小浪底引黃工程隧洞堵水施工技術(shù)

高勝杰

（山西小浪底引黃工程有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

小浪底引黃工程10號支洞位于聞喜縣境內(nèi)石門鄉(xiāng)后川村李家莊，支洞全長927.779 m，支洞進(jìn)口底高程為878.8 m，設(shè)計坡度為48.4%，與主洞交匯點里程為35+363，交匯點底標(biāo)高為485.53 m，交角25.548°，洞斷面為城門洞形，支洞井身段初支后斷面尺寸（寬×高）4.2 m×4 m，與主洞銜接處設(shè)25 m平洞段。支洞出碴采用絞車運輸。

10號支洞控制主洞主要通過涑水群衛(wèi)家?guī)X組混合巖化黑云斜長片麻巖夾多層斜長角閃巖、磁鐵石英巖、大理巖，巖性較硬，多屬堅硬巖，巖層及片麻理產(chǎn)狀為N6～35。據(jù)樁號36+260段ZK12d-8號鉆孔資料，在孔深260 m和孔深400 m段分布承壓水。孔深260段承壓水孔涌水在35 m3/h左右，孔深400 m以上段孔涌水量在60 m3/h左右，承壓水高出孔口約6 m。

隧道實際施工中下游自里程36+553起隧洞開挖后涌水量逐漸增大。在里程36+598處發(fā)生較大涌水，出水壓力達(dá)2 MPa，掌子面涌水量達(dá)80 m3/h。里程36+598—36+528段70 m范圍內(nèi)總涌水量50 m3/h，隧洞日排水量6 300 m3左右，超出當(dāng)前隧洞設(shè)計的排水能力。涌水處理方案以堵為主，以排為輔，堵排結(jié)合，注漿堵水，減少隧洞出水量，增加抽水管路和水泵加強(qiáng)隧洞抽排水能力，保證隧洞施工安全。

2 堵水技術(shù)措施比選

采用水泥水玻璃雙液漿注漿，對出水位置進(jìn)行鉆孔注漿，由于出水裂隙中含水量豐富，部分位置裂隙水有一定壓力，水泥水玻璃混合漿液注入基巖后遇水，在雙液漿初凝前被基巖中裂隙水稀釋，水泥漿與水玻璃無法凝固，與裂隙水混合液從基巖面流出。如通過調(diào)整配合比縮短雙液漿初凝時間[1]，則雙液漿在混合管位置迅速初凝，容易造成堵管，達(dá)不到擴(kuò)散效果，無法填充周邊裂隙。水泥水玻璃雙液漿注漿達(dá)不到注漿堵水效果。

采用有機(jī)化學(xué)材料雙液漿進(jìn)行注漿，利用其化學(xué)漿液不溶于水且雙液混合后初凝時間在10 s左右，能達(dá)到擴(kuò)散與堵水效果。但有機(jī)化學(xué)漿液混合反應(yīng)生成物為乳黃色泡沫狀固體，孔隙率較大，具有透水性，注漿完成24h后會有水從原初支面滲出，達(dá)不到堵水效果。

采用DS無機(jī)化學(xué)材料注漿，對出水位置進(jìn)行鉆孔引排，鉆孔需保證穿過含水層，并能將裂隙中水引出，起到減少裂隙附近水量，使大部分裂隙水從導(dǎo)管處排出的目的。使用DS固體料對附近裂隙進(jìn)行封堵抹面，將出水位置附近裂隙全部封堵抹面，確定抹面位置不再出水后，進(jìn)行注漿作業(yè)。由水泥漿和DS液體料按不同順序注漿，注漿后能封堵較為完整圍巖90%的出水量，較破碎圍巖50%的散狀出水量。達(dá)到注漿堵水效果。三種不同注漿材料堵水方案比選結(jié)果見表1。

DS堵水劑A料（液體材料）與水泥漿按體積比1∶1進(jìn)行注漿，水泥漿水灰比1∶1，兩者混合后初凝時間35 s左右，初凝后迅速終凝，終凝時間50 s左右。DS堵水劑B料（固體材料）與水混合和成面團(tuán)狀時進(jìn)行抹面封口，終凝時間2 min左右。

3 DS堵水劑堵水施工工藝控制

DS堵水劑隧洞注漿堵水施工工藝流程見圖1。

3.1 施工準(zhǔn)備

注漿材料：根據(jù)出水點圍巖情況、出水大小預(yù)判所需注漿材料的需用量，提前將材料運至現(xiàn)場。

注漿設(shè)備：旭達(dá)ZBYS 45/10-15型液壓雙液注漿機(jī)進(jìn)行注漿，YT 28手提式鑿巖機(jī)鉆孔，耿力Q/YXPJ 001-2007灰漿攪拌機(jī)拌合水泥漿。

表1 三種不同注漿材料堵水方案比選結(jié)果

圖1 DS堵水劑隧洞注漿堵水流程示意圖

施工工具：直徑42 mm注漿導(dǎo)管、直徑42 mm閘閥、管鉗、錘子、大號一字平口改錐、麻葉等。

3.2 注漿孔位置選擇

注漿孔位置應(yīng)跟據(jù)涌水裂隙的走向、延伸長度、圍巖破碎等情況綜合考慮。鉆孔應(yīng)選擇在圍巖完整性較好的巖面上，以減輕下一步抹面封口的難度。鉆孔應(yīng)當(dāng)與涌水裂隙走向有一定夾角穿過涌水裂隙，將涌水從鉆孔中引出來。如鉆孔打好后，涌水從鉆孔中流出，之前涌水位置涌水量大大減少，則該鉆孔為有效鉆孔，可用于注漿堵水。能用于注漿堵水的鉆孔應(yīng)當(dāng)及時安裝注漿導(dǎo)管和閘閥開關(guān)[2]。注漿導(dǎo)管選用直徑42 mm導(dǎo)管，長度根據(jù)打眼深度決定，一般比鉆孔深度小50 cm。如果鉆孔打好后，鉆孔中不出水或引水量很小，則該鉆孔作廢，及時用錨固劑封堵，另選擇鉆孔位置，重新打眼。

