深埋長(zhǎng)距離隧洞施工涌水處理技術(shù)

張俊文 李久源

摘要：基于隧洞施工地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水資源豐富等特點(diǎn)，主要闡述了深埋長(zhǎng)距離隧洞施工過程中處理突發(fā)涌水的施工方法。提出了將超前帷幕注漿、開挖后注漿、局部注漿及補(bǔ)注漿等施工技術(shù)方法相結(jié)合的一套涌水處理施工技術(shù)。灌漿結(jié)果表明：該方法切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可有效封堵滲水部位，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保證了工程安全順利施工。

關(guān)鍵詞：隧洞施工;涌水處理;灌漿;深埋長(zhǎng)距離隧洞

中圖法分類號(hào)：TV554

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-0081（2020）12-0022-04

1概述

針對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜、施工技術(shù)難度較大的基礎(chǔ)工程施工，尤其是對(duì)突發(fā)涌水不良地質(zhì)段的處理，必須提前做好相關(guān)處理準(zhǔn)備工作，防止出現(xiàn)突發(fā)涌水等對(duì)工程建設(shè)造成嚴(yán)重影響，從而確保施工安全。

GSRQ工程規(guī)模為大（1）型，合理使用年限為100a，建筑物等級(jí)為I級(jí)。根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，該隧洞埋深315～795m，隧洞最大總涌水量為2886m³/h，涌水處理對(duì)該工程影響較大。

2涌水處理總體思路

（1）以堵為主、以排為輔、堵排結(jié)合。當(dāng)物探及超前鉆孔確定有滲涌水時(shí)，監(jiān)測(cè)其水壓、流量并估算水量，根據(jù)地質(zhì)、監(jiān)測(cè)水壓、流量及水量等情況，確定堵水處理方案，并提前準(zhǔn)備好排水設(shè)施進(jìn)行滲涌水處理。

（2）系統(tǒng)超前堵水。根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)和地下水探測(cè)結(jié)果，對(duì)隧洞進(jìn)行系統(tǒng)超前止水帷幕封堵、局部增加不同深度和角度的隨機(jī)鉆孔，開挖后對(duì)零星滲水部位二次堵水。

（3）局部專項(xiàng)處理。在系統(tǒng)超前封堵和隧洞開挖前未進(jìn)行超前灌漿堵水或已實(shí)施了超前灌漿，但又因施工導(dǎo)致滲涌水情況，采取局部專項(xiàng)堵水處理。

3堵水注漿工藝及方法

3.1堵水灌漿工藝原理

在施工過程中，根據(jù)滲水部位、滲水量及現(xiàn)場(chǎng)施工情況，采用開挖前超前帷幕注漿、開挖后注漿、局部注漿及補(bǔ)注漿相結(jié)合的方式進(jìn)行堵水灌漿。

3.2超前止水帷幕灌漿

3.2.1超前灌漿施工要求

（1）為確保施工安全，在特殊不良地質(zhì)洞段，應(yīng)根據(jù)掌子面前方超前地質(zhì)預(yù)報(bào)判斷的圍巖破碎和賦水情況，提出針對(duì)性的開挖支護(hù)措施及必要的超前處理措施。

（2）超前灌漿根據(jù)掌子面前圍巖情況可對(duì)掌子面前方圍巖周圈、周圈局部、部分?jǐn)嗝婊蛉珨嗝孢M(jìn)行超前灌漿。

（3）超前灌漿施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息，掌握地質(zhì)情況以及地下水分布部位和特點(diǎn)，采取相應(yīng)的超前灌漿材料和灌漿工藝。

（4）根據(jù)地質(zhì)、涌水及施工條件等情況，采用以下2種方式設(shè)置止?jié){墻：①當(dāng)掌子面地質(zhì)條件較好、涌水量小且壓力不大時(shí)，選用化學(xué)灌漿形成止?jié){墻;②當(dāng)掌子面巖層較破碎或已經(jīng)出現(xiàn)明顯集中涌水或化學(xué)灌漿制漿墻無法實(shí)施時(shí)，澆筑混凝土止?jié){墻。

