李志成

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

小斷面隧洞涌水不良地質(zhì)段堵水施工方案

李志成

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

結(jié)合山西中部引黃工程引水隧洞施工實(shí)踐，介紹了西干線19號(hào)支洞隧洞涌水不良地段開(kāi)挖過(guò)程中的堵水處理措施，并對(duì)堵水施工方案進(jìn)行了詳細(xì)分析，在對(duì)施工配置介紹的基礎(chǔ)上，探討了施工過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)，為同類(lèi)小斷面隧洞堵水處理提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

隧洞涌水；小斷面堵水；施工方案

小斷面隧洞施工作業(yè)空間有限、工序多、工序間干擾大，工序的銜接是保證開(kāi)挖進(jìn)度的關(guān)鍵。隧洞開(kāi)挖過(guò)程若出現(xiàn)涌水或滲水量較大，如僅采取排水措施，水泵、管路布置對(duì)施工影響較大，易造成掌子面淹沒(méi)等風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)抽排水降低周邊水位，會(huì)對(duì)附近村民飲水等造成影響，因此有必要采取堵水措施。增加堵水環(huán)節(jié)，直接影響開(kāi)挖進(jìn)度，因此做好小斷面隧洞不良地質(zhì)段開(kāi)挖過(guò)程中的堵水是保證隧洞順利施工的前提。

1 工程概況

山西中部引黃工程由取水工程和輸水工程兩部分組成。取水口位于黃河干流天橋水電站附近，取水泵站為地下式，泵站布置7臺(tái)機(jī)組（5臺(tái)工作，2臺(tái)備用）提水，總裝機(jī)容量9.6萬(wàn)kW，設(shè)計(jì)取水流量23.55m3/s，揚(yáng)程200m。輸水線路分總干線和東干線、西干線以及各支線，輸水線路總長(zhǎng)383.5km，施工支洞和主洞隧洞施工總長(zhǎng)度485km，隧洞斷面12～27m2，屬小斷面隧洞開(kāi)挖。隧洞沿線涉及天橋泉、柳林泉、郭莊泉3個(gè)泉域，最大埋深694m，局部為富水段隧洞開(kāi)挖。

19號(hào)施工支洞位于中部引黃輸水線路西干線，支洞長(zhǎng)973m，坡度31%，主洞開(kāi)挖斷面為城門(mén)型，開(kāi)挖斷面尺寸3.2m×3.6m，主洞與洞口地面高差301m，上下游控制主洞施工各1.9km。經(jīng)前期勘測(cè)，圍巖以Ⅲ，Ⅳ類(lèi)砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，地下水位位于洞頂以上，部分洞段可能產(chǎn)生涌水、突水，多具承壓性。

2 施工方案

施工支洞在樁號(hào)0+000—0+095段為土層、卵石混合土段，根據(jù)前期地質(zhì)勘探資料，在施工支洞0+ 400附近，圍巖破碎、裂隙發(fā)育，可能存在滲水。支洞開(kāi)挖至樁號(hào)0+405時(shí)，在鉆超前勘探孔時(shí)孔內(nèi)出現(xiàn)壓力水，噴射距離5m，滲水量達(dá)150m3/h，經(jīng)過(guò)連續(xù)抽排，滲水量無(wú)明顯減小。為此，采用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，一次預(yù)報(bào)長(zhǎng)度150m。

根據(jù)二維視圖分析及工程地質(zhì)資料判斷，掌子面前方0+405—0+431段巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙水較發(fā)育，在0+455—0+499段，0+540—0+555段裂隙水可能較發(fā)育，整體趨勢(shì)圍巖強(qiáng)度變化不大。

根據(jù)勘察地質(zhì)資料，隧洞前方存在不良地質(zhì)段，有必要制定切實(shí)可行的堵水方案，確保隧洞開(kāi)挖順利進(jìn)行。根據(jù)隧洞特點(diǎn)、圍巖情況、滲水量、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取“以堵為主，限量排放”的堵排水方案。對(duì)不良地質(zhì)段進(jìn)行TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并超前鉆孔，以確定采取的堵水處理措施。

圍巖裂隙較發(fā)育、裂隙連續(xù)、滲水量大于100m3/h，且經(jīng)過(guò)連續(xù)抽排滲水量無(wú)明顯減小的洞段，采用超前預(yù)注漿方案堵水；圍巖較完整、裂隙較小且不集中、滲水量較小的洞段采用排堵結(jié)合，小導(dǎo)管局部注漿方案堵水。

3 堵水方案

3.1 超前注漿堵水

超前注漿采用潛孔鉆鉆孔，孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)注漿。施工程序?yàn)椋悍忾]掌子面、鉆孔定位、鉆孔（5m）、安孔口管、注雙液漿、鉆孔至終孔、壓水、注水泥漿、檢查、加密孔鉆灌。

3.1.1 施工方法

第一，封閉掌子面。掌子面掛直徑8mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片尺寸20cm×20cm，網(wǎng)片與巖體采用直徑20mm錨桿連接，錨桿深度30cm，間排距1m，噴C20混凝土，厚度20cm，封閉巖面。

第二，鉆孔。注漿孔沿隧道周邊布置，間距1m，沿洞線外偏5°～10°，注漿孔直徑110mm，注漿孔深度20m。鉆孔分兩次鉆進(jìn)，第一次鉆進(jìn)5m后灌漿，以封閉孔口周邊裂隙，待凝后進(jìn)行掃孔鉆進(jìn)至終孔。鉆孔分兩序進(jìn)行，由下至上，先鉆灌Ⅰ序孔，再鉆灌Ⅱ序孔。

