無(wú)蓋重固結(jié)灌漿在高瓦斯水工隧洞施工中的應(yīng)用

摘要：

針對(duì)夾巖水利樞紐及黔西北供水工程水打橋隧洞進(jìn)口段圍巖地質(zhì)條件差、瓦斯?jié)舛雀?、初期支護(hù)變形大且變形洞段長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)高和工期嚴(yán)重滯后的情況，選取K0+700～K0+720和K0+740～K0+760作為試驗(yàn)段，采用不同的灌漿參數(shù)，在試驗(yàn)段無(wú)蓋重固結(jié)灌漿完成后，通過(guò)對(duì)壓水試驗(yàn)、鉆孔取芯、灌前和灌后聲波測(cè)試檢查結(jié)果進(jìn)行綜合分析，確定了科學(xué)合理的灌漿技術(shù)參數(shù)。后續(xù)施工結(jié)果表明：通過(guò)提前開展無(wú)蓋重固結(jié)灌漿，可顯著提高圍巖的整體強(qiáng)度和抗變形能力，降低煤層中的瓦斯溢出量，為變形段的拆除施工提供安全保障；將固結(jié)灌漿提前至襯砌施工前進(jìn)行，可以減少后續(xù)灌漿施工與襯砌施工之間的相互干擾，加快施工進(jìn)度。研究成果可為類似工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：

無(wú)蓋重固結(jié)灌漿； 水工隧洞； 瓦斯突出； 初期支護(hù)； 變形段拆除； 混凝土襯砌； 夾巖水利樞紐及黔西北供水工程

中圖法分類號(hào)：TV543.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.04.012

文章編號(hào)：1006-0081（2023）04-0069-07

0 引 言

大型輸配水工程常采用深埋長(zhǎng)隧洞作為輸水建筑物，在建設(shè)過(guò)程中可能遇到復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造和工程難題［1］。根據(jù)過(guò)往工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)隧洞開挖過(guò)程中圍巖地質(zhì)條件差時(shí)，會(huì)大大增加施工時(shí)間，甚至影響工程總工期。當(dāng)隧洞開挖貫通時(shí)，前期圍巖地質(zhì)條件差的洞段，因開挖及初期支護(hù)完成后未能及時(shí)進(jìn)行二襯施工，初期支護(hù)可能出現(xiàn)大的變形，甚至?xí)终级r結(jié)構(gòu)斷面，因而不得不對(duì)變形段進(jìn)行拆除和重新支護(hù)，不僅安全風(fēng)險(xiǎn)高，還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致總工期延長(zhǎng)和工程投資大幅增加。此類項(xiàng)目往往工期緊、任務(wù)重、安全風(fēng)險(xiǎn)高，因而既保證安全又節(jié)約工期的施工方案成了參建各方研究的重點(diǎn)。在水利工程施工中，為了減少地質(zhì)條件差的項(xiàng)目混凝土澆筑施工與灌漿施工之間的相互干擾，加快施工進(jìn)度，多采用無(wú)蓋重固結(jié)灌漿的施工方案。部分專家學(xué)者針對(duì)大壩壩基無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工技術(shù)［2-5］、廠房基礎(chǔ)無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工技術(shù)［6］、隧洞無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工技術(shù)［7-9］開展了研究，實(shí)際應(yīng)用中均取得了加快施工進(jìn)度、保證工程質(zhì)量的效果，而將隧洞圍巖固結(jié)灌漿與初期支護(hù)變形段拆除處理施工相結(jié)合，尤其是在高瓦斯水工隧洞施工中的應(yīng)用較少。本文以貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程北干渠上的水打橋隧洞進(jìn)口段為例，研究了在工期嚴(yán)重滯后、需要拆除與重新支護(hù)的變形洞段長(zhǎng)和煤層瓦斯?jié)舛雀叩那闆r下，在隧洞襯砌混凝土施工前開展圍巖固結(jié)灌漿施工技術(shù)的效果。

