富水隧道徑向注漿堵水技術(shù)

摘要：在小斷面隧道施工中所面臨的難題之一是水的問題，水不僅影響工作面的安全，同時也對地面構(gòu)筑物及地表有一定的威脅。如何對富水隧道掌子面進(jìn)行加固止水是施工的關(guān)鍵，引漢濟(jì)渭秦嶺輸水隧洞工程某區(qū)間段采用徑向注漿堵水技術(shù)成功的完成了富水段的施工。以此表明在富水巖層采用徑向注漿注漿堵水技術(shù)是可行、有效的。本文針對此實(shí)例，詳細(xì)論述徑向注漿堵水技術(shù)的原理、工藝流程，及徑向注漿堵水技術(shù)在富水區(qū)注漿堵水應(yīng)用的效果。

Abstract： One of the problems faced in the construction of small-section tunnels is the problem of water. Water not only affects the safety of the working face， but also poses a certain threat to the ground structures and the surface. How to carry out the reinforcement and water-stop of the face of the rich water tunnel is the key to the construction. The construction of the rich water section was successfully completed by using the radial grouting technology and water blocking technology in a section of the Qinling Water Conveyance Tunnel Project in Hanjiang-to-Weihe River Water Transfers Project. This shows that it is feasible and effective to use radial grouting and water blocking technology in water-rich rock formations. Aiming at this example， this paper discusses in detail the principle and technological process of radial grouting and water blocking technology， and the effect of radial grouting and water blocking technology in grouting and water blocking in water-rich areas.

關(guān)鍵詞：徑向堵水;富水巖層;雙液漿

Key words： radial water plugging;water-rich rock formation;double-liquid slurry

中圖分類號：U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）22-0144-03

1? 工程概述

1.1 工程概況

引漢濟(jì)渭工程地跨黃河、長江兩大流域，穿越秦嶺屏障，經(jīng)過總長98.3km的秦嶺隧洞將水送至關(guān)中。引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞（越嶺段）0-1號勘探試驗(yàn)洞工程位于漢中市佛坪縣陳家壩鎮(zhèn)小郭家壩蒲河右岸，支洞全長1513m，綜合坡度10.44%;主洞上游1050m，下游2984.226m，縱坡比降1/2527，成洞尺寸6.76×6.76m（寬×高），預(yù)測主洞正常涌水量51764m3/d，可能出現(xiàn)的最大涌水量103528m3/d，隧道襯砌為復(fù)合式襯砌。設(shè)計(jì)止水方式為環(huán)、縱向施工縫中埋式鋼邊止水帶以及變形縫中埋式橡膠止水帶。進(jìn)入主洞后，圍巖破碎富水，地質(zhì)情況復(fù)雜，多處段落在開挖后出現(xiàn)散狀滲水、集中涌水現(xiàn)象。

為了確保掌子面施工及運(yùn)營期的安全，減少或避免滲涌水對襯砌混凝土質(zhì)量的破壞，降低施工期間的抽排水成本，在該段開挖初支完成后，圍巖具有一定自穩(wěn)能力時，先對涌水點(diǎn)進(jìn)行埋管集中引排，等涌水量及水壓減小達(dá)到允許排放標(biāo)準(zhǔn)后在采用徑向注漿加固圍巖堵水。

1.2 富水段落徑向注漿堵水原理

在已開挖完成的富水段落，根據(jù)涌水部位沿徑向鉆設(shè)注漿孔，埋設(shè)楔形開孔小導(dǎo)管，制作水泥-水玻璃雙液漿，將漿液通過小管道滲透、擴(kuò)散到圍巖裂隙中，利用漿液凝固時間短的特點(diǎn)，封堵輪廓線之外的地下水，減小富水破碎圍巖的滲透性和支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的水壓力[1]，提高破碎圍巖的整體穩(wěn)定性。

1.3 富水段落徑向注漿堵水適用范圍

適用于開挖完成富水段落堵水穩(wěn)定圍巖，也可用于穿越破碎圍巖、富含地下水段落超前預(yù)注漿。

2? 注漿范圍的確定

主要針對集中涌水、大面積線狀出水段落進(jìn)行徑向注漿堵水。

2.1 集中涌水

針對集中涌水，注漿固結(jié)圈為出水區(qū)域外4.5m左右，梅花形布置，鉆孔直徑為50mm，單孔深4.5m，角度與巖面垂直，股狀出水點(diǎn)附近加密4個注漿孔。以此判斷出水深度。布孔見圖1。

2.2 大面積線狀出水

針對大面積線狀出水，在出水段落周邊環(huán)向按2.5m、縱向按2.0～2.5m間距進(jìn)行鉆孔，梅花形布置，鉆孔直徑為50mm，單孔孔深4.5m。鉆孔過程中，若發(fā)現(xiàn)某孔出現(xiàn)較大股狀出水，則在該孔周圍按照股狀涌水進(jìn)行鉆孔加密。布孔見圖2。

