錦屏輔助洞全斷面徑向注漿堵水施工

陳 燕

(中鐵二局第二工程有限公司,四川成都610091)

1 工程概況

錦屏輔助洞位于四川涼山彝族自治州雅礱江干流錦屏大河灣上，是錦屏一級、二級水電站前期工程的關(guān)鍵項目。輔助洞由A、B兩孔平行的單車道隧洞組成，單洞全長約17.5 km，中心距離35 m，本標段隧洞A、B線各長9 765.5 m，獨頭掘進9 500 m以上。水壓高、流量大、突涌水點多是輔助洞施工重難點之一，特別是A洞AK5+030～AK5+260段屬較強巖溶化地層中第二富水區(qū)，為T2b中上部淺灰色厚層塊狀白云質(zhì)大理巖，位于解放溝向斜SE翼與T31自灰黑色千枚狀碳質(zhì)板巖層毗鄰，洞段內(nèi)有三條NE-SW向壓扭性斷層，構(gòu)成洞線規(guī)模較大的一個含水構(gòu)造帶。根據(jù)設(shè)計現(xiàn)場確認，AK5+030～260洞段內(nèi)各涌水段(點)初揭露時，單孔最大涌水量約為50～100 L/s，壓力2.0～4.0 MPa，單孔最大射程45m。當揭穿含水構(gòu)造帶時，地下水除在溶蝕寬縫、管道和溶洞呈股狀涌水外，其余均呈雨淋狀散流，尤其是在AK5+140～AK5+260段更是如此，該洞段水文地質(zhì)條件復雜，裂隙貫通性較好，是灌漿封堵的重難點地段。

從本工程客觀情況出發(fā)，結(jié)合地下水準確預報的局限性，在面對高壓、大流量地下水灌漿處理等世界性技術(shù)難題還未完全解決的條件下，錦屏輔助洞西端對地下水的處理思路上作了重大的調(diào)整，即在確保安全的條件下，按照“預報在先，快速掘進，擇機封堵”的原則組織施工。

2 堵水方案選擇

根據(jù)輔助洞西端“防、排、堵、截相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的防排水原則，針對地下水的處理采取以下措施。

(1)對涌水量較少、水壓低的洞段采用“引排封堵”法；

(2)對集中涌水大、水壓大的洞段采用“先引排封堵，再噴錨或澆筑混凝土止?jié){墻”堵水方案；

(3)對巖溶管道集中涌水部位周圍進行鉆孔，探明巖溶管道走向、水平范圍，再根據(jù)實際巖溶管道狀況，采用模袋灌漿技術(shù)、索囊灌漿技術(shù)以及特殊灌漿材料封堵技術(shù)，對各種巖溶管道加以處理的堵水方案；最終進行系統(tǒng)的隧洞高壓固結(jié)灌漿復式方案，擬采用“開挖后加固圈6～15 m全斷面徑向注漿”。

3 引排封堵施工工藝

對于強富水區(qū)的較大滲水，在進行徑向注漿前應先進行引排封堵。在鉆進側(cè)孔時，開口孔徑要大于正?？讖揭患?，并根據(jù)巖石的完整情況開孔2～3 m，鑲鑄孔口管。新開的孔作為灌漿孔，涌水孔作為引水降壓孔，還可以根據(jù)涌水壓力情況決定是否增加引水降壓孔。

4 注漿技術(shù)參數(shù)

4.1 注漿孔布置

注漿孔按漿液擴散半徑R=3.0 m計算布設(shè)，并按梅花型布置，孔口環(huán)向間距約300 cm，孔底環(huán)向間距約700 cm，縱向間距250 cm。單孔注漿深度8.0 m，全斷面布置注漿孔24個，注漿段總長192 m，平均每延米注漿孔8.6個，注漿總長68 m(圖1、圖2)。

圖1 封堵灌漿正面布置(單位：cm)

圖2 封堵灌漿平面布置(單位：cm)

注漿孔采用手持式風鉆鉆孔，方向為隧道斷面徑向，孔徑為42 mm，比小導管外徑大2 mm。鉆孔孔位最大允許偏差為50 mm，鉆孔偏斜率最大允許偏差為0.5%，即400 mm。

4.2 孔口管與孔口密閉器設(shè)計

孔口管采用φ50 mm(外徑)、壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長1m。孔口管安設(shè)在孔口，用錨固劑錨固牢，外露10 cm以便于注漿操作?？卓诜忾]器安裝在引水降壓孔或φ100 mm及以上的導水孔內(nèi)，直徑比鉆孔小1～2個級，管道長度控制在3～9 m ，要借助于地質(zhì)鉆機配合人工安裝，采用雙液漿固定?？卓诠芎涂卓诜忾]器必須能夠承受1～2倍灌漿壓力。當壓力小于1 MPa時，可以采用簡易孔口管，直接利用地質(zhì)鋼管和普通球閥加工，絲扣連接；當水壓在1～2 MPa時，同樣采用地質(zhì)鋼管加工，其典型孔口管與孔口密封器如圖3、圖4所示；當壓力大于2 MPa時，直接利用地質(zhì)無縫鋼管和高壓閘閥加工，絲扣連接。

圖3 孔口管結(jié)構(gòu)示意

圖4 孔口封閉器結(jié)構(gòu)示意

4.3 注漿壓力

注漿壓力采用經(jīng)驗公式計算：

初壓:P1=P0+(1～3)×0.1=1.3 MPa;

正常壓力:P2=P0+(3～5)×0.1=1.5 MPa;

終壓:P3=P0+(5～8)×0.1=1.7 MPa;

