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(本溪市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 本溪 117022)

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大洛河谷段滲漏水止水灌漿技術(shù)探析

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(本溪市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 本溪 117022)

摘要：根據(jù)揭露的洞室水文地質(zhì)情況，地下水發(fā)育，局部可能與地表河存在水力補(bǔ)給聯(lián)系，洞內(nèi)滲漏水量較大，為了改善洞內(nèi)的施工條件，避免河谷段地表水沿裂隙繼續(xù)向洞內(nèi)滲流，改變河谷段地表水文環(huán)境，對(duì)該區(qū)域生活及農(nóng)田灌溉造成不利影響，需對(duì)初期支護(hù)后存在滲漏水處進(jìn)行止水灌漿。文章對(duì)大洛河谷段滲漏水止水灌漿技術(shù)進(jìn)行了闡述，提出了灌漿方案、質(zhì)量控制措施、安全生產(chǎn)保證措施等。

關(guān)鍵詞：滲漏水；止水灌漿；質(zhì)量控制；保證措施；大洛河谷段

1工程概況

TBM3-2段主洞全長(zhǎng)9 568 m，該段洞線穿越大洛河谷、吳家堡子河谷等處，其中大洛河谷段有常年性水流通過(guò)，河谷全長(zhǎng)約1 800 m，隧洞埋深較淺，最淺處埋深約50～60 m，該段地質(zhì)條件較差，地下水發(fā)育，多為滴水—線流狀態(tài)，也有多處呈涌水形式出現(xiàn)。TBM3-2段2006年11月30日開(kāi)始TBM掘進(jìn)， 現(xiàn)TBM已進(jìn)入大洛河谷約1 300 m多。

根據(jù)目前揭露的洞室水文地質(zhì)情況，地下水發(fā)育，局部可能與地表河存在水力補(bǔ)給聯(lián)系，洞內(nèi)滲漏水量較大，為了改善洞內(nèi)的施工條件，避免河谷段地表水沿裂隙繼續(xù)向洞內(nèi)滲流，改變河谷段地表水文環(huán)境，對(duì)該區(qū)域生活及農(nóng)田灌溉造成不利影響，需對(duì)初期支護(hù)后存在滲漏水處進(jìn)行止水灌漿。

2本段施工地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

大洛河谷段洞室埋深淺，多為50～60 m，風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙常呈微張狀為主，個(gè)別為張開(kāi)狀態(tài)，少數(shù)含泥質(zhì)夾層，TBM施工中常存在一定的片幫、掉塊和小坍塌。加上河谷段地表存在常年性流水，地下水又與地表水存在一定的水力聯(lián)系，故TBM在河谷段掘進(jìn)后，地下水十分發(fā)育，以樁號(hào)74+540上游河谷段最為突出。地下水常沿裂隙呈現(xiàn)大面積淋水情況，以線流狀為主存在大量滴水點(diǎn)，局部洞段有大出水量的涌水點(diǎn)。

3提前進(jìn)行止水灌漿的原因

TBM進(jìn)入大洛河谷，根據(jù)已揭露的段的水文地質(zhì)情況，洞室內(nèi)地下水呈大面積淋水、線流狀，并伴隨局部涌水，為后續(xù)施工、排水及環(huán)境造成較大影響：

1)進(jìn)入河谷段，已揭露洞室段地下水沿裂隙滲漏量較大，洞內(nèi)排水強(qiáng)度增加；并且大洛河谷段地下水與地表水存在水力聯(lián)系，由于隧洞開(kāi)挖，地表水位下降，大洛河谷地表河出現(xiàn)斷流，TBM生產(chǎn)、生活供水井地表補(bǔ)給水位下降，補(bǔ)給量降低，TBM供水井供水量由50～60 m3/h減至6～9 m3/h左右，對(duì)TBM施工供水、排水均產(chǎn)生不利影響，破壞了16#洞地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境。

2)大洛河谷下洞室地下水發(fā)育，TBM揭露圍巖呈大面積淋水、線流狀，給初期混凝土噴錨支護(hù)帶來(lái)較大困難，在淋水段噴射的混凝土出現(xiàn)脫落，影響了洞室的安全及初期支護(hù)噴射混凝土質(zhì)量。

