中不漏漿，借助錨固劑對其錨固，保證孔口管的安裝足夠牢固。對施工洞段掌子面上設置的勘查孔，以達到有效、準確識別圍巖地質情況的目的。同時按照間隔跳孔、自外而內、自上而下的原則開展注漿施工工作，封堵圍巖內部裂隙，最終達到止水加固的效果。

4.2" "判定注漿結束

在保證注漿加固效果和質量的同時，還應最大程度降低施工成本，為此對注漿結束節點的判斷就成為了關鍵。在注漿壓力不再變化和漿液達到擴散范圍時，為了縮短膠凝時間，需調整漿液的配比，以有效控制漿液的擴散范圍，防止浪費材料。在注漿量大于設計值80%，注漿壓力滿足設計最終壓力且不再變化時，即可以停止注漿。

5" "結論

目前對于圍巖涌水情況，國內主張“以堵為主，堵排結合”的解決方案，用注漿的方法將導水通道完全封閉，形成一道隔水帷幕，并設置相應的排水系統，以達到止水加固的效果。本文以某水電站為例子，仔細詳盡的對超前帷幕注漿堵水技術手段、施工思路和步驟進行了介紹。最終的施工效果表明，采用此種加固止水手段效果顯著。

科技是不斷進步的，新的注漿工藝和材料會隨著科技的進步而不斷優化。在進行工程設計和施工時，要結合實際環境和條件，在保證工程進度和質量的前提下，最大程度上降低施工成本。

參考文獻

[1] 劉浩.超前水平高壓旋噴和超前帷幕注漿技術在引水隧洞土洞涌水砂層段的應用[J].山西水利科技，2018（1）：32-34+70.

[2] 張園園.引水隧洞涌水粉細砂層洞段施工方案比選[J].水科學與工程技術，2018（3）：66-69.

[3] 李玉波.引漢濟渭工程深長隧洞突水綜合預報與治理[J].人民黃河，2018，40（9）：133-138.

[4] 王聰，朱永全.正盤臺隧道超前帷幕注漿合理范圍[J].科學技術與工程，2020，20（22）：9196-9201.

[5] 張慧峰，吳建文，張恒.高壓大流量地下水隧道開挖超前帷幕注漿參數研究[J].水利水電技術，2017，48（4） ：58-63+71.

[6] 張俊文，李久源.深埋長距離隧洞施工涌水處理技術[J].水利水電快報，2020，41（12）：22-25.