式中：P0為靜水壓力。估計水頭高120 m，P0=1.2 MPa(引排后降低了水壓力),(1～8)為儲備壓力系數(shù)，取最小值，分別為1、 3、 5。

注漿初期選擇：P1～P3=1.3～1.7 MPa作為參考使用值，轉(zhuǎn)入正常注漿后，根據(jù)注漿中的具體情況再加以修正，選擇合適的注漿壓力。

4.4 注漿材料及設(shè)備

錦屏山隧道圍巖主要特征為破碎、節(jié)理發(fā)育、地下水發(fā)育，因此選擇結(jié)石強度高、結(jié)石率大、凝膠時間可控，無毒無污染的水泥——水玻璃雙液漿。主要注漿材料和設(shè)備如下：

水 泥：P·O 42.5

水玻璃：濃度，35Be′(玻美度)

模數(shù)：n=2.4～2.6

緩凝劑：瑞帝牌緩凝劑

注漿機：KBY-50/70雙液注漿機

以及模袋、索囊、各種特種灌漿材料、速凝劑、防沖劑、減水劑等灌漿材料 。

4.5 漿液配比

經(jīng)現(xiàn)場試驗初步確定，高壓固結(jié)灌漿水灰比擬采用2∶1、1∶1、 0.8∶1、 0.5∶1四個比級，開灌時水灰比采用2：1，漿液濃度由稀到濃逐級變化[1]。漿液變換可按下述原則進行變換：

(1)當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。

(2)當某一比級漿液的注入量已達到300 L以上或灌注時間已達到1 h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級。變漿后壓力突增或注入率突減時，應立即查明原因，進行處理，并報告監(jiān)理工程師。

(3)當注入率大于30 L/min時，根據(jù)施工具體情況，可越級變濃。

若洞壁串冒漿嚴重或孔內(nèi)涌水量較大或孔內(nèi)吸漿量較大，可采用0.5∶1∶0.25的水泥砂漿摻入特種灌漿材料或速凝劑進行灌注。

4.6 注漿量計算

單孔漿液注入量根據(jù)擴散半徑及巖層裂隙率按下式計算：

Q=πR2Lηβ=

π×22×3×5%×0.9=1.7m3

式中：R為漿液擴散半徑，取R=2.0 m；L為單孔深度，取L=3.0 m；η為圍巖裂隙率，破碎帶取η=5%；β為漿液在裂隙內(nèi)的有效充填系數(shù)，取β=0.9。

4.7 主要工程數(shù)量

根據(jù)前述分析，獲得主要工程數(shù)量表如表1所示，據(jù)此進行相應的灌漿止水施工。

表1 主要工程數(shù)量表

5 注漿工藝及質(zhì)量控制

5.1 注漿施工工藝流程

具體的注漿施工工藝流程見圖5所示。

圖5 開挖后加固圈3～6 m全斷面徑向注漿流程

5.2 質(zhì)量控制措施

質(zhì)量控制措施主要在以下幾點：

(1)鉆孔孔位最大允許偏差為50 mm，鉆孔偏斜率最大允許偏差為0.5%，即150 mm。

(2)小導管安設(shè)在孔口，外露10 cm以便于注漿操作，用

錨固劑錨固牢，必要時可在小導管附近及工作面補噴混凝土。

(3)壓水試驗：注漿之前檢查機械運行情況、管路密封情況、進漿管的進漿情況。試驗壓力不低于1.3～1.5倍的終壓，即2.2～2.6 MPa。壓水試驗進行三次，每次5 min，試驗完成后，把水放掉。

(4)注漿順序：沿隧道軸線由低到高、由下往上、先注邊墻，后注隧道拱部，最后注底板孔；由少水處到多水孔，先注無水孔，后注有水孔；在股水處或流量大的地方，先四周后中間。

(5)單孔注漿結(jié)束條件：達到終壓后并穩(wěn)定10 min，且注漿量不小于設(shè)計注漿量的80%、進漿速度為開始進漿速度的1/4。

(6)注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化情況，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄，包括孔位、孔徑、孔深、漿液配比、注漿壓力、注漿量等，以便于分析注漿效果。

(7)注漿效果檢查：注漿后在分析資料的基礎(chǔ)上采用壓水試驗和現(xiàn)場觀察法檢查注漿效果。當初期支護表面有線狀出水或面狀滲水，或者壓水試驗時檢查孔的吸水量大于1.0 L/(min·m)時，必須進行補充注漿。

(8)注漿結(jié)束后，及時將注漿孔和檢查孔封堵密實。

6 注漿效果

針對部分洞段進行灌漿后鉆孔取芯檢查，結(jié)果表明：以往認為后注漿封堵效果很差，甚至堵不住水，但在特殊條件下，實施特殊的徑向灌漿處理的效果明顯。高壓固結(jié)灌漿采用耐壓無縫地質(zhì)鋼管，灌漿材料以純水泥漿和水泥砂漿為主，固結(jié)灌漿形成的固結(jié)圈厚度不小于6 m，灌漿壓力比滲水壓力大1.5 MPa或是滲水壓力的2～3倍。該方式可開展多工作面作業(yè)，對保證工期也是有利的。

7 結(jié)束語

隧道施工地質(zhì)條件是千變?nèi)f化的，用小導管注漿工藝的設(shè)計參數(shù)亦是多種多樣的。具體施工中及時把握好各類注意事項，那么通過小導管注漿工藝是能達到隧道圍巖固結(jié)和止水效果的，同時通過注漿量的理論推算和實際測量的比較可有效地評估實際注漿質(zhì)量和控制工程費用。本文就錦屏水電工程輔助洞(西端)注漿堵水施工經(jīng)驗與體會予以總結(jié)，供類似工程施工參考。

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[2] SL 62-94水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S]

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[4] DL/T 5148-2001水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S]