1 工程概述

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程為以城鄉(xiāng)供水和農(nóng)田灌溉為主要任務(wù)、兼顧發(fā)電并為區(qū)域扶貧開發(fā)及改善生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件的綜合性I等大（1） 型水利樞紐工程，是國(guó)務(wù)院納入規(guī)劃的172項(xiàng)重大水利工程之一，工程總投資186.49億元，由水源工程、畢大供水工程和灌區(qū)骨干輸水工程3個(gè)部分組成。水打橋隧洞為灌區(qū)骨干輸水工程北干渠上的一條深埋長(zhǎng)隧洞，總長(zhǎng)20.36 km，為無(wú)壓隧洞，隧洞斷面為圓形，開挖半徑3.2～3.7 m，初期支護(hù)及襯砌后半徑2.7 m。隧洞穿越地層以峰叢洼地巖溶地貌為主，地表海拔 1 300～1 750 m，埋深4～435 m。水打橋隧洞進(jìn)口K0-025～K1+410段埋深4～310 m，開挖揭露地層巖性為二迭系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）泥巖、砂巖夾煤層，自穩(wěn)能力差，判定為Ⅴ類圍巖，洞口采用大管棚提前25 m進(jìn)洞、全斷面爆破開挖，從進(jìn)口至K1+410，揭露煤層10層，煤層厚薄不一，厚度0.2～1.2 m，以薄煤層為主，揭露的同一煤層在隧洞頂板與底板之間厚度變化較大，巖層層面扭曲，多見擠壓破碎現(xiàn)象，巖層擠壓更加強(qiáng)烈，巖體破碎，甚至難以辨認(rèn)巖層層理。瓦斯氣體含量高，隧洞底板可見瓦斯氣體從水中逸出現(xiàn)象。K1+410～K1+625段穿越的6中煤層，煤層傾向與洞向近一致，平均厚度4 m，最大厚度達(dá)6 m，煤層瓦斯壓力大、瓦斯?jié)舛雀?，?jīng)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)鑒定，同時(shí)結(jié)合設(shè)計(jì)單位的勘察成果判定K1+410～K1+625段為瓦斯突出洞段，按瓦斯突出洞段專項(xiàng)治理方案［10］進(jìn)行瓦斯抽排、開挖和支護(hù)施工。進(jìn)口段初期支護(hù)在外水壓力、泥巖遇水軟化后的附加膨脹壓力和瓦斯壓力的長(zhǎng)時(shí)間作用下，K0+650～K1+410段噴射混凝土脫落、開裂，鋼拱架扭曲變形，侵占了二襯結(jié)構(gòu)斷面，為保證隧洞凈空及襯砌厚度，需對(duì)部分變形較大洞段進(jìn)行換拱處理，其中有長(zhǎng)約450 m的洞段因變形較大，需要將初期支護(hù)的鋼拱架全部拆除后重新支護(hù)。由于瓦斯突出洞段專項(xiàng)治理占用的時(shí)間長(zhǎng)，在工期嚴(yán)重滯后的情況下，水打橋隧洞進(jìn)口已成為影響夾巖水利樞紐工程干渠通水的最關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

按照以往水工隧洞初期支護(hù)變形段的處理經(jīng)驗(yàn)，通常是先采用徑向注漿小導(dǎo)管、錨桿等對(duì)變形段進(jìn)行加固，再進(jìn)行拆換拱作業(yè)。然而，這會(huì)使工期進(jìn)一步滯后、投資進(jìn)一步增加，干渠延期通水造成的社會(huì)負(fù)面影響也會(huì)越來(lái)越大。水打橋隧洞進(jìn)口開挖貫通后剩余的主要工作內(nèi)容有變形段拆換拱處理、二襯施工、二襯施工完成后的回填灌漿及圍巖固結(jié)灌漿等，其中又以變形段的拆換拱處理安全風(fēng)險(xiǎn)最高且占用工期較長(zhǎng)。隧洞圍巖固結(jié)灌漿是最后一項(xiàng)施工內(nèi)容，通常都采用有混凝土蓋重的灌漿方式，即在隧洞襯砌混凝土達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后先進(jìn)行回填灌漿，固結(jié)灌漿在回填灌漿結(jié)束7 d后再進(jìn)行。因變形段處理前也需要進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固，如能將二襯后的圍巖固結(jié)灌漿與變形段拆換拱前的小導(dǎo)管注漿結(jié)合，即在二襯前提前對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理而取消徑向注漿小導(dǎo)管，則可節(jié)省工期和降低投資。

