小斷面隧洞涌水不良地質(zhì)段堵水施工方案

李志成

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

小斷面隧洞涌水不良地質(zhì)段堵水施工方案

李志成

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

結(jié)合山西中部引黃工程引水隧洞施工實踐，介紹了西干線19號支洞隧洞涌水不良地段開挖過程中的堵水處理措施，并對堵水施工方案進行了詳細分析，在對施工配置介紹的基礎(chǔ)上，探討了施工過程中應(yīng)注意的事項，為同類小斷面隧洞堵水處理提供可借鑒的經(jīng)驗。

隧洞涌水；小斷面堵水；施工方案

小斷面隧洞施工作業(yè)空間有限、工序多、工序間干擾大，工序的銜接是保證開挖進度的關(guān)鍵。隧洞開挖過程若出現(xiàn)涌水或滲水量較大，如僅采取排水措施，水泵、管路布置對施工影響較大，易造成掌子面淹沒等風(fēng)險，同時抽排水降低周邊水位，會對附近村民飲水等造成影響，因此有必要采取堵水措施。增加堵水環(huán)節(jié)，直接影響開挖進度，因此做好小斷面隧洞不良地質(zhì)段開挖過程中的堵水是保證隧洞順利施工的前提。

1 工程概況

山西中部引黃工程由取水工程和輸水工程兩部分組成。取水口位于黃河干流天橋水電站附近，取水泵站為地下式，泵站布置7臺機組（5臺工作，2臺備用）提水，總裝機容量9.6萬kW，設(shè)計取水流量23.55m3/s，揚程200m。輸水線路分總干線和東干線、西干線以及各支線，輸水線路總長383.5km，施工支洞和主洞隧洞施工總長度485km，隧洞斷面12～27m2，屬小斷面隧洞開挖。隧洞沿線涉及天橋泉、柳林泉、郭莊泉3個泉域，最大埋深694m，局部為富水段隧洞開挖。

19號施工支洞位于中部引黃輸水線路西干線，支洞長973m，坡度31%，主洞開挖斷面為城門型，開挖斷面尺寸3.2m×3.6m，主洞與洞口地面高差301m，上下游控制主洞施工各1.9km。經(jīng)前期勘測，圍巖以Ⅲ，Ⅳ類砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，地下水位位于洞頂以上，部分洞段可能產(chǎn)生涌水、突水，多具承壓性。

2 施工方案

施工支洞在樁號0+000—0+095段為土層、卵石混合土段，根據(jù)前期地質(zhì)勘探資料，在施工支洞0+ 400附近，圍巖破碎、裂隙發(fā)育，可能存在滲水。支洞開挖至樁號0+405時，在鉆超前勘探孔時孔內(nèi)出現(xiàn)壓力水，噴射距離5m，滲水量達150m3/h，經(jīng)過連續(xù)抽排，滲水量無明顯減小。為此，采用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)進行超前地質(zhì)預(yù)報，一次預(yù)報長度150m。

根據(jù)二維視圖分析及工程地質(zhì)資料判斷，掌子面前方0+405—0+431段巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙水較發(fā)育，在0+455—0+499段，0+540—0+555段裂隙水可能較發(fā)育，整體趨勢圍巖強度變化不大。

根據(jù)勘察地質(zhì)資料，隧洞前方存在不良地質(zhì)段，有必要制定切實可行的堵水方案，確保隧洞開挖順利進行。根據(jù)隧洞特點、圍巖情況、滲水量、現(xiàn)場實際情況，采取“以堵為主，限量排放”的堵排水方案。對不良地質(zhì)段進行TSP超前地質(zhì)預(yù)報，并超前鉆孔，以確定采取的堵水處理措施。

圍巖裂隙較發(fā)育、裂隙連續(xù)、滲水量大于100m3/h，且經(jīng)過連續(xù)抽排滲水量無明顯減小的洞段，采用超前預(yù)注漿方案堵水；圍巖較完整、裂隙較小且不集中、滲水量較小的洞段采用排堵結(jié)合，小導(dǎo)管局部注漿方案堵水。

3 堵水方案

3.1 超前注漿堵水

超前注漿采用潛孔鉆鉆孔，孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)注漿。施工程序為：封閉掌子面、鉆孔定位、鉆孔（5m）、安孔口管、注雙液漿、鉆孔至終孔、壓水、注水泥漿、檢查、加密孔鉆灌。

3.1.1 施工方法

第一，封閉掌子面。掌子面掛直徑8mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片尺寸20cm×20cm，網(wǎng)片與巖體采用直徑20mm錨桿連接，錨桿深度30cm，間排距1m，噴C20混凝土，厚度20cm，封閉巖面。

第二，鉆孔。注漿孔沿隧道周邊布置，間距1m，沿洞線外偏5°～10°，注漿孔直徑110mm，注漿孔深度20m。鉆孔分兩次鉆進，第一次鉆進5m后灌漿，以封閉孔口周邊裂隙，待凝后進行掃孔鉆進至終孔。鉆孔分兩序進行，由下至上，先鉆灌Ⅰ序孔，再鉆灌Ⅱ序孔。

