淺析穿越垃圾場地下引水隧洞阻水灌漿設計

【摘要】本文對遼寧省觀音閣輸水工程地下隧洞穿越北臺垃圾場段污水滲漏情況做了簡要概述，分析了污水滲漏產(chǎn)生的原因，詳細論述了防滲處理方案，并有針對性地提出了有關措施供類似工程參考。

【關鍵詞】垃圾場；地下引水工程；隧洞阻水灌漿

1、概述

遼寧省觀音閣水庫輸水工程是將已建的觀音閣水庫水經(jīng)過輸水隧洞及管線自流輸入到本溪市的大（2）型工程，工程的主要任務是保障本溪市生活飲用水安全，解決本鋼、北臺鋼廠等大型企業(yè)存在的水量與水質的安全問題，并為本溪市、本溪縣和本溪新城經(jīng)濟社會發(fā)展提供安全可靠的水源。

工程主要由取水頭部、頭部壓力水洞Φ3.6m （731.29m）、輸水管線、電站、主洞進口段壓力隧洞Φ3.0m、無壓隧洞、配水站及分支隧洞等幾部分組成。取水頭部設計規(guī)模為125萬m3/d。工程線路長度為88.87km，其中管線長度46.3km，隧洞長度42.27km。

本溪市千金垃圾處理廠位于本溪市東南，南芬區(qū)思山嶺鄉(xiāng)，該地三面環(huán)山，占地面積46.7ha，庫容為1250萬m3。2015年6月底，觀音閣輸水工程北臺段某處，垃圾場正下方施工人員在開挖爆破施工過程中發(fā)現(xiàn)地下水有刺激性氣味，呈棕黃色并可見白色泡沫漂浮，影響長度約700m。經(jīng)專門水質檢測公司監(jiān)測，水樣中多個檢測項目嚴重超標，影響供水安全。

2、滲漏原因分析

2.1 地質原因

2.1.1 地形地貌

本工程隧洞沿線屬于遼東山區(qū)典型的低山地貌類型，基巖大部分裸露，植被發(fā)育，其中最高峰位于主輸水隧洞的大峪溝一帶，山頂高程約650m，其余山頂高程多在300m～500m之間，地形起伏較大，溝谷發(fā)育，多為寬緩開闊的“U”形谷。易積水、滲水。

2.1.2 地層巖性

北臺分洞穿越本溪市千金垃圾處理場廠地層為南芬組泥灰?guī)r，青色，主要物質成分由粘土礦物及碳酸鈣質混合物組成，為中硬巖，大部分強風化，巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，層狀構造，裂隙大部分張開，呈平直光滑狀，有水銹、泥質填充。巖層產(chǎn)狀283°/SW∠10°，地下水以滴水為主，圍巖穩(wěn)定性差。

2.2 溝通原因

千金垃圾場處于本工程穿越北臺段的正上方，此處埋深較淺，巖石風化嚴重，節(jié)理裂隙較發(fā)達。2015年相關部門對千金垃圾場設計截洪溝和水平防滲工程時，本工程該段已完成設計但尚未施工。因相關部門和本單位未能進行及時有效溝通，雙方設計均達到各自標準，但未考慮到隨后產(chǎn)生的相互影響。

2.3 爆破原因

本工程為地下隧洞開挖工程，采用新奧法爆破施工，每循環(huán)進尺大約在0.5-2m，裝藥量70kg左右，爆破產(chǎn)生的震動對巖層穩(wěn)定性破壞較大，對垃圾廠地面防滲工程有一定的破壞作用。增加了污水滲透的可能。

3、處理方案

3.1 洞內(nèi)灌漿處理

本工程的洞內(nèi)灌漿處理采用了掌子面超前灌漿和隧洞徑向固結灌漿兩種處理方式。

3.1.1 超前灌漿

輸水隧洞穿越千金垃圾處理廠段未開挖部分時應密切關注前方出水情況，一旦發(fā)現(xiàn)污水滲入，立即采用超前灌漿處理。灌漿循環(huán)長度15m，搭接5m。

a. 灌漿材料和漿液

灌漿采用水泥標號不低于42.5級的普通硅酸鹽水泥。

灌漿漿液水灰比2：1、1：1、0.5：1三個級別。

b. 灌漿設備和機具

灌漿泵性能應與漿液類型、濃度相適應，容許工作壓力應大于最大灌漿壓力的1.5倍，并應有足夠的排漿量和穩(wěn)定的工作性能。

灌漿管路應保證漿液流動暢通，并應能承受1.5倍的最大灌漿壓力。

超前灌漿孔直徑75mm。

c. 超前阻水灌漿

每孔分段灌漿，每段長5～6m，由淺到深，灌漿壓力不小于3MPa，且第一段灌漿壓力不得超過2MPa，具體屏漿壓力可根據(jù)現(xiàn)場實際確定。

灌漿宜采用單孔灌漿的方法，但在注入量較小時，同一環(huán)上的灌漿孔可并聯(lián)灌漿，孔數(shù)宜為2個，孔位宜保持對稱。

d. 結束標準

灌漿孔段注入率不大于0.4L/min時，持續(xù)20min即可結束。

當注入率大于30L/min時調整配合比。

3.1.2 固結灌漿

a. 灌漿材料及鉆孔布置

穿越段固結灌漿處理范圍全長710m。此范圍起點距離首次發(fā)現(xiàn)污水位置約100m，地表完全覆蓋地面最低點排水溝，終點超出本溪市千金垃圾處理廠外圍截洪溝約10m。本溪市千金垃圾處理廠沿北臺分洞向上游方向逐漸抬高，上游側污水滲入可能性較小。