2 無(wú)蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容

（1） 試驗(yàn)?zāi)康摹Ｍㄟ^(guò)2個(gè)試驗(yàn)段試驗(yàn)結(jié)束后的壓水試驗(yàn)、巖體彈性波速檢查和鉆孔取芯進(jìn)行綜合評(píng)定，論證采用無(wú)蓋重固結(jié)灌漿方案的可行性、確定后續(xù)無(wú)蓋重固結(jié)灌漿的施工方法及技術(shù)參數(shù)，為后續(xù)施工提供參考和依據(jù)。2個(gè)試驗(yàn)段的試驗(yàn)?zāi)康木唧w如下。① 驗(yàn)證和確定灌漿孔間排距：通過(guò)對(duì)不同間排距灌漿孔的加固效果進(jìn)行綜合分析，確定合適的灌漿孔間排距。② 確定裂隙沖洗方法、灌漿壓力、漿液水灰比、灌漿次序及結(jié)束條件等灌漿技術(shù)參數(shù)。③ 分析無(wú)蓋重固結(jié)灌漿方案對(duì)工程安全、工程進(jìn)度和工程投資的影響，論證方案的可行性。

（2） 試驗(yàn)內(nèi)容。① 通過(guò)監(jiān)測(cè)不同灌漿壓力下圍巖的變形及抬動(dòng)情況，確定合適的灌漿壓力和壓力控制措施；② 通過(guò)不同灌漿技術(shù)參數(shù)下灌漿后壓水試驗(yàn)、巖體彈性波速檢查和鉆孔取芯結(jié)果，分析灌漿后圍巖的透水性、整體強(qiáng)度和抗變形能力等改善程度，同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)灌漿后煤層中瓦斯溢出量的變化情況，綜合分析確定科學(xué)合理的灌漿技術(shù)參數(shù)。

2.2 試驗(yàn)段選擇及孔位布置

（1） 試驗(yàn)段選取及地質(zhì)圍巖情況。為論證無(wú)蓋重固結(jié)灌漿的可行性及確定灌漿技術(shù)參數(shù)，選取2個(gè)洞段作為試驗(yàn)段，分別為K0+700～K0+720和K0+740～K0+760段，試驗(yàn)段均為煤系地層，開挖揭露圍巖為泥質(zhì)粉砂巖夾粉質(zhì)泥巖，裂隙發(fā)育、風(fēng)化嚴(yán)重且夾煤層，呈碎裂-鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，圍巖整體穩(wěn)定性差，滲水較大，屬軟弱圍巖，初期支護(hù)變形均較大，需要拆除拱架后重新進(jìn)行支護(hù)。

（2） 孔位布置。鉆孔布置遵循環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則，即環(huán)間分兩序（Ⅰ序排、Ⅱ序排）、環(huán)內(nèi)分兩序（Ⅰ序孔、Ⅱ序孔），呈梅花形布置，每排6孔，灌漿孔按60°角度間隔垂直均布在隧洞初期支護(hù)斷面上，孔入巖深度不小于5 m，孔徑不小于38 mm?？孜徊贾萌鐖D1所示。

2.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)洞段固結(jié)灌漿采取全孔一次性灌漿法，其中K0+740～K0+760試驗(yàn)段固結(jié)灌漿孔排距為3 m，K0+700～K0+720試驗(yàn)段固結(jié)灌漿孔排距為2 m，孔深均為入巖深度不小于5 m；每段均設(shè)置抬動(dòng)監(jiān)測(cè)孔1個(gè)、聲波檢測(cè)孔6個(gè)、灌后壓水試驗(yàn)檢查孔4個(gè)。

2.3.1 灌漿技術(shù)參數(shù)

（1） 結(jié)合水打橋隧洞進(jìn)口段固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)要求及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，Ⅰ序孔采用0.3～0.5 MPa、Ⅱ序孔擬采用0.5～0.8 MPa的注漿壓力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況動(dòng)態(tài)調(diào)整灌漿壓力，以初期支護(hù)不抬動(dòng)為原則；在不產(chǎn)生抬動(dòng)的條件下盡快達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力，對(duì)注入率較大的孔需分級(jí)升壓至設(shè)計(jì)壓力，以防抬動(dòng)發(fā)生。

