輸水隧洞全風(fēng)化圍巖泄水誘導(dǎo)注漿技術(shù)研究

郭金文

（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110000）

1 工程背景

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省東部寬甸滿族自治縣長(zhǎng)甸鎮(zhèn)境內(nèi)，工程計(jì)劃設(shè)置4臺(tái)機(jī)組，屬于東北地區(qū)新建大型水利工程項(xiàng)目[1]。工程建成后將擔(dān)負(fù)東北電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷任務(wù)，對(duì)保證東北電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。

蒲石河抽水蓄能電站為一等大（1）型工程，主要由上下游水庫(kù)、混凝土面板堆石壩、上下水庫(kù)進(jìn)水口、泄洪排沙閘壩以及地下系統(tǒng)組成。其中，地下系統(tǒng)包括地下廠房、引水和尾水三大主要系統(tǒng)構(gòu)成。引水隧洞采用二洞四機(jī)布置，引水主洞全長(zhǎng)約770 m，尾水隧洞長(zhǎng)約1 170 m。由于輸水隧洞埋藏較深，開挖部位地質(zhì)環(huán)境較差，開挖施工難度較大[2]。其中，樁號(hào)0＋432至樁號(hào)0＋467段圍巖屬于全風(fēng)化花崗巖，節(jié)理和裂隙發(fā)育，為突水和突泥提供了天然導(dǎo)水通道。同時(shí)，蒲石河流域?qū)儆跐駶?rùn)地區(qū)，夏季降雨集中，雨量較大，為隧洞突水突泥提供了水源補(bǔ)給。上述各種因素的聯(lián)合作用，導(dǎo)致施工段突水突泥強(qiáng)度高，施工難度很大。

2 泄水誘導(dǎo)注漿技術(shù)原理

輸水隧洞全風(fēng)化花崗巖施工段地層的水壓高、水量大，前期施工中采取常規(guī)注漿方式，結(jié)果顯示注漿起壓迅速，漿液擴(kuò)展形態(tài)被水流嚴(yán)重壓縮，加固效果不理想[3]。同時(shí)，起壓迅速也說明圍巖區(qū)沒有良好的排水通道。因此，為了提高注漿質(zhì)量，保證輸水隧洞施工的順利進(jìn)行，擬在注漿過程中人為設(shè)置排水通道，通過泄水降壓，引導(dǎo)和增大漿液的擴(kuò)散范圍，以大幅提升注漿加固效果。

基于上述考慮，針對(duì)輸水隧洞全風(fēng)化地層的地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，提出了泄水誘導(dǎo)注漿技術(shù)。該技術(shù)以傳統(tǒng)帷幕注漿治理方法為主，采取分段注漿工藝技術(shù)，同時(shí)輔以泄水孔配合注漿施工，在圍巖中形成比較穩(wěn)定的網(wǎng)狀泄水通道，以降低圍巖的含水率和水壓，引導(dǎo)漿液擴(kuò)散。

3 泄水誘導(dǎo)注漿方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 全斷面帷幕注漿方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

1）注漿分段長(zhǎng)度。為了確保施工安全，在全風(fēng)化花崗巖段施工掌子面退后5.0 m，進(jìn)行混凝土止?jié){墻施工，分段注漿的長(zhǎng)度設(shè)置為15 m，開挖10 m，襯砌10 m，按照上述參數(shù)和施工方式依次推進(jìn)。為了保證注漿的效果和均勻性，在施工過程中擬采用如圖1所示的前進(jìn)式分段注漿方式。當(dāng)鉆孔過程中出現(xiàn)突泥和突水現(xiàn)象時(shí)，立即停止鉆進(jìn)，并采取固結(jié)工程措施，必要時(shí)可以對(duì)鉆進(jìn)分段程度進(jìn)行調(diào)整，以保證注漿施工效果[4]。

