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(diào)工程建設(shè)局）

1 工程概況

某隧洞工程在支洞開挖掘進(jìn)過程中，遇到地下水豐富、地質(zhì)較復(fù)雜的地質(zhì)段，該出水點(diǎn)位于掌子面右下角，呈上升泉狀涌出。出水點(diǎn)外側(cè)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(nèi)發(fā)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(diǎn)附近節(jié)理發(fā)育。掌子面以外揭露巖性為白云質(zhì)灰?guī)r，互層狀結(jié)構(gòu)，巖石硬度一般，未見溶孔、溶蝕裂隙等溶蝕現(xiàn)象，節(jié)理破碎，沿層理面多夾泥。

根據(jù)洞室開挖揭露的巖性及結(jié)構(gòu)面特征，結(jié)合出水點(diǎn)周邊巖層及構(gòu)造特征、完整性等分析，掌子面右下角出水點(diǎn)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(jìn)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(xiàn)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(fā)生涌水情況，根據(jù)現(xiàn)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(yù)注漿的施工方案。

該方法可以改善洞室圍巖結(jié)構(gòu)，提高洞室圍巖的整體性和自承能力、降低初期支護(hù)成本、提高初期支護(hù)效果，并利用HSC水泥漿液充填并膠結(jié)圍巖中的裂隙，提高洞室圍巖的整體性和抗?jié)B性，為掘進(jìn)工作面安全、快速向前推進(jìn)創(chuàng)造有利條件。施工過程中結(jié)合爆破循環(huán)鉆孔布設(shè)超前勘探孔（頂拱1個，兩側(cè)墻各2個，孔深6 m）的鉆進(jìn)，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(jìn)行局部超前預(yù)注漿止水，灌漿結(jié)束待漿液凝固后，再進(jìn)行下一循環(huán)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(yù)注漿孔孔位布設(shè)根據(jù)掌子面掘進(jìn)過程中超前循環(huán)勘探孔出水情況，在出水部位附近50～100cm單環(huán)布置灌漿孔，環(huán)間距為1.0 m，最外環(huán)距洞壁開挖邊線為40 cm，最外環(huán)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(shè)計孔位的偏差≤10cm，鉆進(jìn)過程中如發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜應(yīng)及時糾正。因故變更孔位時，應(yīng)征得現(xiàn)場監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，對實(shí)際孔位應(yīng)有記錄。對鉆孔過程中的異常情況（掉鉆、涌水、涌砂等）進(jìn)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(jìn)行風(fēng)水聯(lián)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(shè)備

制漿設(shè)備：ZJ-400型高速制漿機(jī)，轉(zhuǎn)速1200～1500 r/min，漿液攪拌時間≥30s；灌漿設(shè)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(shè)備：灌漿泵配備JJS-2B型低速漿液攪拌機(jī)，防止?jié){液沉淀。

3.2.2 灌漿材料

超前預(yù)灌漿根據(jù)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(xì)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(jié)時間易于控制、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。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(xì)砂型）注漿材料漿液（屬超細(xì)水泥）具有可灌注性好，凝結(jié)時間易于控制、強(qiáng)度高、對地層擾動小等特點(diǎn)。既可注入細(xì)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(xì)砂、淤泥質(zhì)、高應(yīng)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(yīng)＜5%，水泥等固相材料宜采用重量稱量法；水泥漿液配制應(yīng)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(dāng)進(jìn)行調(diào)整），然后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)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(jī)轉(zhuǎn)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(xì)砂型）材料的水灰比為0.8～1.0（重量比），制漿機(jī)轉(zhuǎn)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(yù)灌漿擬分先后二次進(jìn)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(jìn)時，應(yīng)立即停止鈷進(jìn)，采用HSC（防滲帷幕型）注漿材料進(jìn)行灌漿處理。

經(jīng)灌漿處理后，掃孔繼續(xù)鉆進(jìn)，直至設(shè)計孔深。每一孔都需重復(fù)上述程序，目的是為了在二次灌漿之前，通過對一個環(huán)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(gòu)造裂隙的承壓涌水（主要來水通道），導(dǎo)水性較好的次生裂隙首先進(jìn)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(shè)計壓力為1.0～1.5MPa；Ⅱ序孔灌漿設(shè)計壓力均為2.0MPa。

3.2.6 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

Ⅰ序孔：上面任意的預(yù)留漿液導(dǎo)向孔濃漿出漿后，采取封堵措施，持續(xù)灌注30min結(jié)束?；蚬酀{壓力已達(dá)到1.0～1.5MPa，注入率≤1 L/min，可再持續(xù)灌注30 min結(jié)束，灌漿結(jié)束后閉漿24 h；Ⅱ序孔：達(dá)到設(shè)計壓力2.0 MPa，注入率≤1 L/min，可再持續(xù)灌注30 min即可結(jié)束；封孔采用壓力灌漿封孔法，灌漿壓力達(dá)到1.0MPa后，注入率≤1L/min，可再持續(xù)灌注30min即可結(jié)束。

4 質(zhì)量控制

原材料：進(jìn)入本工程的各種原材料質(zhì)量由試驗(yàn)室和質(zhì)檢站把關(guān)，杜絕不合格的原材料進(jìn)場使用。漿液密度檢測：現(xiàn)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(yán)格稱量。配合比：所用混凝土配合比由試驗(yàn)室提供，嚴(yán)格按設(shè)計配合比拌制混凝土。鉆孔2m后應(yīng)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(yīng)先設(shè)置帶閘閥的孔口管，當(dāng)出現(xiàn)大量涌水時，拔出鉆具，關(guān)閉孔口管上安裝的閘閥，再進(jìn)行注漿；當(dāng)開挖斷面圍巖破碎，應(yīng)先設(shè)置止?jié){墻和孔口管，孔口管埋入止?jié){墻深度隨最大注漿壓力而定。注漿過程中應(yīng)根據(jù)漿液擴(kuò)散情況、注漿量、注漿壓力等參數(shù)調(diào)整注漿材料和配比。灌漿作業(yè)過程中采用自動記錄儀實(shí)時監(jiān)控灌漿注入率、灌漿壓力等參數(shù)的變化，以便及時調(diào)整。

5 灌漿注意事項(xiàng)

灌漿施工前先進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)施工，再根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整灌漿參數(shù)，選定最佳值。嚴(yán)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(zhǔn)備好的儲漿斗內(nèi)過濾，將漿體的塊狀及顆粒物質(zhì)過濾掉，不斷攪拌儲漿斗的漿液，以防管道堵塞，保證灌漿質(zhì)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(yīng)變措施。每次灌漿前，要認(rèn)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(lián)接必須牢固。在不良地質(zhì)段出現(xiàn)串漿、冒漿現(xiàn)象時，除了封堵外，要采用間歇的方法灌注。灌漿現(xiàn)場操作人員必須佩戴安全帽、防護(hù)眼鏡、口罩和手套等防護(hù)用品。封堵灌漿過程中和灌漿結(jié)束后，距封堵位置30～50m距離內(nèi)開挖爆破作業(yè)要慎重進(jìn)行，嚴(yán)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(jié)束，待漿液凝固后方可進(jìn)行隧洞開挖掘進(jìn)。

6 灌漿效果

經(jīng)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(zhuǎn)為水滴狀，且在后一階段開挖中，沒有再出現(xiàn)大范圍涌水現(xiàn)象。

7 結(jié)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(zhì)復(fù)雜洞段是比較好的預(yù)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(jìn)行隧洞阻水灌漿的方法[J].水電站設(shè)計,2009(4).

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