（2） 漿液水灰比采用3∶1，2∶1，1∶1和0.5∶1等4個(gè)比級(jí)，開灌水灰比為3∶1并遵照漿液由稀到濃逐級(jí)變換的原則，灌漿過(guò)程中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注入率情況采取越級(jí)變漿的措施，水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥。

（3） 在灌漿最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min可結(jié)束灌漿。

（4） 灌漿過(guò)程中按要求做好初期支護(hù)和圍巖的抬動(dòng)（變形）監(jiān)測(cè)工作。

2.3.2 灌漿方式及施工順序

灌漿方式為循環(huán)式灌漿，按先底部、再側(cè)壁、最后頂部的順序進(jìn)行施工。灌漿次序?yàn)椋孩裥蚺泞裥蚩住裥蚺泞蛐蚩住蛐蚺泞裥蚩住蛐蚺泞蛐蚩住?/p>

2.4 試驗(yàn)成果

2.4.1 各序孔透水率變化情況

為了解圍巖透水率隨孔序的變化情況，各試驗(yàn)段灌前選取不少于總孔數(shù)20%的孔進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，壓水壓力為灌漿壓力的80％。試驗(yàn)段灌前壓水結(jié)果詳見表1～2。

兩段試驗(yàn)段的透水率成果顯示：各序孔平均透水率表現(xiàn)為Ⅰ序孔大于Ⅱ序孔，并隨著灌漿次序的遞增而呈現(xiàn)依次遞減的變化規(guī)律；當(dāng)排距越小時(shí)，圍巖透水率遞減效果越明顯，尤其在Ⅱ序排灌漿后，圍巖透水率遞減效果顯著，符合正常的灌漿規(guī)律，表明灌漿效果良好。

2.4.2 各序孔單位注入率統(tǒng)計(jì)

本次固結(jié)灌漿2個(gè)試驗(yàn)段嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行施工。2個(gè)試驗(yàn)段共計(jì)108個(gè)孔，灌漿長(zhǎng)度540 m，注入水泥83.94 t。其中0+740～0+760試驗(yàn)段共42個(gè)孔，灌漿長(zhǎng)度210 m，注入水泥34.19 t；0+700～0+720試驗(yàn)段共66個(gè)孔，灌漿長(zhǎng)度330 m，注入水泥49.75 t；試驗(yàn)段各序孔單位注灰量區(qū)間段和頻率詳見表3～4。從成果數(shù)據(jù)可以看出：水泥單位注入量均表現(xiàn)為隨孔序的遞增而呈現(xiàn)依次遞減的變化規(guī)律，尤其當(dāng)注漿孔的排距越小時(shí)，水泥單位注入量遞減效果越明顯，符合正常的灌漿變化規(guī)律，說(shuō)明采用無(wú)蓋重固結(jié)灌漿的施工方案是可行的。

2.4.3 注漿量與圍巖透水率關(guān)系

對(duì)比表1～4中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：灌前透水率小的孔，單位注灰量也小，反之亦然，即試驗(yàn)段灌漿孔灌前透水率與水泥單位注入量之間總體上表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，符合正常灌漿規(guī)律，說(shuō)明在壓力灌漿下試驗(yàn)段的圍巖裂隙得到了有效充填。

3 試驗(yàn)段灌漿效果檢驗(yàn)

3.1 檢查孔壓水試驗(yàn)

（1） 0+740～0+760段。本試驗(yàn)段共布設(shè)4個(gè)檢查孔，均布置在兩孔之間，固結(jié)灌漿試驗(yàn)檢查孔壓水試驗(yàn)采用“單點(diǎn)法”進(jìn)行，壓水試驗(yàn)成果詳見表5。從檢查孔壓水試驗(yàn)成果可以看出：最大透水率為11.23 Lu，最小透水率為4.82 Lu，平均透水率為7.65 Lu，其中只有1個(gè)孔壓水透水率滿足設(shè)計(jì)要求的不大于5 Lu標(biāo)準(zhǔn)，其余3個(gè)孔透水率均不滿足設(shè)計(jì)要求，雖然通過(guò)固結(jié)灌漿，圍巖的滲透性與灌前相比得到了改善，但灌漿效果只能達(dá)到局部巖體的加固，無(wú)法滿足圍巖整體加固的目的，較難保障拆換拱架時(shí)的施工安全和工程完工后的運(yùn)行安全。