第三，鑲孔口管?？卓诠転橹睆?08mm，壁厚5mm，長(zhǎng)2m的熱軋無(wú)縫鋼管，外露50cm，管壁與孔口接觸處用堵水劑封閉。

第四，壓水。清除鉆孔中的殘存巖粉，巖石裂隙中所填充的雜物，確定灌漿壓力，初步估灌漿量。壓水方式采用壓力驟升驟減的放水方式。

第五，注漿。采用孔口封閉壓入式注漿，順序?yàn)橛上轮辽?，先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，先注孔?m段，再全孔注漿?？卓?m段采用水泥—水玻璃漿液，5～20m段采用水泥漿，水泥漿水灰比0.8∶1～1∶1，水泥采用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，水泥細(xì)度要求通過(guò)80μm方孔篩的篩余量不大于5%。水泥漿與水玻璃體積比1∶1～1∶0.5。注漿壓力為靜水壓力的2～3倍，注漿壓力2～3MPa。

孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：注漿壓力逐步升高至設(shè)計(jì)終壓，注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量小于5L/min。注漿全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無(wú)漏注現(xiàn)象；注漿后涌水量小于1m3/m·d。

第六，鉆孔檢查。灌漿結(jié)束待凝24h后，在注漿量較大的灌漿孔附近鉆孔進(jìn)行檢查，鉆孔深度15m，如滲水量大于1m3/m·d，進(jìn)行加密孔注漿，加密孔設(shè)在兩孔中間，至檢查孔滲水滿足要求，不再加密。

3.1.2 特殊情況處理

掌子面滲水較大難以封閉時(shí)，先在出水較集中的部位埋設(shè)排水管，排水管設(shè)閥門(mén)，保證滲水由排水管排出，灌漿過(guò)程排水管有水泥漿排出時(shí)關(guān)閉閥門(mén)。鉆孔過(guò)程中遇到泥夾層或涌水，立即停止鉆孔，采取鉆一段注一段的分段前進(jìn)式注漿，直至終孔。如已開(kāi)挖洞段出現(xiàn)漏漿或注入量較大，加大漿液濃度，采取間歇注漿。采用水泥—水玻璃漿液注漿，注漿停止后應(yīng)立即清洗管路，防止?jié){液在管路凝結(jié)。

3.1.3 質(zhì)量與安全措施

第一，對(duì)孔位精確測(cè)量定位，重點(diǎn)控制鉆孔角度，鉆機(jī)固定牢固，確保鉆孔外偏角度符合精度要求。第二，孔口段注漿時(shí)，隨時(shí)注意灌漿壓力，防止壓力突然升高掌子面破壞。第三，注漿泵及高壓管路必須試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保機(jī)械性能和各種閥門(mén)管路、壓力表完好后方可施工。第四，注漿時(shí)應(yīng)注意觀察洞身變化和圍巖動(dòng)態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止注漿或調(diào)整注漿壓力。第五，在實(shí)施注漿過(guò)程中的異常情況進(jìn)行分析，并制定處理措施。第六，鉆孔中若發(fā)生涌水，應(yīng)集中全力采取措施，及時(shí)注漿封堵。

3.1.4 設(shè)備配置

采用YQ100F型氣動(dòng)潛孔鉆，WDSY100型雙液注漿泵注漿，排量10m3/h，工作壓力0～16MPa。1m3高速攪拌桶制漿液。

3.2 小導(dǎo)管注漿堵水

局部注漿采用小導(dǎo)管注漿，可環(huán)向或徑向布孔。在噴混凝土?xí)r預(yù)留排水管，臨時(shí)由排水管將滲水排出，排水管采用直徑42mm的鋼管，管口設(shè)閥門(mén)。采用手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑直徑50mm，根據(jù)滲水情況隨機(jī)布設(shè)，鉆孔深度1.5～3.0m。小導(dǎo)管外徑42mm，管壁周?chē)O(shè)8mm注漿孔，孔距10cm，尾部加工成尖狀，導(dǎo)管深入孔內(nèi)0.5～1.0m，小導(dǎo)管外露20cm，并有連接絲扣。注漿材料為水泥—水玻璃漿液，水泥漿水灰比0.6∶1～1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶1～1∶0.5。注漿壓力根據(jù)壓水試驗(yàn)確定，灌漿壓力大于水壓力0.5MPa。

局部注漿堵水施工工序?yàn)槭┕?zhǔn)備、鋼管加工、鉆孔、安裝鋼管、壓力注漿、空口封閉。

4 結(jié)論

該工程在隧洞開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)穿越斷層、涌水量較大的洞段采取了超前預(yù)注漿堵水措施，局部滲水采用小導(dǎo)管注漿堵水措施，在實(shí)際施工中起到了顯著效果，通過(guò)該工程不良地質(zhì)段堵水施工得出如下結(jié)論：

第一，涌水量的大小應(yīng)采取TSP超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)結(jié)合超前鉆探進(jìn)行判斷，最終依據(jù)超前鉆探孔涌水量確定堵水方案。

第二，采用超前預(yù)注漿方案堵水效果較好，但注漿施工周期長(zhǎng)，工序難以銜接，投資大，造成人員、設(shè)備停滯窩工，對(duì)工程進(jìn)度影響大。注漿措施的實(shí)施與否，應(yīng)與地質(zhì)特征和現(xiàn)場(chǎng)情況相適應(yīng)，否則將造成不必要的費(fèi)用投入，且延誤工期。

第三，小導(dǎo)管注漿靈活方便，施工成本低，有利于工序的銜接，注漿后滲水明顯減小，在滿足堵水要求的前提下應(yīng)優(yōu)先采用。

U453.6+1 ［

］C ［

］1004-7042（2016）06-0036-02

李志成（1974-），男，2010年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專(zhuān)業(yè)，工程師。

2016-04-15；

2016-05-22