3? 注漿

3.1 注漿前準(zhǔn)備工作

①熟悉掌握施工圖紙，了解注漿堵水的重要性及要求，選用專業(yè)的注漿隊(duì)伍，并組織培訓(xùn)。②按照圖紙要求，將各項(xiàng)參數(shù)輸入注漿自動記錄儀。③加工注漿導(dǎo)管，準(zhǔn)備水泥、水玻璃等材料。④發(fā)放安全防護(hù)用具，保障施工人員的安全及健康。

3.2 布孔

注漿時應(yīng)盡可能發(fā)揮注漿孔的擴(kuò)散能力，以保證最大的注漿體厚度，減少鉆孔數(shù)量。注漿孔布置時，避免出現(xiàn)孔與孔之間的搭接不緊密的“窗口”或“注漿盲區(qū)”。多排孔的最佳搭接為等邊三角形梅花形布置[2]，注漿孔間距與擴(kuò)散半徑[1]的關(guān)系為：

式中R為擴(kuò)散半徑。

雙液漿設(shè)計(jì)擴(kuò)散半徑為1.5m，則鉆孔間距a不得大于2.6m。

3.3 注漿導(dǎo)管制作

采用Ф42鋼管加工成注漿導(dǎo)管，管體沿縱向間隔20cm、環(huán)向間隔120°梅花形鉆孔，管頭為錐形，管長不小于4.5m。見圖3。

3.4 雙液漿制備

注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥標(biāo)號為P.O52.5普通硅酸鹽水泥。水灰比1：1，水泥漿與水玻璃體積比為1：1～1：0.6，水玻璃濃度為35Be'?，F(xiàn)場根據(jù)配合比及制漿機(jī)、儲漿桶容量配備相應(yīng)的稱量器具，保證配合比的準(zhǔn)確性[3]。注漿終壓1.5～3MPa，并通過試驗(yàn)最后確定。

在HS-GJ300渦流制漿機(jī)內(nèi)按照配合比添加清水，開動攪拌機(jī)后，緩緩加入要求的水泥量。攪勻后，將制好的水泥漿輸送至JZW200儲漿桶上層，開啟儲漿桶攪拌機(jī)，在上層桶內(nèi)加入要求的水玻璃。攪勻后，開啟閥門，將制好的雙液漿流入下層桶，關(guān)閉閥門，下層桶內(nèi)雙液漿即可供注漿使用。制漿工序見圖4。

3.5 鉆孔、安裝注漿導(dǎo)管

①確定堵水部位后，對鉆孔部位進(jìn)行測量放樣。

②注漿孔采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，成孔直徑50mm，成孔后利用風(fēng)鉆將導(dǎo)管送入孔內(nèi)。采用快凝混凝土等錨固材料作為止?jié){塞粘接注漿導(dǎo)管與孔壁。具體安裝見圖5。

3.6 注漿

3.6.1 分序

注漿前，將鉆孔按照由下而上、由兩側(cè)向中間實(shí)施擠密型注漿的原則進(jìn)行分序，并逐孔編號[4]。注漿順序見圖6、圖7。

3.6.2 參數(shù)確定

注漿前實(shí)測出水點(diǎn)水壓，并進(jìn)行壓漿試驗(yàn)，確定合理的注漿參數(shù)。分序完成后，在自動記錄儀內(nèi)一次輸入注漿時間、里程、水灰比、水玻璃配合比、孔號等內(nèi)容。

3.6.3 注漿方式

徑向注漿采用全孔一次性注漿方式進(jìn)行。

3.6.4 注漿順序

①大面積線狀出水部位，采用分段前進(jìn)式注漿，按照注漿前的分序進(jìn)行，即先跳孔跳排注Ⅰ序孔，然后注剩下的Ⅱ序孔;從上而下，從兩邊向中間，實(shí)現(xiàn)擠壓密實(shí)，達(dá)到堵水的目的[5]。

②集中涌水點(diǎn)，按照注漿前的分序進(jìn)行，即由下而上先注外圈孔，再注內(nèi)圈孔，若需設(shè)置多排孔，則仍然按照先跳孔跳排，最后注中間涌水點(diǎn)[6]。

3.6.5 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

①單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：

達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上，單孔進(jìn)漿量小于20L/min。

②全段結(jié)束注漿標(biāo)準(zhǔn)：

所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無漏漿現(xiàn)象;出水段內(nèi)涌水封堵達(dá)到70%以上，若該段剩余涌水量仍較大時，則繼續(xù)重新鉆孔、注漿，直至注漿后段內(nèi)涌水量不大于5～10m3/md。

3.6.6 注漿效果檢查

每區(qū)段注漿結(jié)束后，重新打設(shè)不少于該區(qū)段總孔數(shù)的5%作為檢查孔，檢查孔深依據(jù)檢查孔的開孔位置及角度確定，對檢查孔進(jìn)行采巖芯，觀察注漿的充填情況，漿液固結(jié)體應(yīng)充填密實(shí)，固結(jié)良好，取芯后孔內(nèi)無出水[7]。