（2） 0+700～0+720段。固結(jié)灌漿壓水試驗(yàn)檢查方法與0+740～0+760段相同，壓水試驗(yàn)成果詳見表6。從檢查孔壓水試驗(yàn)成果可以看出：各檢查孔壓水試驗(yàn)透水率均符合設(shè)計(jì)要求，最大透水率為3.38 Lu，最小透水率為2.85 Lu，平均透水率為3.145 Lu，各孔透水率均小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)5 Lu，說(shuō)明通過(guò)固結(jié)灌漿，圍巖的滲透性得到了改善，達(dá)到了加固圍巖的目的。

3.2 聲波檢測(cè)

（1） 0+700～0+720段。共布置6個(gè)孔進(jìn)行單孔聲波測(cè)試，灌漿前后聲波波速對(duì)比分析詳見表7。通過(guò)對(duì)灌前、灌后聲波資料的對(duì)比分析，單孔最大提高率為16.40%、最小為9.07%，灌后波速較灌前平均增長(zhǎng)率12.73%，灌后波速平均提高371 m/s。巖體波速與灌前相比整體有較大增長(zhǎng)，說(shuō)明通過(guò)灌漿，圍巖整體性的改善效果較為明顯。

（2） 0+740～0+760段。共布置6個(gè)孔進(jìn)行單孔聲波測(cè)試，灌漿前后聲波波速對(duì)比分析詳見表8。通過(guò)對(duì)灌前、灌后聲波資料的對(duì)比分析，單孔最大提高率為10.70%、最小為5.33%，灌后波速較灌前平均增長(zhǎng)率8.31%，灌后波速平均提高243 m/s。巖體波速比灌前整體有一定增長(zhǎng)，說(shuō)明通過(guò)灌漿，圍巖整體性有一定改善，但效果比0+700～0+720試驗(yàn)段稍弱。

3.3 取芯檢查

為了進(jìn)一步驗(yàn)證2個(gè)試驗(yàn)段的灌漿效果，以便更好地確定灌漿參數(shù)和施工工藝，分別在2個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行了灌漿后取芯檢查：0+700～0+720段灌漿效果優(yōu)于0+740～0+760段，裂隙充填效果更好，芯樣的可取率和完整率更高（圖2～3）。根據(jù)鉆孔取芯情況分析：在煤系地層或泥質(zhì)粉砂巖夾粉質(zhì)泥巖中，漿液的擴(kuò)散效果不好，同時(shí)考慮到不能讓初期支護(hù)變形，所采用的灌漿壓力不高，因而漿液的擴(kuò)散半徑較小，因此在灌漿壓力不高的情況下，采用較小的孔排距才能達(dá)到比較理想的灌漿效果。

3.4 試驗(yàn)小結(jié)

通過(guò)對(duì)2個(gè)試驗(yàn)段的壓水試驗(yàn)、單位注漿量、灌前和灌后聲波測(cè)試及鉆孔取芯結(jié)果綜合分析，得到小結(jié)如下。

（1） 0+740～0+760試驗(yàn)段圍巖的整體性有一定改善，但固結(jié)灌漿只能達(dá)到局部巖體加固的效果，不滿足圍巖整體加固的目的，難以保障后期拆換拱架的施工安全和后續(xù)隧洞的運(yùn)行安全，在后續(xù)施工中還需要對(duì)本段進(jìn)行補(bǔ)灌，因而其參數(shù)不能作為剩余洞段無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工的技術(shù)參數(shù)。

（2） 0+700～0+720試驗(yàn)段采用的灌漿參數(shù)合理，灌漿效果滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，達(dá)到圍巖加固的目的，可保障后續(xù)隧洞施工安全和運(yùn)行安全，可以將其參數(shù)作為剩余洞段無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工的技術(shù)參數(shù)。