3.3 抹面封口

第一步，抹面封口工作從注漿導(dǎo)管向四周延伸，在注漿導(dǎo)管、閘閥安裝完成后，首先要將注漿導(dǎo)管與鉆孔之間的縫隙完全封堵。進(jìn)行導(dǎo)管邊縫封堵時，要將鉆孔周圍破碎巖石全部敲掉，然后將少量麻葉纏在導(dǎo)管上，用改錐和錘子將麻葉敲到注漿管與鉆孔之間的縫隙里，最后用DS堵水劑B料進(jìn)行抹面，直至不再有水流出為止。

第二步，導(dǎo)管邊縫封堵完成后，關(guān)閉閘閥觀察裂隙涌水段巖面的出水情況，記錄每一處出水位置。如果出水位置周圍圍巖完整，打開閘閥減少出水壓力后可直接用DS堵水劑B料進(jìn)行抹面工作，將出水裂隙完全封堵住，直到不再有水流出為止。如果出水位置周圍圍巖較破碎，則一定要用錘子和改錐將出水口破碎巖石全部敲掉，直到找到一個相對完整的巖面再進(jìn)行抹面工作。以此重復(fù)將所有出水位置全部封堵，以防注漿時漏漿。

第三步，抹面工作全部完成后，關(guān)閉閘閥觀察整體抹面效果，如果巖面仍有出水，則對出水位置再次進(jìn)行鑿巖抹面工作，以此反復(fù)直至抹面后關(guān)閉閘閥不再有出水情況或出水量很小。

3.4 注漿

第一，注漿時抹面后的裂隙沒有漿液外漏情況或漿液外漏很小。這種情況可持續(xù)注漿，并不斷觀測相鄰出水裂隙出水情況是否發(fā)生變化，周圍巖面有沒有出現(xiàn)漏漿等情況。開始注漿一段時間后，停止注漿打開泄壓閥，觀測泄壓閥中出水情況，如泄壓閥仍舊出水則關(guān)閉泄壓閥繼續(xù)注漿，以上步驟每隔5 min左右重復(fù)一次，直到泄壓閥中不再出水時注漿結(jié)束[3]。注漿結(jié)束后保持注漿管閘閥關(guān)閉，待第二個工作日打開閘閥查看注漿效果。

第二，注漿時抹面后的裂隙有少量漿液外漏，此時可先單注DS堵水劑A料1 min左右，然后再同時注水泥漿。當(dāng)漿液外漏有變大趨勢時，可短暫停止注漿，大約1 min左右繼續(xù)注漿，此過程可根據(jù)實際情況循環(huán)操作。當(dāng)漏漿處不再漏漿，重復(fù)第一種情況下的操作步驟，完成注漿。如果短時間停頓后再次注漿，漏漿情況不減反增，可持續(xù)注漿幾分鐘，然后關(guān)閉注漿管閘閥，打開泄壓閘閥，用清水清洗注漿管路。注入的材料凝固，大約30 min后，再次注漿，觀測漿液外漏情況。如果漿液外漏情況減少，則繼續(xù)短時間內(nèi)注漿、停頓、注漿的循環(huán)過程，直到情況與第一種情況相同時，按第一種情況的操作完成注漿。如果漿液外漏情況依舊增大，可持續(xù)注漿幾分鐘，觀查漏漿情況，如果漏漿嚴(yán)重，達(dá)不到注漿效果，則停止注漿，再次進(jìn)行抹面封口步驟。

第三，如果注漿時漿液大量外漏，相鄰節(jié)理裂隙出現(xiàn)大量漏漿情況，此時直接停止注漿，清洗注漿管路，然后重新進(jìn)行抹面封口工作。

以上三種情況在單孔注漿時可能都會出現(xiàn)，并不斷變化，因此注漿時應(yīng)當(dāng)隨時調(diào)整注漿方法。特別注意在注漿時，如果需要長時間停止注漿，則一定要清洗注漿管路，以防堵塞。

3.5 收尾工作

注漿完成后，應(yīng)及時清洗注漿機(jī)、灰漿攪拌機(jī)，然后切斷電源，確保用電安全。收集整理注漿機(jī)械、材料、工具并歸納存放。清除施工垃圾和外漏注漿材料，保持隧洞整潔。最后觀測當(dāng)日注漿后巖面出水情況，并做好記錄。

4 結(jié)語

經(jīng)過實踐，DS堵水劑隧洞注漿堵水整體效果較好，能達(dá)到設(shè)計堵水要求。但是對于出水裂隙處不同的圍巖情況、出水裂隙形式的不同堵水效果也不相同。主要可分為以下兩種情況。

第一，涌水裂隙處巖石完整程度好、硬度較大且出水較集中時，注漿效果能達(dá)到90%以上，且一次注漿成功后，不會出現(xiàn)反復(fù)情況。第二，涌水裂隙處巖石較破碎且出水不集中，表現(xiàn)為巖面多處線狀出水或滲水。對于這種出水情況DS堵水劑注漿堵水效果較差，只能達(dá)到50%左右，并且堵水完成后過一段時間會有不同程度的反復(fù)情況。