4? 材料與設(shè)備

根據(jù)徑向注漿堵水施工特點(diǎn)及要求，需要主要材料見表1，機(jī)械設(shè)備見表2。

5? 質(zhì)量控制

5.1 鉆孔精度控制

①鉆孔前，在已確定的徑向注漿堵水位置根據(jù)實(shí)際出水點(diǎn)的情況對鉆孔定位，孔位梅花型布置，確保90%以上鉆孔出水。②鉆孔時，為確保堵水效果，嚴(yán)格按照徑向打孔，確?？卓?、底的孔距一致，實(shí)現(xiàn)漿液擴(kuò)散等邊三角形搭接，避免出現(xiàn)搭接不緊密的注漿盲區(qū)。

5.2 制漿質(zhì)量控制

①水泥、水玻璃使用前對各項(xiàng)性能指標(biāo)逐一檢測合格，現(xiàn)場配備專業(yè)稱量、檢測密度的設(shè)備，對配合比嚴(yán)格卡控，并及時記錄，根據(jù)堵水效果對水玻璃的摻量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。②制漿前，對出水點(diǎn)水壓進(jìn)行實(shí)測，并進(jìn)行壓漿試驗(yàn)，以確定合理的注漿參數(shù)。

5.3 注漿質(zhì)量控制

①所有鉆孔均進(jìn)行了編號管理，在注漿過程中使用了注漿自動記錄儀，能偶準(zhǔn)確掌握各種信息，根據(jù)堵水情況，可隨時調(diào)整注漿順序、參數(shù)等。②注漿時，嚴(yán)格按照分序由下而上、由兩端向中間、跳孔跳排的順序進(jìn)行，實(shí)施擠密型注漿。③備用注漿塞，在注漿過程中發(fā)生串漿時，利用注漿塞將串漿孔封堵，確保注漿孔漿液密實(shí)，達(dá)到結(jié)束注漿標(biāo)準(zhǔn)[8]。④注漿結(jié)束后，按照不少于注漿區(qū)段總孔數(shù)5%的標(biāo)準(zhǔn)打設(shè)檢查孔，對注漿效果進(jìn)行取芯檢查，確保了注漿質(zhì)量可控。

6? 效益分析

①通過進(jìn)行徑向注漿，涌水段落原本破碎的圍巖，穩(wěn)定性得到提升，圍巖沉降變形得到了抑制，達(dá)到了預(yù)期的安全目標(biāo)。②注漿堵水的成功，洞內(nèi)總排水量隨之下降，抽排水成本得到大幅降低，在很大程度上節(jié)約了抽排水耗費(fèi)的電力資源，滿足國家關(guān)于建設(shè)節(jié)能工程的有關(guān)要求。③注漿施工周期短，功效高，大大降低了涌水對施工進(jìn)度的影響，施工作業(yè)環(huán)境得到了明顯改善。④經(jīng)過對富水段落進(jìn)行注漿堵水處理，有效降低了涌水對后期進(jìn)行的襯砌混凝土施工的影響，同時與設(shè)計(jì)中各類止水帶的相互搭配，保證了襯砌混凝土強(qiáng)度，同時避免了襯砌施作完成后混凝土外觀滲漏水的現(xiàn)象。⑤該技術(shù)在穿越斷層破碎帶、富水段落的地下工程施工中均具有較好的推廣和應(yīng)用價值，同時也為未開挖段落超前預(yù)注漿、帷幕注漿提供了理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

7? 結(jié)束語

引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞（越嶺段）0-1號勘探試驗(yàn)洞工程主洞下游在施工過程中多次出現(xiàn)集中涌水，最大日排水量高達(dá)3.5萬m3/d，洞內(nèi)抽排水用電6萬度/月。同時，富水段落圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，剝落掉塊嚴(yán)重，對施工安全、成本、進(jìn)度造成了極大影響。該工程在已開挖涌水段落應(yīng)用了徑向注漿堵水施工技術(shù)，采用Ф42mm、長4.5m鋼管作為注漿導(dǎo)管，注入水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行了堵水，各作業(yè)區(qū)段堵水率達(dá)到了80%，日排水量降至7000m3/d，大大降低了施工成本，保證了工程的順利進(jìn)行，同時也為后期襯砌混凝土施工打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢天恩.隧道地表深孔注漿加固圍巖堵水施工[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報，2004（S1）.

[2]賀淑煥，丁常國.深孔注漿處理隧道塌方體[J].地下空間，2003（02）.

[3]趙西法，劉成和.水泥基-玻璃纖維漿液在巖溶突水注漿加固工程中的應(yīng)用研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2018（07）.

[4]李劍明.深孔注漿技術(shù)在地鐵暗挖隧道施工中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)，2015（5）.

[5]蘇飛.深孔注漿技術(shù)在地鐵暗挖區(qū)間施工中的應(yīng)用[J].科技傳播，2013（6）.

[6]陳瑞林.深孔注漿技術(shù)在地鐵建設(shè)方面的研究[J].現(xiàn)代管理，2016（02）.

[7]劉金山.反坡斜井突涌水施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2013（09）.

[8]畢雪芳.深孔注漿技術(shù)在地鐵隧道建設(shè)中的應(yīng)用[J].價值工程，2015（7）.

作者簡介：計(jì)克偉（1981-），男，湖北丹江口人，畢業(yè)于三峽大學(xué)，研究方式為施工技術(shù)。