3)為保證襯砌混凝土施工質(zhì)量，對(duì)大洛河谷段洞室滲漏水處需進(jìn)行止水處理。

鑒于上述原因，對(duì)大洛河谷段洞室地下水發(fā)育，出現(xiàn)滲漏水部位進(jìn)行止水灌漿。由于洞室內(nèi)滲漏水量較大，呈大面積淋水、線流狀，局部有涌水出現(xiàn)，并帶有一定水壓，采用普通水泥漿液止水灌漿材料消耗大、時(shí)間長(zhǎng)、止水效果不理想。而HSC漿液在流動(dòng)度、結(jié)石率上均優(yōu)于普通水泥漿液，同時(shí)HSC漿液又具有高強(qiáng)、早強(qiáng)、抗分散、高可注性等性能，適合大洛河谷地下滲漏水發(fā)育特點(diǎn)。準(zhǔn)備采用HSC特種注漿材料代替普通水泥漿液進(jìn)行阻水灌漿。

4灌漿方案

4.1原材料

4.1.1注漿材料

注漿材料選用河北唐山北極熊特種水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HSC特種注漿材料。主要由特制硫鋁酸鹽水泥、專用外加劑組成，經(jīng)過(guò)粉磨，混拌工藝加工而成。根據(jù)洞內(nèi)滲漏水特點(diǎn)，選用HSC(含水細(xì)砂型)特種注漿材料。

技術(shù)指標(biāo)：

粒徑：6-8um；

結(jié)石率：98～100%；

流動(dòng)度：400m。

4.1.2水

漿液拌制用水，符合JGJ63-89第3.0.4條的規(guī)定，制漿使用的水溫在40℃以下。

4.2灌漿設(shè)備布置

4.2.1灌漿設(shè)備的選擇

1)灌漿泵采用SGD6—10、100/100型進(jìn)行灌漿，100L/min為最大排量，10MPa為最大壓力，注漿壓力與排漿量可以隨意調(diào)整，這樣才能滿足在不同壓力下的灌漿施工。

2)高速制漿機(jī)的型號(hào)是ZJY400，1000r/min為攪拌轉(zhuǎn)速，儲(chǔ)漿攪拌機(jī)配備與高速制漿機(jī)相配套，儲(chǔ)漿攪拌機(jī)的型號(hào)是J600。

3)高壓膠管作為灌漿的管路，這樣才能在1.5倍的最大灌漿壓力下保證其能承受能力。壓力表安裝在灌漿泵、灌漿孔口處的位置上，壓力表與管路之間需要設(shè)置一個(gè)隔漿裝置。

4)采用YT—28型鑿巖進(jìn)行灌漿鉆孔機(jī)，電動(dòng)空壓機(jī)供風(fēng)為3 m3/min。

4.2.2灌漿的布置及設(shè)備

TBM平行作業(yè)與止水灌漿，考慮TBM系統(tǒng)出渣、材料運(yùn)輸要求，采用腳手架制作灌漿平臺(tái)，灌漿平臺(tái)搭設(shè)成門字型，下部空間滿足機(jī)車、混凝土罐車的通過(guò)、運(yùn)輸要求。灌漿臺(tái)架在完成臺(tái)架控制范圍內(nèi)的滲漏水部位灌漿后，需要移設(shè)臺(tái)架，由于大洛河谷段滲漏水部位較多，灌漿臺(tái)架移設(shè)頻率高，并且由于洞內(nèi)無(wú)大型起吊、牽引設(shè)備，灌漿臺(tái)架由人工移設(shè)、就位。

止水灌漿與TBM平行作業(yè)，由于洞內(nèi)空間有限，考慮TBM材料運(yùn)輸要求，止水灌漿設(shè)備(包括灌漿泵、制漿機(jī)、儲(chǔ)漿筒、空壓機(jī)等)需沿右側(cè)洞壁擺放，在右側(cè)洞壁制作鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，平臺(tái)通過(guò)錨桿固定在洞壁。灌漿設(shè)備每40m移設(shè)一次，平臺(tái)及灌漿設(shè)備移設(shè)采用在洞壁鉆設(shè)起吊錨桿，通過(guò)5t手動(dòng)葫蘆移至板車上，電瓶機(jī)車牽引至下一灌漿區(qū)域安裝。

