化學注漿在引漢濟渭秦嶺輸水隧洞施工過程中的應用研究

張鵬 ZHANG Peng

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，西安 710000）

0 引言

水工隧洞開挖施工過程中地下水和松軟巖層是兩大尤為棘手的問題，它們不僅影響了隧洞的穩定性，還可能引發一系列的安全隱患。因此，如何有效治理地下水和松軟巖層[1-2]這兩大工程病害問題，一直是水工隧洞工程施工的主要難題之一。

在水工隧洞中涌水、滲漏及巖層穩定工程病害問題若不得當處理，不僅影響工程進度與質量，更可能帶來嚴重的安全隱患。目前，注漿堵漏技術已經廣泛應用于隧道施工中的涌水治理、變形縫滲漏控制以及漏水維修加固等多個方面。化學注漿堵水技術[3-4]以其獨特的優勢，如高滲透性、快速凝固和優秀的封堵效果等，扮演著至關重要的角色。在隧道施工中[5]，該技術能夠有效封堵地下水涌入，保障施工的安全與順利進行；在變形縫滲漏治理中[6]，注漿材料能夠填充縫隙，形成有效的止水屏障；而在漏水維修加固中[7-8]，注漿技術則能夠強化結構，提高耐久性。然而，盡管化學注漿堵水技術在多個領域得到了廣泛應用，但在輸水隧洞施工過程中的具體應用仍顯得相對零散，缺乏系統深入的研究。

以引漢濟渭秦嶺輸水隧洞工程K67+163.517～K75+286 段為背景，針對K68+835～K68+851 段開挖掌子面挖穿透水帶，導致掌子面及邊墻涌水問題，提出采用化學注漿技術進行涌水堵漏處理，以解決輸水隧洞施工中涌水問題。

1 工程概況

引漢濟渭秦嶺輸水隧洞工程起點K67+163.517，終點K75+286，全長8.122km，隧洞設計流量70m3/s，結構橫斷面形式為弧形仰拱平底結構。初期支護采用錨噴支護，C30 鋼筋混凝土襯砌。開挖掌子面挖穿透水帶，位于隧洞K68+835～K68+851 約16m 范圍，節理密集部出現環狀透水帶；多處點片狀滲漏，順水流方向左側底板距邊墻1.5m左右成管狀外涌，出水量約300m3/h，涌水壓力約1.5MPa；右側邊墻起拱線以上1.6m 處片狀出水，出水量約90～100 m3/h，涌水壓力約1.0MPa；右側邊墻1.0m 左右，成片狀外噴，出水量約250～300m3/h，涌水壓力約1.0MPa；掌子面大部零星散狀分布較小掛簾滲漏點，漏量較小，出水量約30～90m3/h 左右，滲漏總體出水量約800～1000m3/h 左右。透水源頭估計為地表及山體含水，透水量經過近一年流失，出水點集中在底板16m 范圍內，整個透水環帶各主要漏水點不排除相互串通可能。

針對隧洞K68+835～K68+851 段開挖掌子面及邊墻涌水問題，提出采用化學注漿技術來進行堵漏處理。首先通過對節理密集帶2m 寬初支進行鑿除，準確揭示密集帶，并將節理密集帶2m 寬范圍劃分為I 區，其余范圍劃分為Ⅱ區。Ⅰ區土建部分先行實施，Ⅱ區注漿布孔9 環，共309孔，單環布設26 至40 孔，孔排距0.93m×2.05m，孔徑90mm，鉆孔方向垂直巖面。Ⅰ、Ⅱ區化學注漿孔布置示意圖如圖1 所示。

圖1 Ⅰ、Ⅱ區化學注漿孔布置示意圖

2 漿液制備關鍵技術研究

化學注漿堵水技術的關鍵在于注漿管的精確埋設、化學漿液的高質量制備以及注漿過程的細致實施。以引漢濟渭秦嶺輸水隧洞K68+835～K68+851 段為例，提出涌水堵漏處理關鍵技術，包括精確布設注漿管、優化制備化學漿液和精細實施注漿過程，以確保有效封堵涌水，保障隧洞安全。

2.1 注漿材料

單液為親水性速凝快脹注漿液，密度1.185g/cm3，抗壓強度55MPa，凝固時間155s，閉縫精鋼水不漏，初凝55s，終凝1.2min，1 小時抗壓強度40.5MPa，抗折6.2MPa，3d 抗壓強度71.9MPa，抗折12.MPa，7d 抗滲＞1.5MPa；硅酸鈉溶液，密度1.32g/cm3，波美度35Be，緩凝劑摻量2%；普通硅酸鹽水泥PO42.5。

2.2 漿液制備

漿液制備主要步驟如下：①集中制漿臺車供應標準漿液，水灰比0.5:1，通過專業管路即時送至注漿臺車，制漿臺車就近設置，確保供漿迅速且滿足需求；②嚴格控制固相材料稱量誤差在5%以內，保障漿液質量；③高速攪拌普通漿液至少30 秒，輸漿流速1.4～2.0m/s，使用NB-1 型泥漿比重儀監測漿液密度，并根據需求調整水灰比；④漿液使用前過篩，標準漿液使用時間不超過4 小時，細水泥和穩定漿液在2 小時內使用完畢，且保持漿液溫度在5℃～40℃之間，確保漿液性能穩定。

3 化學注漿關鍵技術及工藝

3.1 注漿關鍵技術

3.1.1初支刻槽

密集帶堵水處理長度27m，需要注漿處理的長度為16m，注漿結束后再進行二次襯砌。節理密集帶中心部位，沿發育方向刻槽，底板采用履帶式破碎錘鑿除，邊墻頂拱部位采用人工電鎬鑿除，向縫隙兩側各延伸1m，垂直鑿深30cm，形成一條寬2m，深30cm 帶狀溝槽，揭露出完整的節理帶，使用高壓水槍清洗溝槽裂隙至巖面干凈。