（5）在止?jié){墻上采用預(yù)埋孔口管，在混凝土澆筑前應(yīng)在灌漿部位預(yù)埋加厚玻璃纖維管，牢固定位，以防混凝土澆筑過程中移動(dòng)，并做好有效標(biāo)識(shí)。

（6）后續(xù)洞段超前灌漿利用前一循環(huán)灌漿時(shí)的搭接段作為巖體止?jié){墻。

3.2.2超前灌漿施工準(zhǔn)備

（1）孔位布置及深度。超前灌漿孔沿掌子面外圍輪廓單排或雙排布置，中間均勻布置6～10個(gè)鉆孔，鉆孔深度約7～30m。超前灌漿孔布置見圖1。

（2）灌漿材料。選用P.MSR 42.5低堿中抗硫水泥;選用液體硅酸鈉型的水玻璃;化學(xué)灌漿材料為高分子聚合物。堵水材料適用條件詳見表1。

對(duì)于出水量較小的孔 （≤5m³/h），采用2：1純水泥漿灌注，隨著注入量增加逐步增加濃度至0.5：1;對(duì)于出水量較大的孔（5m³/h<出水量≤100m³/h），采用0.8：1水泥漿摻加10%～25%水玻璃灌注;涌水較大且外漏較嚴(yán)重時(shí)采用高分子聚合物進(jìn)行堵水。

（3）灌漿方法與順序。灌漿全部采用全孔一次性壓力灌漿，并按照“先無水后有水、先小水后大水、先淺層后深層、先兩端后中間、先仰拱塊后頂拱再邊墻”的順序依次進(jìn)行灌注。具體可根據(jù)出水情況調(diào)整灌漿順序。

3.2.3鉆孔施工

（1）根據(jù)施工圖紙布置孔位標(biāo)記。

（2）開孔控制：預(yù)注漿孔的開孔孔位與設(shè)計(jì)偏差不得大于10cm。

（3）角度控制：灌漿孔和注漿孔孔底偏差都應(yīng)不大于1/40孔深。

（4）鉆孔設(shè)備：TBM段采用100B輕型潛孔鉆進(jìn)行鉆孔，孔徑為70～90mm。先將TBM后退4～5m，施工人員通過刀盤進(jìn)人孔（直徑55cm）將鉆機(jī)、腳手架管等材料轉(zhuǎn)運(yùn)至掌子面。采用腳手架管搭設(shè)臨時(shí)鉆孔臺(tái)架，采用1m的鉆桿接釬進(jìn)行鉆孔。

（5）鉆孔方式：根據(jù)地下水實(shí)際情況確定鉆孔分段方式。

（6）鉆孔結(jié)束后進(jìn)行孔深、孔向、孔位的測(cè)試，確定鉆孔是否合格，并對(duì)已完成鉆孔進(jìn)行加塞保護(hù)。

（7）對(duì)整個(gè)鉆孔施工過程進(jìn)行詳細(xì)記錄（鉆孔記錄）。

3.2.4超前灌漿施工

（1）灌漿要求。在進(jìn)行超前灌漿孔灌漿時(shí)，若開挖掌子面有滲水，應(yīng)先對(duì)滲水部位進(jìn)行封堵，封堵方式包括棉紗表面嵌縫、聚氨酯淺層堵漏等，再進(jìn)行灌漿。

（2）灌漿順序與灌漿方式為：①灌漿加固過程中，對(duì)于無水孔和出水量小的孔及時(shí)進(jìn)行灌注，涌水量大的孔預(yù)留作為該部位的分流減壓孔，待周邊加固完善后再進(jìn)行封堵。②根據(jù)地下水實(shí)際情況確定灌漿分段與灌漿方式。

（3）灌漿水灰比。具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)和監(jiān)理人指示確定。

（4）灌漿壓力。具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)和監(jiān)理人指示確定。

（5）封孔。由于灌漿孔全部鑲鑄膜袋塞或安裝孔口封閉器，使用孔口封閉。

4開挖后滲、涌水處理措施

4.1處理原則

在隧洞開挖后，由于前期未進(jìn)行超前灌漿堵水，或已實(shí)施了超前灌漿，但因刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致滲涌水的情況，其總體思路和原則是“預(yù)防第一、以堵為主、堵排結(jié)合、限量排放，統(tǒng)籌兼顧”。