2）止?jié){墻與止?jié){巖盤設(shè)計(jì)。由于全風(fēng)化花崗巖段地質(zhì)環(huán)境較差，存在高壓含水層，為防止從未注漿段向作業(yè)面涌水以及注漿施工過程中的跑漿，在每個(gè)循環(huán)的注漿前設(shè)置C20混凝土止?jié){墻，厚度為100 cm[5]。此外，在每個(gè)循環(huán)的注漿結(jié)束并開始開挖后，預(yù)留出5 m作為下一階段注漿施工的止?jié){巖盤。

圖1 注漿施工模式圖

3）注漿壓力和擴(kuò)散半徑。由于注漿施工地段為全風(fēng)化花崗巖破碎帶，為保證注漿效果，需要以劈裂注漿為主，因此注漿壓力不宜過高，應(yīng)以中壓為主，盡量避免對(duì)地層造成較大的擾動(dòng)，從而產(chǎn)生次生地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)上述分析，這次工程的注漿壓力設(shè)定為2～6 MPa，初步確定注漿擴(kuò)散半徑為2 m。

4）注漿孔布置。在注漿施工中，每個(gè)循環(huán)設(shè)置86個(gè)注漿孔，其位置如圖2所示。其中1-23號(hào)孔的孔深設(shè)定為10 m；24-43號(hào)孔的孔深設(shè)定為12 m；44-86號(hào)孔的孔深16.5 m；在注漿孔的前段設(shè)置長(zhǎng)3.5 m的孔口管?？卓诠茔@孔要采用90 mm鉆頭鉆成，后段使用80 mm鉆頭鉆成。在孔口管安裝時(shí)要確保牢固性和穩(wěn)定性，特別是孔口管和孔壁之間必須要用環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充，防止在注漿過程中在此部位發(fā)生漏漿。在孔口管的前端設(shè)置防突裝置并與鉆桿配套。

圖2 注漿孔孔位布置示意圖

5）注漿材料選擇。在注漿施工過程中，根據(jù)施工段的涌水量和地下水儲(chǔ)存情況選用注漿漿液，一般情況下應(yīng)選用單漿液，如果遇到破碎帶內(nèi)存在大量涌水的情況，可以選用雙漿液控制注漿過程中的漿液擴(kuò)散范圍[6]。其中，單漿液以水泥為主，并適當(dāng)添加8064速凝劑，如果施工中遇到水量較大的情況，則需要選用水泥-水玻璃類漿液，則需要添加適量的磷酸氫二鈉。在漿液配置中水灰比掌握在1∶1～1∶0.5，具體的配合比應(yīng)該根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。

3.2 泄水孔方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

在帷幕注漿過程中，通過泄水孔排水可以將頂水注漿變?yōu)橐龑?dǎo)注漿，對(duì)提高漿液擴(kuò)散范圍，強(qiáng)化注漿效果具有重要作用。在具體施工過程中，要在注漿段帷幕注漿孔施工完畢后開始泄水孔施工，具體的施工方案與實(shí)施如下：

1）泄水孔參數(shù)確定。在這次施工中，泄水孔鉆孔最小斷面直徑為75 mm，但考慮由于圍巖的松散性造成的塌孔，最小斷面按照40 mm計(jì)算，由于泄水孔處的水頭高度約為70 m，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)成果[7]，可以計(jì)算得到單孔泄水量為65 m3/h，按照隧洞前期施工中的最大突水量600 m3/h計(jì)算，泄水孔的總泄水量應(yīng)在400 m3/h以內(nèi)，因此需要泄水孔6眼。