3.1.2聚流

根據造孔漏點滲流量情況，大漏點采用直徑φ50mm～φ90mm，小漏點采用直徑φ25mm～φ50mm 無縫厚壁鋼管，管長1.5m，一端帶螺紋，以便于后期安設變徑管節實施注漿，預埋化學注漿管示意圖如圖2 所示。

圖2 注漿管埋設示示意圖

當漏點水流過大導致預埋注漿管難以實施時，須準備單層純壓氣囊式栓塞應急處理備選方案，迫使水流匯聚至栓塞芯管流出，栓塞周邊的小漏點使用快硬水泥進行封閉，氣囊塞樣式示意圖如圖3 所示。對于較大漏點難以埋設預埋管時，采用模袋法埋設預埋管，注漿模袋示意圖如圖4 所示。

圖3 氣囊塞示意圖

圖4 注漿模袋示意圖

3.1.3閉縫

預埋完畢注漿管之后須閉縫，對仍有局部細流或可能被注漿擊穿的薄弱部位須進行二次封閉，同封閉預埋管周邊散流方法一致。

3.1.4鎖縫錨桿及網片施工

順節理刻槽環帶裂隙走向，向外側50cm 距離布置鎖縫錨桿，錨桿排距1.0m，間距1m×1m，錨桿布置數量依據現場節理走向確定，錨桿孔造孔過程中可能出現涌水情況，須使用快硬錨固劑進行錨桿安設，節理密集帶共布設66 根錨桿，與鋼筋網片牢靠焊接，錨桿布置示意圖如圖5所示。

圖5 鎖縫錨桿布置示意圖

3.1.5封閉混凝土施工

在不侵占二次襯砌截面的情況下，Ⅰ區邊頂刻槽采用電鎬鑿除加噴射混凝土方法實施，最后一次噴射完畢之后用不銹鋼平板搓板在噴混凝土表面提漿抹平，使噴錨料盡量平順光滑，以起到止漿效果。

3.2 注漿工藝

3.2.1注漿準備

搭設四個施工平臺存儲化灌材料、水泥漿液拌制、注漿機具擺設及注漿管頭安裝。應在作業面附近搭設專門的存儲平臺，防雨布覆蓋，化學注漿材料防止長時間裸露于空氣而凝結失效。

3.2.2注漿參數

注漿壓力2～3MPa，純水泥漿液水灰比2：1、1:1、0.5:1（質量比），雙液（體積比）1:1，結束注漿屏漿時間10min。當注漿材料連續灌注達3t/m 時，采取間歇注漿，讓注入到節理裂中的漿液適當回頭沉淀填充，避免浪費材料，間歇時間1 小時。

4 注漿技術應用及效果

4.1 Ⅱ區注漿

依據監測的涌水數據安裝孔口壓力表，測試涌水壓力及流量，確定注漿壓力。根據測得的涌水壓力及涌水量的大小，確定采用單液純水泥漿液、快速膨脹單液還是雙液漿。雙液注漿采用兩臺機具同時灌注兩種不同的漿液材料，在孔內匯合，兩種材料在裂隙內匯合延伸滲流快速凝固。注漿時預埋管栓塞部位徐值班人員值班，與高壓泥漿泵操作手配合，啟動泥漿泵，同時開啟管頭閘閥，時刻關注注漿壓力及進漿量，壓水灌漿測控系統自動采集壓力、流量、密度等數據，每5min 記錄一次讀數，Ⅱ區未滲水的孔段，采用較稀漿液開灌，注漿壓力不變。

4.2 Ⅰ區注漿

Ⅱ區注漿實施結束之后，開始Ⅰ區注漿，主要實施方法同Ⅱ區，待止漿墻混凝土達到80%強度之后即可進行。注漿開始，無壓力無回漿時，不得隨意終止注漿，易導致注漿事故。開注漿時根據涌水壓力及涌水量，注漿壓力較涌水壓力大0.3～0.5MPa 進行灌注，保障漿液順利推進，有效控制漿液擴散半徑，大吸漿率孔段進漿量控制在30～70L/min。相鄰或者較低部位管頭出現冒漿，且漿液返濃時，關閉冒漿管頭閘閥進行屏漿，待施灌管頭達到結束標準時，冒漿管頭視為達到結束標準，結束注漿。

4.3 注漿結束標準

壓力逐步上升直至設計最大壓力，回漿流量逐漸增大，吸漿率逐漸減少，吸漿率小于等于5L/min，壓力達到2～3MPa 時，閉漿10min 即可結束注漿。

5 結論

通過開展化學注漿在引漢濟渭秦嶺輸水隧洞施工過程中的應用研究，給出了化學注漿技術在輸水隧洞施工過程中進行涌水堵漏處理的主要方法。首先，對節理密集帶2m 寬初支進行鑿除，準確揭示密集帶，并將節理密集帶2m 寬范圍劃分為I 區，其余范圍劃分為Ⅱ區。其次，給出了先完成Ⅱ區后I 區以及I、Ⅱ區拱頂、邊墻、底板的注漿順序。最后，對化學注漿堵漏涌水工程病害問題完成后的效果做了科學的評估，結果已達到預期目標。

通過化學注漿在引漢濟渭秦嶺輸水隧洞開挖掌子面及邊墻涌水問題處理中的成功應用，說明該技術可以做到用于指導化學注漿在輸水隧洞施工過程中涌水堵漏處理，為今后類似輸水隧洞工程中的涌水堵漏處理提供借鑒。