第三，鑲孔口管?？卓诠転橹睆?08mm，壁厚5mm，長2m的熱軋無縫鋼管，外露50cm，管壁與孔口接觸處用堵水劑封閉。

第四，壓水。清除鉆孔中的殘存巖粉，巖石裂隙中所填充的雜物，確定灌漿壓力，初步估灌漿量。壓水方式采用壓力驟升驟減的放水方式。

第五，注漿。采用孔口封閉壓入式注漿，順序為由下至上，先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，先注孔口5m段，再全孔注漿。孔口5m段采用水泥—水玻璃漿液，5～20m段采用水泥漿，水泥漿水灰比0.8∶1～1∶1，水泥采用425號普通硅酸鹽水泥，水泥細度要求通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。水泥漿與水玻璃體積比1∶1～1∶0.5。注漿壓力為靜水壓力的2～3倍，注漿壓力2～3MPa。

孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：注漿壓力逐步升高至設(shè)計終壓，注漿結(jié)束時的進漿量小于5L/min。注漿全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無漏注現(xiàn)象；注漿后涌水量小于1m3/m·d。

第六，鉆孔檢查。灌漿結(jié)束待凝24h后，在注漿量較大的灌漿孔附近鉆孔進行檢查，鉆孔深度15m，如滲水量大于1m3/m·d，進行加密孔注漿，加密孔設(shè)在兩孔中間，至檢查孔滲水滿足要求，不再加密。

3.1.2 特殊情況處理

掌子面滲水較大難以封閉時，先在出水較集中的部位埋設(shè)排水管，排水管設(shè)閥門，保證滲水由排水管排出，灌漿過程排水管有水泥漿排出時關(guān)閉閥門。鉆孔過程中遇到泥夾層或涌水，立即停止鉆孔，采取鉆一段注一段的分段前進式注漿，直至終孔。如已開挖洞段出現(xiàn)漏漿或注入量較大，加大漿液濃度，采取間歇注漿。采用水泥—水玻璃漿液注漿，注漿停止后應(yīng)立即清洗管路，防止?jié){液在管路凝結(jié)。

3.1.3 質(zhì)量與安全措施

第一，對孔位精確測量定位，重點控制鉆孔角度，鉆機固定牢固，確保鉆孔外偏角度符合精度要求。第二，孔口段注漿時，隨時注意灌漿壓力，防止壓力突然升高掌子面破壞。第三，注漿泵及高壓管路必須試運轉(zhuǎn)，確保機械性能和各種閥門管路、壓力表完好后方可施工。第四，注漿時應(yīng)注意觀察洞身變化和圍巖動態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止注漿或調(diào)整注漿壓力。第五，在實施注漿過程中的異常情況進行分析，并制定處理措施。第六，鉆孔中若發(fā)生涌水，應(yīng)集中全力采取措施，及時注漿封堵。

3.1.4 設(shè)備配置

采用YQ100F型氣動潛孔鉆，WDSY100型雙液注漿泵注漿，排量10m3/h，工作壓力0～16MPa。1m3高速攪拌桶制漿液。

3.2 小導(dǎo)管注漿堵水

局部注漿采用小導(dǎo)管注漿，可環(huán)向或徑向布孔。在噴混凝土?xí)r預(yù)留排水管，臨時由排水管將滲水排出，排水管采用直徑42mm的鋼管，管口設(shè)閥門。采用手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑直徑50mm，根據(jù)滲水情況隨機布設(shè)，鉆孔深度1.5～3.0m。小導(dǎo)管外徑42mm，管壁周圍設(shè)8mm注漿孔，孔距10cm，尾部加工成尖狀，導(dǎo)管深入孔內(nèi)0.5～1.0m，小導(dǎo)管外露20cm，并有連接絲扣。注漿材料為水泥—水玻璃漿液，水泥漿水灰比0.6∶1～1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶1～1∶0.5。注漿壓力根據(jù)壓水試驗確定，灌漿壓力大于水壓力0.5MPa。

局部注漿堵水施工工序為施工準(zhǔn)備、鋼管加工、鉆孔、安裝鋼管、壓力注漿、空口封閉。

4 結(jié)論

該工程在隧洞開挖過程中對穿越斷層、涌水量較大的洞段采取了超前預(yù)注漿堵水措施，局部滲水采用小導(dǎo)管注漿堵水措施，在實際施工中起到了顯著效果，通過該工程不良地質(zhì)段堵水施工得出如下結(jié)論：

第一，涌水量的大小應(yīng)采取TSP超前預(yù)報系統(tǒng)結(jié)合超前鉆探進行判斷，最終依據(jù)超前鉆探孔涌水量確定堵水方案。

第二，采用超前預(yù)注漿方案堵水效果較好，但注漿施工周期長，工序難以銜接，投資大，造成人員、設(shè)備停滯窩工，對工程進度影響大。注漿措施的實施與否，應(yīng)與地質(zhì)特征和現(xiàn)場情況相適應(yīng)，否則將造成不必要的費用投入，且延誤工期。

第三，小導(dǎo)管注漿靈活方便，施工成本低，有利于工序的銜接，注漿后滲水明顯減小，在滿足堵水要求的前提下應(yīng)優(yōu)先采用。

U453.6+1 ［

］C ［

］1004-7042（2016）06-0036-02

李志成（1974-），男，2010年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。

2016-04-15；

2016-05-22