灌漿材料應采用水泥標號不低于42.5級的普通硅酸鹽水泥，灌漿孔以梅花形布置，洞室全周設置7孔，排距2m，鉆孔均為徑向孔，孔深深入圍巖2m。共2492孔，鉆孔長4984m。灌漿作業(yè)時應有專人負責讀數(shù)，確保施工安全。

b. 灌漿施工

1.灌漿采用孔內(nèi)循環(huán)，全孔一次灌漿的方法進行；設計灌漿標準為透水率不高于3.0Lu。

2.灌漿順序由每段兩側環(huán)向中間環(huán)進行，前序環(huán)灌漿孔施工結束后方可進行后續(xù)環(huán)的施工；環(huán)內(nèi)施工順序，先進行仰拱，再進行邊頂拱的灌漿；

3.灌漿優(yōu)先采用單孔灌漿，注入量較小時可采用同一環(huán)上的兩孔并聯(lián)灌漿，但孔位應保持對稱；發(fā)生串漿時也可采用多孔同時灌漿，但孔數(shù)最多不能超過3個；

4.上部倒孔灌漿結束時，應先將孔口閘閥關閉再停泵，孔內(nèi)無返漿時，才可拆除孔口閘閥；

5.灌漿施工中，必須全程專人負責抬動觀測裝置的讀數(shù)。

6.灌漿壓力和漿液水灰比應根據(jù)灌漿試驗確定。最大灌漿壓力不應超過1.5MPa。漿液的水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.5：1（重量比）四個比級。每段灌注的水泥漿初始濃度宜為3：1。灌漿漿液應按由稀到濃的原則，逐級改變。當某一比級漿液注入量已達300L以上，或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無顯著變化時，應換濃一級水灰比漿液灌注；當注入率大于30L/min時，可越級變濃；

7.灌漿應盡快達到設計壓力，注入率較大孔可采用分級升壓；

8.灌漿結束標準：在最大設計壓力下，單位注入量不大于1L/min，持續(xù)灌注30min即可結束該孔灌漿；

9.特殊情況處理：灌漿應連續(xù)進行，如因故中斷，應及早恢復灌漿，否則應根據(jù)實際情況對鉆孔進行清理或掃孔后恢復灌漿；對注入量較大的孔，灌漿難以結束時，可適當調整水灰比，但均應征得監(jiān)理工程師的同意并進行記錄；

10.封孔：灌漿孔灌漿結束后應采用“全孔灌漿法”封孔，孔口空余部分用干硬性砂漿填實抹平；

c. 灌漿質量檢查

灌漿質量檢查包括資料整理、檢查孔取芯及壓水和聲波波速檢測。

3.2 地面灌漿處理

地面灌漿全長616m。在距隧洞軸線4.6m的兩側分別布置一排帷幕灌漿孔，孔間距1.5m，灌漿范圍自垃圾場底部原始地面至巖石弱風化界限下5m；原始地面至現(xiàn)有地面段設鋼套管φ75mm。兩排帷幕灌漿孔中間設置固結灌漿孔，灌漿深度自垃圾場底部原始地面向下5m，原始地面至現(xiàn)有地面段設鋼套管。

地面灌漿共設置帷幕灌漿孔822個，固結灌漿孔2055個。帷幕灌漿段長59000m，固結灌漿段長10275m，鋼套管長20712m。

3.3 加強襯砌

穿越千金垃圾處理廠段襯砌混凝土抗?jié)B等級由原設計W6調整為W12，襯砌混凝土按Ⅴ類圍巖配筋，同時取消排水孔。

為保證襯砌的抗?jié)B性，在襯砌施工前對開挖斷面進行復測，充分利用隧洞施工時發(fā)生的超挖空間。據(jù)本工程已知條件，邊墻及頂拱超挖深度不小于15cm。應充分利用好這部分空間，增大原設計襯砌的厚度，對襯砌結構受力和防滲均有利。

每節(jié)襯砌段間的伸縮縫應采用三元乙丙（EPDM）無毒橡膠止水帶，同時在迎水面涂刷聚脲防水材料，這樣就形成兩道止水，可以有效的防止外水內(nèi)滲。

4、結論

綜上所述，超前灌漿處理耗時較長，嚴重影響工期，故僅用來解決施工期的嚴重滲漏問題，如開挖過程中未見出流，可以省略；固結灌漿處理可以把大部分滲漏水攔截住，但長時間、高壓力作用下依然會有滲漏產(chǎn)生，故需要對混凝土襯砌進行加強，不僅是防滲指標上，而且對止水材料要嚴格控制；地面灌漿作為安全儲備，當以上措施達不到預期效果時使用。本篇文章能夠對類似問題處理有一定的參考意義。