2）泄水孔鉆孔布置。通過前期地質(zhì)調(diào)查對(duì)第二循環(huán)富水區(qū)的劃分，將開挖輪廓線外的區(qū)域作為泄水孔的終孔位置區(qū)間。在泄水孔鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)要掌握富水區(qū)整體均勻布設(shè)，主要涌水點(diǎn)加密的設(shè)計(jì)原則[8]。同時(shí)，為了減小對(duì)注漿加固區(qū)的弱化作用，泄水孔的終孔位置盡量設(shè)在加固圈外則，為注漿工作的開展和下一步的開挖創(chuàng)造有利條件。根據(jù)對(duì)前期水文地質(zhì)資料的分析，在止?jié){墻前方富水區(qū)設(shè)置1號(hào)和2號(hào)泄水孔的實(shí)際泄水量，并不能達(dá)到實(shí)際施工要求，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)泄水孔的均勻分布，在上述位移補(bǔ)充設(shè)計(jì)3號(hào)和8號(hào)泄水孔，各泄水孔的參數(shù)如表1所示。

3）泄水孔施工。在常規(guī)全斷面注漿的前兩個(gè)注漿段在起到對(duì)淺部圍巖進(jìn)行加固外，還起到對(duì)施工掌子面前方的探查作用，可以為下一步施工中的泄水孔方案調(diào)整提供必要依據(jù)。泄水孔施工開始于第二注漿段加固完畢之后，并一次性施工至兩個(gè)注漿段長(zhǎng)的位置，然后隨著注漿分段施工而同步向前推進(jìn)，以保證對(duì)注漿孔前富水的有效疏導(dǎo)。在帷幕注漿施工至最后一個(gè)循環(huán)段之前，直接施工至終孔位置。此外，根據(jù)輸水隧洞的水文地質(zhì)條件，泄水孔的總泄水量應(yīng)該滿足400 m3/h的要求，在具體施工過程中要結(jié)合具體的泄水量，對(duì)泄水孔的數(shù)量和方位進(jìn)行不斷調(diào)整。

表1 泄水孔參數(shù)設(shè)計(jì)表

3.3 誘導(dǎo)注漿效果分析

在注漿施工完成之后，通過檢查孔的方式對(duì)注漿效果進(jìn)行分析。在檢查孔設(shè)置上采取“整體覆蓋，重點(diǎn)突出”的原則設(shè)置了15個(gè)檢查孔，最大控制范圍設(shè)定到開挖外輪廓線外6 m。通過對(duì)檢查孔涌水情況的分析顯示，隧洞的頂部和兩側(cè)上方治理效果良好，而拱底和兩側(cè)底部由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜且為強(qiáng)富水區(qū)，雖然涌水量已經(jīng)顯著降低，但是仍存在突水風(fēng)險(xiǎn)。因此，增設(shè)10個(gè)補(bǔ)強(qiáng)注漿孔，對(duì)上述區(qū)域進(jìn)行再次強(qiáng)化注漿。在強(qiáng)化注漿完工后，對(duì)補(bǔ)強(qiáng)孔的涌水量進(jìn)行復(fù)鉆檢驗(yàn)，90%的鉆孔達(dá)標(biāo)，具備開挖條件。在檢驗(yàn)過程中將5號(hào)和14號(hào)鉆孔兼作取芯孔，對(duì)鉆取的巖芯進(jìn)行觀測(cè)可知，圍巖漿液充填率較高，說明注漿加固效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)蒲石河抽水蓄能電站輸水隧洞全風(fēng)化圍巖和富水性特點(diǎn)，采用泄水誘導(dǎo)注漿技術(shù)進(jìn)行圍巖固結(jié)灌漿。在灌漿加固結(jié)束之后，隨即進(jìn)行輸水隧洞開挖，通過開挖施工顯示，掌子面突水突泥問題得到了有效控制，不僅干燥、密實(shí)，而且具有較強(qiáng)的自穩(wěn)能力。在注漿部位的巖土中，能夠清晰看出大量具有良好延展性的漿脈分支，并以劈裂的形式延伸擴(kuò)展。通過這些漿脈的支撐和壓實(shí)作用，圍巖的強(qiáng)度和整體性顯著提升。經(jīng)過注漿治理，輸水隧洞施工順利通過全風(fēng)化圍巖段，未發(fā)生重大工程事故。