小浪底引黃工程引水干線隧洞突涌水封堵方案

趙文靜

（山西省小浪底引黃工程建設(shè)管理局，山西 太原 030002）

小浪底引黃工程V標(biāo)，位于運城市東部的垣曲縣和聞喜縣境內(nèi)，標(biāo)段主要工程包括2號隧洞20+250～34+090段，6號、7號、8號、9號支洞及臨時工程等，主洞全長13.84 km。4條支洞長約3 539.48 m。其中6號支洞位于主洞樁號21+095處，支洞全長617 m，支洞進(jìn)口底高程為563 m，設(shè)計坡度為7.1°，與主洞交匯點底標(biāo)高為490.28 m，交角70°，支洞出碴采用無軌運輸。7號支洞位于主洞樁號25+138.16處，支洞全長834.92 m，支洞進(jìn)口底高程為612 m，縱坡14.5%，與主洞交匯點底標(biāo)高為489 m，支洞出碴采用無軌運輸。8號支洞位于主洞樁號28+520處，支洞全長688.4 m，支洞進(jìn)口底高程為725 m，設(shè)計坡度為20.95°，與主洞交匯點底標(biāo)高為487.80 m，支洞出碴采用有軌運輸。9號支洞位于主洞樁號32+690處，支洞全長1 198.9 m，支洞進(jìn)口底高程為835 m，設(shè)計坡度為17.3°，與主洞交匯點底標(biāo)高為486.41 m，支洞出碴采用有軌運輸。

1 工程概況

小浪底引黃工程引水干線2號隧洞，樁號32+013處地層為元古界中條群余元下組（Ptzy）；圍巖完整性差，極其不穩(wěn)定，是裂隙較發(fā)育的V類圍巖；位于地下水位以下和F 10逆斷層下盤，地下水豐富，在開挖的過程中極易出現(xiàn)涌水，且涌水量比較大。

2號隧洞掘進(jìn)至掌子面樁號32+013，鉆孔出現(xiàn)突涌水，排水量約454 m3/h（10 896 m3/d）。

排水系統(tǒng)設(shè)計的排水能力約500 m3/h（12000 m3/d），洞口1號變壓器800 kVA負(fù)荷809 kW（水泵559 kW、絞車250 kW），洞口2號變壓器800 kVA，水泵負(fù)荷820 kW；洞內(nèi)0+745處變壓器500 kVA，水泵負(fù)荷441 kW，洞內(nèi)1+040處變壓器500 kVA，水泵負(fù)荷422 kW，所有變壓器只供排水已滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，無法通過增加水泵的方法，提高排水能力。

當(dāng)前隧洞排水量約454 m3/h，已接近排水系統(tǒng)極限，繼續(xù)施工安全風(fēng)險較大，為了保證施工安全，需對該洞段進(jìn)行超前堵水灌漿。

2 堵水灌漿

在樁號32+013上游未開挖洞段堵水，超前預(yù)注漿。每15 m一個循環(huán)，掘進(jìn)10～12 m，當(dāng)開挖掌子面出水量減少，不影響開挖作業(yè)時，停止超前預(yù)注漿；孔位布置根據(jù)現(xiàn)場出水情況調(diào)整，工程量以現(xiàn)場發(fā)生工程量為準(zhǔn)。

堵水灌漿分兩步驟：一是涌水孔封堵，二是掌子面封堵。

2.1 樁號32+013掌子面涌水孔封堵注漿

2.1.1 鉆孔

掌子面突水壓力小的鉆孔，安裝直徑42 mm，長2 m孔口管；再安裝直徑25 mm注漿管（帶球閥），DS固體材料封孔。

掌子面突水壓力大的鉆孔，在其1 m周邊，鉆設(shè)泄壓孔，泄壓孔孔徑42 mm、孔深2 m（泄壓孔孔數(shù)根據(jù)施工情況定）；泄壓完成后安裝直徑42 mm，長2 m孔口管，再安裝直徑25 mm注漿管（帶球閥），DS固體材料封孔。

根據(jù)掌子面突涌水部位周邊圍巖發(fā)育狀況布設(shè)鉆孔，采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑42 mm，預(yù)設(shè)孔深3 m，然后依據(jù)孔深安裝2.5 m長，直徑25 mm灌漿鋼管（帶球閥），DS固體材料封孔。