（3） 因本次采用無(wú)蓋重固結(jié)灌漿方案的洞段需要封閉巖層裂隙，提高圍巖的完整性，減少巖體的變形與不均勻沉陷，降低巖層中瓦斯溢出量，還需要避免在進(jìn)行變形段拆除時(shí)發(fā)生大的掉塊、垮塌等危險(xiǎn)，確保變形段拆換拱架時(shí)的施工安全可控，因而灌漿后圍巖的整體強(qiáng)度和剛度很重要，即要求固結(jié)灌漿對(duì)巖層裂隙有良好的充填效果，灌漿后的結(jié)石率和結(jié)石體的強(qiáng)度需要足夠高。在煤系地層或泥質(zhì)粉砂巖夾粉質(zhì)泥巖中，漿液的擴(kuò)散效果不好，加之灌漿壓力不高，采用小的孔排距和濃漿時(shí)，圍巖的結(jié)石率更高。因此，在后續(xù)灌漿施工中采取如下灌漿參數(shù)。① 排距：灌漿孔排距2 m，每排環(huán)向布置6孔，如圖1所示。② 灌漿壓力：Ⅰ序孔、Ⅱ序孔分別采用0.5 MPa和0.8 MPa的注漿壓力。③ 水灰比：灌漿漿液水灰比采用3∶1，2∶1，1∶1和0.5∶1等4個(gè)比級(jí)，開灌水灰比為3∶1，按由稀到濃逐級(jí)變換的原則進(jìn)行變換。④ 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在該孔最大設(shè)計(jì)灌漿壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min可結(jié)束灌漿，并采取“全孔灌漿封孔法”封孔。

4 無(wú)蓋重固結(jié)灌漿實(shí)施情況及成果

（1） 考慮到1+410～1+625洞段為煤與瓦斯突出專項(xiàng)治理洞段（以下簡(jiǎn)稱“瓦突段”），在瓦突段專項(xiàng)治理過(guò)程中已經(jīng)加強(qiáng)了初期支護(hù)，提高了初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度，同時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行了一定范圍的灌漿加固，不存在初期支護(hù)變形的情況；1+625～1+800段為非煤系地層常規(guī)洞段，也不存在初期支護(hù)變形的情況，且以上兩段的后續(xù)灌漿施工不會(huì)影響總工期。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖地質(zhì)情況、初期支護(hù)變形情況和工期情況，確定無(wú)蓋重固結(jié)灌漿的實(shí)施范圍為0-025～1+410洞段，共計(jì)1 435 m，共完成4 310個(gè)孔、21 550 m無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工（含0+740～0+760試驗(yàn)段補(bǔ)灌增加的23個(gè)孔），平均單耗90.85 kg/m，灌后平均透水率為2.76 Lu，均滿足設(shè)計(jì)要求。

（2） 在施工過(guò)程中，通過(guò)多次鉆孔取芯檢查漿液的擴(kuò)散、結(jié)石、膠凝和充填情況，發(fā)現(xiàn)稀漿結(jié)石率低，而一般注漿壓力越高，漿液擴(kuò)散半徑越大，漿液充填越飽滿、漿液越濃，結(jié)石體的強(qiáng)度越高。因此，在后續(xù)施工過(guò)程中進(jìn)一步優(yōu)化了灌漿工藝，即開灌后盡快達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力并盡可能采用1∶1和0.5∶1的濃漿。工藝優(yōu)化后的取芯照片見圖4～5。

（3） 在變形段拆換拱架施工時(shí)，因無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工后圍巖整體強(qiáng)度較高，需要采用破碎錘鑿除侵占襯砌斷面的圍巖，同時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)瓦斯溢出量明顯減少，瓦斯?jié)舛让黠@降低，為變形段拆換拱架施工和襯砌施工提供了安全保障，同時(shí)大幅節(jié)約了工期。

（4） 進(jìn)行無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工時(shí)，為瓦斯突出洞段的專項(xiàng)治理施工配備了2臺(tái)2×110 kW軸流風(fēng)機(jī)（共440 kW）、匹配2根風(fēng)管進(jìn)行壓入式通風(fēng)，同時(shí)為了防止局部瓦斯聚集，在每個(gè)避車洞的位置均安置了YBT-5.5KW礦用隔爆型軸流式局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，充分保證洞內(nèi)通風(fēng)風(fēng)量，快速稀釋固結(jié)灌漿鉆孔施工時(shí)釋放出的瓦斯，使得洞內(nèi)的瓦斯?jié)舛仁冀K保持在0.5%的安全值以下（通過(guò)加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)，洞內(nèi)瓦斯?jié)舛然驹?.2%以下）；同時(shí)，洞內(nèi)具有瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)智能報(bào)警系統(tǒng)［10］（超過(guò)0.5%自動(dòng)報(bào)警，超過(guò)0.75%自動(dòng)斷電），并配有專職瓦檢員，隨時(shí)對(duì)洞內(nèi)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)，大大降低了瓦斯對(duì)固結(jié)灌漿施工的影響，同時(shí)也確保了固結(jié)灌漿施工期間的安全。