（1）散狀小流量滲水遵循“匯集導(dǎo)流、加強(qiáng)觀測(cè)、襯砌后灌漿處理”的思路。

（2）股狀中流量涌水遵循“表面及側(cè)向有序引排、周邊淺層固結(jié)、深部灌漿封堵”的思路。

（3）股狀大流量突涌水遵循“表面有序引排、深部泄水降壓、灌注止?jié){墻、淺層固結(jié)、擇機(jī)封堵或可控排放”的思路。

（4）由于滲涌水處理施工與隧洞開挖、支護(hù)、混凝土襯砌等工序存在施工干擾，在實(shí)施治理方案時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌兼顧對(duì)其他工序的影響，同時(shí)考慮整體排水能力以及特殊工況下的施工安全等情況。

4.2處理方法

4.2.1原孔灌漿封堵法

安設(shè)灌漿塞，采用純水泥漿灌注時(shí)灌漿壓力一般為涌水壓力+（0.3～0.8）MPa，采用水泥水玻璃漿液灌注時(shí)，灌漿壓力一般為涌水壓力+（0.5～2.0）mPa，但最高不宜超過3.0mPa。

4.2.2引水分流封堵法

考慮灌漿后仍需要TBM掘進(jìn)施工，為了防止鋼鐵硬件造成刀具損壞，孔口管采用厚壁玻璃纖維管埋設(shè)，新開的孔作為灌漿孔兼作分流降壓，待壓力下降后對(duì)涌水孔安裝止?jié){塞。灌漿工藝與原孔灌漿封堵法相同。

4.2.3圍巖少量散狀滲水的處理

當(dāng)洞壁巖面或初期支護(hù)面散狀滲水，滲水量較大時(shí)，采用局部注漿方案堵水減排，以確保后期襯砌混凝土能順利施工。

4.2.4隧洞突涌水（泥）的處理

在隧洞開挖施工后涌水、突泥的情況大多出現(xiàn)在掌子面底部、側(cè)墻、頂拱部位，包括未襯砌部位的集中股狀滲水。

（1）有序集中引排涌水。底板突涌水時(shí)，在涌水點(diǎn)中心部位安裝數(shù)根大直徑過濾花管，根據(jù)涌水規(guī)模確定花管開眼大小和數(shù)量，花管后端采用同直徑鋼管連接至附近積水坑，然后在涌水點(diǎn)周圍用沙袋、黏土堆碼確保涌水全部從引水管流至泵站積水坑。如果涌水點(diǎn)高程低于附近的泵站積水坑，則在引水管內(nèi)安裝多級(jí)水泵抽排至泵站積水坑。

對(duì)于邊頂拱的涌水，先采用加厚防雨布將涌水匯集至底板附近，再參照上述方法集中引排。

（2）鉆孔泄水降壓。深部引排孔的目的是在涌水點(diǎn)的深部截穿地下水進(jìn)行泄水降壓。根據(jù)滲水量及壓力大小布置泄水孔數(shù)量和部位。漏水點(diǎn)圍巖較完整時(shí)，泄水孔深5～8m;圍巖較破碎時(shí)，應(yīng)盡量選擇附近相對(duì)較完整圍巖段鉆孔，鉆孔2m后埋設(shè)孔口管;其中TBM掘進(jìn)段采用加厚玻璃纖維管埋設(shè)，然后繼續(xù)鉆進(jìn)至富水構(gòu)造內(nèi)，此時(shí)鉆孔深度可增至10～25m，深部引排孔可同時(shí)作為后期的集中封堵孔。

（3）加強(qiáng)圍巖支護(hù)。由于發(fā)生突涌水后需要進(jìn)行灌漿封堵，為確保灌漿時(shí)圍巖的穩(wěn)定和封閉，采取周向固結(jié)灌漿加固。