4.3水、電布置

4.3.1施工供水

止水灌漿施工用水與TBM系統(tǒng)共用一條供水管路，每200 m設(shè)一個(gè)φ50 mm帶閘閥支管，采用2英寸膠管引至灌漿工作面，以滿足止水灌漿施工用水的需要。

4.3.2施工排水

隧洞內(nèi)止水灌漿產(chǎn)生廢水、廢漿等在工作面經(jīng)初步沉淀，采用2英寸泥漿泵抽排至洞內(nèi)主排水管道內(nèi)，由洞內(nèi)排水系統(tǒng)抽排到洞外的沉淀池內(nèi)，經(jīng)沉淀過(guò)濾后排到天然河道內(nèi)[1]。

4.3.3施工供電

洞內(nèi)沿線變壓器容量為80 KVA，主要考慮洞內(nèi)沿線的排水、照明，并同時(shí)考慮阻水灌漿的用電情況。此變壓器安設(shè)初始位置在樁號(hào)75+000m，固定在右側(cè)洞壁，供電半徑為750 m，兩端各設(shè)750 m低壓電纜，在低壓電纜上每隔100 m設(shè)一配電盤，內(nèi)裝漏電保護(hù)器、插座、閘刀等設(shè)備。 變壓器每隔1 500 m移設(shè)一次。

4.4灌漿方案

4.4.1灌漿工藝

大洛河谷下洞室地下水發(fā)育段止水處理采用HSC注漿材料進(jìn)行止水灌漿，對(duì)呈大面積淋水、線流及單點(diǎn)涌水部位灌漿工藝如圖1所示。

4.4.2灌漿方法

4.4.2.1注漿孔布置

根據(jù)大洛段已揭露洞室滲漏水情況，地下水發(fā)育、滲漏水嚴(yán)重部位主要呈現(xiàn)為：

1)大的基巖裂隙出水。

2)節(jié)理密集帶大面積淋水、線流。

3)單點(diǎn)涌水。

圖1HSC注漿材料止水灌漿工藝流程圖

針對(duì)洞室圍巖的3種出水情況，注漿孔布置方案如下：

1)基巖裂隙出水：

對(duì)于巖石完整，單純基巖裂隙出水情況，沿裂隙兩側(cè)布置灌漿孔，灌漿孔與基巖裂隙相交，并在裂隙部位鉆設(shè)2～3個(gè)導(dǎo)水孔，集中引排水、卸壓。注漿孔間距1.5-2.0m，孔深3.5-5.0m,鉆孔直徑φ42mm；導(dǎo)水孔沿裂隙出水點(diǎn)布置，導(dǎo)水孔深3.5 m，孔徑φ42mm，安裝導(dǎo)水管集中引水。

2)節(jié)理密集帶大面積淋水、線流出水：

對(duì)于節(jié)理密集帶淋水、線流出水情況，沿節(jié)理、裂隙密集帶梅花形布孔，布孔排距1.5～2.0m，孔深3.5～5.0m，鉆孔直徑φ42mm；導(dǎo)水孔在節(jié)理裂隙出水點(diǎn)布置，導(dǎo)水孔深3.5 m，孔徑φ42mm，安裝導(dǎo)水管集中引水。

3)單點(diǎn)涌水布孔：

對(duì)于單點(diǎn)涌水情況，沿涌水點(diǎn)周圍梅花形布置注漿孔，布孔間距1.5-2.0m，孔深5.0m，孔徑φ42mm，在出水點(diǎn)安裝導(dǎo)水管排水。

4.4.2.2鉆孔、清洗

灌漿孔的鉆孔利用自制灌漿平臺(tái)人工YT28鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，孔徑為φ42，孔深為3.5～5.0m，孔間排距為1.5～2m。