5 結(jié) 論

（1） 水打橋隧洞進(jìn)口段主要以砂巖夾泥巖及煤層為主，為防止水壓對(duì)巖體產(chǎn)生破壞，固結(jié)灌漿孔鉆進(jìn)結(jié)束后采用高壓風(fēng)替代大流量水來(lái)沖凈孔內(nèi)巖粉、雜質(zhì)，同時(shí)灌漿孔在灌漿前不采用壓力水頭進(jìn)行裂隙沖洗，直接進(jìn)行灌漿，也可以達(dá)到灌漿效果。

（2） 在灌漿孔鉆孔時(shí)，釋放部分之前在初期支護(hù)后被封閉的瓦斯氣體，可降低瓦斯壓力，隨后通過(guò)對(duì)圍巖裂隙進(jìn)行固結(jié)灌漿封閉處理，增強(qiáng)了對(duì)煤層中的瓦斯氣體的封閉效果，減少了瓦斯溢出量，降低了后續(xù)施工的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 在襯砌施工前開展圍巖無(wú)蓋重固結(jié)灌漿，取消了變形段拆除施工前的徑向注漿小導(dǎo)管，固結(jié)灌漿的灌漿壓力較徑向注漿小導(dǎo)管的注漿壓力大，其漿液的擴(kuò)散范圍也更大，可以在洞室圍巖周邊形成一定深度的灌漿加固圈，改善了圍巖的力學(xué)性能，提高了圍巖的整體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和抗變形能力，以防初期支護(hù)變形范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，既可減少變形段需要進(jìn)行拆除后重新支護(hù)的范圍，也利于保證工程施工安全和降低投資。此外，由于瓦斯洞段的無(wú)蓋重固結(jié)灌漿施工在隧洞還未開挖貫通前就已經(jīng)施工完成，不占直線工期，避免了襯砌施工與灌漿施工之間的相互干擾，有利于加快襯砌施工進(jìn)度，可達(dá)到節(jié)約工期的目的。

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（編輯：江 燾，高小雲(yún)）

Application of consolidation grouting technology without cover weight in construction of high gas hydraulic tunnel

REN Mingwu

（Guizhou Water Conservancy Investment （Group） Co.，Ltd.，Guiyang 520001，China）Abstract：

In view of the poor geological conditions of surrounding rock at the entrance section of Shuidaqiao Tunnel in Jiayan Water Conservancy Project，such as high gas concentration，large deformation of initial support，long deformation tunnel section，high safety risk and serious delay in construction period，different grouting parameters were used in the K0+700～K0+720 and K0+740～K0+760 test sections.After the completion of the consolidation grouting without cover weight in the test section，scientific and reasonable grouting technical parameters were determined through comprehensive analysis of the inspection results of water pressure test，borehole coring，pre grouting and post grouting acoustic testing.The results of subsequent construction showed that the overall strength and deformation resistance of the surrounding rock were greatly improved by carrying out the consolidation grouting without cover weight in advance，which also reduced the gas overflow in the coal seam and provided a safety guarantee for the demolition construction of the deformation section.With consolidation grouting carring out ahead of the lining construction，the mutual interference between the subsequent grouting construction and the lining construction could be reduced，and the construction progress would be speeded up.The research results can provide useful reference for similar projects.

Key words：

consolidation grouting without cover weight； hydraulic tunnel； gas outburst； initial stage support； dismantle of deformation section； concrete lining； Jiayan Water Conservancy Project

收稿日期：

2022-12-27

作者簡(jiǎn)介：

任明武，男，高級(jí)工程師，主要從事大型水利工程項(xiàng)目建設(shè)管理和技術(shù)研究工作。E-mail：649677593@qq.com