（4）表面裂隙封堵。在通過分流減壓孔和集中引排孔的分流和減壓后，使用速凝嵌縫材料或棉紗等對(duì)主裂隙及影響范圍內(nèi)的次生裂隙進(jìn)行嵌堵。

（5）混凝土澆筑止?jié){墻。

（6）填充灌漿。系統(tǒng)灌漿前先對(duì)涌水突泥形成的空洞進(jìn)行填充。模袋灌漿中模袋采用丙綸細(xì)股紗，其平織密度大、厚道薄、重量輕、強(qiáng)度高。模袋大小及強(qiáng)度根據(jù)灌漿需要進(jìn)行選用。模袋下設(shè)時(shí)采用細(xì)鉛絲或麻繩捆綁，捆綁時(shí)不折疊模袋，以免影響模袋注漿。

（7）淺層固結(jié)灌漿。淺層固結(jié)灌漿施工主要是對(duì)裂隙發(fā)育且破碎的圍巖段進(jìn)行固結(jié)，提高圍巖的整體性，增加高壓灌漿時(shí)的巖石蓋重，確保后期高壓封堵灌漿時(shí)不至于圍巖失穩(wěn)破壞。單孔注漿深度為3.0～6.0m，當(dāng)?shù)貙悠扑閲?yán)重?zé)o法成孔時(shí)，可以采用錨固鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)工藝，跟管直徑為108mm。

（8）深部封堵鉆孔灌漿。完成上述相關(guān)工序后擇機(jī)進(jìn)行深部封堵鉆孔灌漿，溶洞區(qū)域回填后也根據(jù)實(shí)際情況予以灌漿處理。灌漿孔布置原則為：①鉆孔孔位選擇涌水點(diǎn)附近較完整的基巖段，深度一般為10～20m;鉆孔角度盡可能與裂隙在深部相交;鉆孔直徑40～110mm。②鉆孔數(shù)量根據(jù)涌水規(guī)模及實(shí)際地質(zhì)情況綜合確定，一般要確保在涌水點(diǎn)附近10m范圍內(nèi)布置適量的鉆孔。③鉆孔一般采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，但是地層破碎無法成孔時(shí)需采用跟管鉆進(jìn)工藝。鉆孔施工順序?yàn)橛缮现料?，由外圈到?nèi)圈，分序加密。④根據(jù)地層特點(diǎn)和涌水量大小，綜合選用液壓栓塞、機(jī)械栓塞、封孔膜袋栓塞、預(yù)埋孔口管等方法進(jìn)行孔口封閉。⑤一次性鉆至設(shè)計(jì)深度的采用全孔一次性灌漿。⑥灌漿加固過程中，對(duì)于無水孔和出水量小的孔及時(shí)進(jìn)行灌注，涌水量大的孔預(yù)留作為該部位的分流減壓孔，待周邊加固完善后再進(jìn)行封堵。⑦滲水量較小且分散，采用普通水泥漿由稀至濃逐級(jí)灌注;滲水量較大且集中，采用雙液漿，摻加量逐漸增加;表面滲漏嚴(yán)重?zé)o法封堵時(shí)，可增設(shè)表層淺孔灌注聚氨酯;地下水流速過快時(shí)，聚氨酯和水泥水玻璃雙液灌漿;大型裂縫或溶腔，采用模袋灌漿工藝結(jié)合灌注砂漿或澆筑不分散混凝土。⑧其他灌漿工藝參考超前止水帷幕灌漿相關(guān)要求。

4.3灌漿效果

堵水灌漿完畢后，在突水點(diǎn)中間部位或可能存在滲水隱患的部位布設(shè)3個(gè)探水檢查孔，探測(cè)孔深度比系統(tǒng)灌漿孔小1～2m，若單孔出水量滿足設(shè)計(jì)要求可不進(jìn)行處理;若還存在較大滲水，則再結(jié)合前期的鉆孔灌漿情況有針對(duì)性地隨機(jī)加密鉆孔和灌漿封堵，直至封堵滿足要求。

5結(jié)語

TBM施工采用以堵為主、以排為輔、堵排結(jié)合，系統(tǒng)超前堵水，局部專項(xiàng)處理的涌水處理方法。該方法可有效處置突發(fā)涌水，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保證工程安全順利施工。

（編輯：李曉濛）