鉆孔結(jié)束后采用壓力清水對(duì)鉆孔進(jìn)行沖洗，沖凈孔內(nèi)巖粉、雜質(zhì)，直到回水清凈為止。清水壓力采用80%的灌漿壓力，但≤1.0MPa。地質(zhì)條件復(fù)雜鉆孔是否需要沖洗以及如何沖洗，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

4.4.2.3裂隙封堵

對(duì)于構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙常呈微張狀、張開(kāi)狀態(tài)的部位出水，為保證止水灌漿效果、減少漏漿，在灌漿前，對(duì)裂隙采用清水及壓縮空氣沖洗干凈，利用水玻璃或堵漏劑封堵裂隙。

4.4.2.4注漿管、止?jié){塞制作、安裝

1)注漿管制作：

注漿管采用φ32無(wú)縫熱軋鋼管加工而成，長(zhǎng)3.5～5.0m，注漿管前端加工成錐形，以便插打，并防止注漿時(shí)漿液前沖。管壁每隔10～20cm交錯(cuò)鉆溢漿孔(梅花形布置)，以防止出現(xiàn)死角，孔眼直徑為6～8mm，尾部1.0m范圍內(nèi)不鉆孔以防止漏漿。注漿管末端焊φ6環(huán)形箍筋，以防止打設(shè)時(shí)開(kāi)裂，影響注漿管聯(lián)接[2]。

2)止?jié){塞：

止?jié){塞采用螺桿壓縮式膠球灌漿塞，膠球塞的膨脹部分由實(shí)體天然橡膠材料構(gòu)成，通過(guò)設(shè)置在孔口的螺桿裝置對(duì)膠球施加壓力，迫使膠球止?jié){。

3)注漿管、止?jié){塞安裝

鉆孔、沖孔結(jié)束，將注漿管與螺桿壓縮式膠球灌漿塞連接插入灌漿孔內(nèi)，止?jié){塞達(dá)到設(shè)計(jì)位置，旋緊螺桿使膠塞膨脹，與注漿孔孔壁擠壓緊實(shí)，防止漏漿。

4.4.2.5HSC漿液拌制

HSC漿液(含水細(xì)砂型)主要采用的是高速制漿機(jī)拌制，1000～1 200 轉(zhuǎn)/min為制漿機(jī)的轉(zhuǎn)速。 0.8～1.2(重量比)作為水灰比，2～3 min的漿液攪拌時(shí)間，攪拌的時(shí)間不能低于或高于這個(gè)時(shí)間。采用重量稱量法對(duì)漿液進(jìn)行稱重，誤差要<5%在制漿材料的稱重過(guò)程中。

水泥單液漿的主要配制方法為先加水之后加料拌制，漿液必須進(jìn)行均勻的攪拌，還要及時(shí)的測(cè)定漿液的濃度，注漿材料的配制要嚴(yán)格的把握水灰比、制漿機(jī)及制漿時(shí)間。拌制好的漿液一定要進(jìn)行持續(xù)的緩慢攪動(dòng)，并要及時(shí)的監(jiān)測(cè)攪拌機(jī)內(nèi)的漿液量，攪拌機(jī)內(nèi)的拌合料一定保證其新鮮，如果灌漿出現(xiàn)較長(zhǎng)停頓之后，在開(kāi)始繼續(xù)灌漿之前，需要將所有的設(shè)備和輸送管路進(jìn)行徹底的清洗。

4.4.2.6灌漿

1)灌漿的方法：止水注漿采用孔口封閉的全孔一次性純壓式單液灌注，漿液采用HSC含水細(xì)砂型注漿新材料，在注漿過(guò)程中及時(shí)的觀察漿液的凝結(jié)時(shí)間，控制在45min以內(nèi)的灌漿時(shí)間。

2)灌漿壓力：灌漿壓力需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能進(jìn)一步確定，在大于出水壓力0.5MPa范圍內(nèi)控制在最大灌漿壓力，在灌漿過(guò)程之中我們要將灌漿壓力盡快達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力這樣才能保證連續(xù)灌漿。