2.1.2 灌漿

采用XZS 70/100電動灌漿泵純壓式灌漿，DS系列化學(xué)堵水材料和水泥漿混合灌漿（DS：水泥漿重量比1∶1～1∶4），灌漿時漿液由稀到濃逐級變換，灌漿終壓1.5～8.0 MPa（實際注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件與鉆孔出水量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整），水泥、DS化學(xué)漿液兩種組分單獨輸送至孔口混合，壓力表安裝在進(jìn)漿管路上，壓力表與管路之間設(shè)隔漿裝置。

當(dāng)孔內(nèi)涌水量小于50 m3/h時，水泥漿水灰比W∶C，處于2∶1～0.8∶1之間；當(dāng)孔內(nèi)涌水量大于50 m3/h時，水泥漿水灰比W∶C，控制在1∶1～0.5∶1之間。

2.2 樁號32+013掌子面封堵注漿

2.2.1 鉆孔

超前預(yù)注漿，采用Zyj-380/210液壓架柱式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔，隧洞上部鉆孔需墊石渣作為鉆機(jī)平臺，鉆機(jī)平臺長5 m，高2 m；底部鉆孔需在頂部作臨時鋼桁架。本次超前預(yù)注漿周邊鉆孔14個，孔深15 m，傾角8°～10°，鉆孔孔位布置見圖2（孔數(shù)、孔位根據(jù)情況適當(dāng)增減）。

圖2 超前預(yù)注漿孔位布置示意圖（單位：cm）

鉆孔時出現(xiàn)卡鉆、夾釬、塌孔、未達(dá)到15 m突涌水（大于排水系統(tǒng)排水能力）時，即刻停鉆灌漿，灌漿完成后在原孔位重新鉆孔；鉆孔施工中可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整鉆孔孔深，孔口管周圍及巖石裂隙突涌水部位，使用DS化學(xué)堵水固體材料封堵；若鉆孔出水壓力大，圍巖破碎，塌孔嚴(yán)重，封孔難度大，需人工撬除破碎石渣并在孔口管上安裝多個球閥泄壓，保證灌漿效果。

2.2.2 灌漿

采用XZS 70/100電動灌漿泵，進(jìn)行純壓式灌漿，灌漿時漿液由稀到濃逐級變換。灌漿終壓1.5～8.0 MPa，實際注漿壓力，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件與鉆孔出水量，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。用DS系列化學(xué)堵水材料和水泥漿進(jìn)行混合灌漿[1]（DS與水泥漿重量比在1∶1～1∶4之間），水泥、DS化學(xué)漿液兩種組分單獨輸送至孔口混合，壓力表安裝在進(jìn)漿管路上，壓力表與管路之間設(shè)隔漿裝置。

當(dāng)孔內(nèi)涌水量小于50 m3/h時，水泥漿的水灰比W∶C，采用2∶1～0.8∶1；當(dāng)孔內(nèi)涌水量大于50 m3/h時，水泥漿水灰比W∶C，采用1∶1～0.5∶1。

2.3 注漿檢驗

堵水注漿效果要達(dá)到80%，堵水后掌子面排水量控制在50 m3/h以內(nèi)。超前預(yù)注漿每循環(huán)注漿完畢24 h后，鉆15 m水平檢查孔，檢查孔孔數(shù)、孔位、孔深由建設(shè)、監(jiān)理、施工單位協(xié)商確定，檢查孔合格標(biāo)準(zhǔn)單孔涌水量不超過5 m3/h，滿足了限量排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了預(yù)期效果[2]。

檢查孔檢驗合格后，方可爆破掘進(jìn)；若檢查孔單孔涌水量超過5 m3/h，則對檢查孔注漿，根據(jù)施工過程中涌水情況，進(jìn)行補(bǔ)灌、檢查，檢查合格后，方可爆破掘進(jìn)。

3 結(jié)語

隧道施工過程中，突涌水是比較常見的地質(zhì)災(zāi)害，對圍巖破碎帶大的富水洞段[3]，采用化學(xué)灌漿進(jìn)行封堵，取得了很好的效果，既提高了圍巖的整體性，又達(dá)到了堵水的目的，開挖掘進(jìn)過程中，掌子面的滲流量明顯降低。