3)灌漿順序：止水灌漿順序采取的是由遠(yuǎn)及近、由上而下，先壓注無(wú)水孔，后壓注有水孔，最后灌漿封閉導(dǎo)水孔。

4)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力或試驗(yàn)后確定的最佳灌漿壓力后，灌漿段的吸漿量≤10 L/min ，可再持續(xù)灌注15 min結(jié)束；導(dǎo)水孔最后進(jìn)行封孔灌漿，灌漿壓力為0.5 MPa，灌漿段的吸漿量≤10 L/min，可再持續(xù)灌注10 min結(jié)束。

4.4.3灌漿的注意事項(xiàng)

由于本阻水灌漿與TBM開(kāi)挖同時(shí)進(jìn)行，在灌漿需避開(kāi)洞頂φ2200的風(fēng)筒、洞左側(cè)皮帶架等進(jìn)行施工。

5質(zhì)量控制措施

5.1超前檢測(cè)

施工前對(duì)注漿進(jìn)行檢測(cè)，超前選配好漿液配合比。灌漿材料要滿足灌漿質(zhì)量要求，漿液材料必須具有出廠合格證和檢驗(yàn)報(bào)告單。灌漿用HSC注漿材料要求新鮮，受潮結(jié)塊的不準(zhǔn)使用；出廠時(shí)間超過(guò)3個(gè)月的HSC注漿材料經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用。

5.2跟蹤檢測(cè)

施工中安排試驗(yàn)人員跟班作業(yè)，及時(shí)取樣，跟蹤檢測(cè)，對(duì)灌漿工藝實(shí)行全過(guò)程跟蹤檢測(cè)。保證施工質(zhì)量檢驗(yàn)頻率。

5.3記錄制度

實(shí)行施工工序驗(yàn)收三檢制，所有檢測(cè)項(xiàng)目均按監(jiān)理工程師要求進(jìn)行記錄(如實(shí)填寫監(jiān)理公司下發(fā)的灌漿記錄表，請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師確認(rèn))，保證記錄完整，匯總形成報(bào)告，并及時(shí)上報(bào)，采用灌漿記錄儀將灌注的漿液自動(dòng)記錄。

5.4質(zhì)量控制

加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)控制，安排專職質(zhì)檢人員對(duì)注漿施工質(zhì)量進(jìn)行控制，認(rèn)真執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)規(guī)程，精心組織施工，對(duì)違章施工者嚴(yán)格按照施工質(zhì)量獎(jiǎng)罰條例對(duì)責(zé)任者進(jìn)行處罰，情節(jié)嚴(yán)重者調(diào)離工作崗位，特別嚴(yán)重者除給予處分外將被清除現(xiàn)場(chǎng)。

6安全生產(chǎn)、文明施工保證措施

建立健全安全生產(chǎn)組織管理體系，設(shè)置項(xiàng)目安全管理小組，組長(zhǎng)由行政一把手擔(dān)任，副組長(zhǎng)主管生產(chǎn)、安全。要設(shè)立專門的安全人員，對(duì)施工的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定期的檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。施工現(xiàn)場(chǎng)必須保證用電的安全，配電盤和配電柜必須配備有效的防護(hù)設(shè)置，所有需要使用電的設(shè)備均應(yīng)設(shè)備漏電保護(hù)器。灌漿等污水、廢漿經(jīng)常用壓力水沖洗，保持作業(yè)面清潔；廢水、廢漿經(jīng)洞內(nèi)排水系統(tǒng)，集中匯集到集水井內(nèi)，由水泵抽排至洞外的污水處理池。

參考文獻(xiàn)：

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[2]谷鳳濤.超細(xì)水泥在大伙房水庫(kù)輸水工程中隧洞止水注漿上的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督, 2015, 23(02):76-78.

中圖分類號(hào)：TV554

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

[作者簡(jiǎn)介]程?hào)|(1982-)，男，遼寧本溪人，工程師，從事水利水電工程工作。

[收稿日期]2015-10-25

文章編號(hào)：1007-7596(2016)01-0064-04