王榮貴， 秦 飛， 汪 杰

(1.河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院,河南 鄭州 450007； 2.河南省地礦建設(shè)工程〈集團(tuán)〉有限公司，河南 鄭州 450007)

新安縣引畛濟(jì)澗工程是河南省洛陽市的一項(xiàng)重大民生工程項(xiàng)目，其施工內(nèi)容主要為隧洞工程。該工程區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，地形起伏大，溝谷切割劇烈；地表水充足，地下水豐富。輔助豎井深達(dá)140 m。施工大部分為地下作業(yè)，施工難度大，危險(xiǎn)性高。尤其3號(hào)豎井附近，開挖深度大，地下水極其豐富，嚴(yán)重影響整體施工進(jìn)度，并存在涌水突水的可能性。為了能保證施工安全及工程正常掘進(jìn)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘及分析研究，采取小導(dǎo)管注漿措施進(jìn)行封堵滲涌水，成功的完成了隧洞的開挖掘進(jìn)。

1 工程概況

1.1 工程基本概況

新安縣引畛濟(jì)澗工程為無壓供水隧洞，把畛河水引入澗河。引水隧洞全長(zhǎng)約13.601 km，工程建成以后運(yùn)營(yíng)成本低、引水量可觀且保障性強(qiáng)，能夠緩解目前新安縣及洛陽市居民生活、工業(yè)及環(huán)境用水短缺的狀況，改善民生、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展及改善區(qū)域水環(huán)境。主要施工內(nèi)容包括引水洞進(jìn)口建筑物，及隧洞1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)施工豎井等。K0-K13+290為圓拱直墻型斷面，K13+290-601為矩形斷面，圓拱直墻型斷面襯砌后尺寸為2.4 m×3.2 m(寬×高)，其中穿越采空區(qū)段襯砌后尺寸為2.4 m×3.2 m(寬×高)，矩形斷面襯砌后尺寸為2.4 m×3.2 m(寬×高)。圓拱直墻段隧洞為鉆爆法施工，矩形斷面洞段為明挖施工。其中3號(hào)豎井深度140.3 m，豎井直徑5.0 m。3號(hào)下游開挖至K5+482-506段，該洞段地表徑流豐富，數(shù)條地面沖溝及河流位于隧洞正上方及附近部位，致使該段地下水含水量豐富，補(bǔ)給充足，隧洞洞段圍巖裂隙發(fā)育完善，存在空腔及20～50 cm裂隙，儲(chǔ)水量大而且補(bǔ)給充分。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

工程區(qū)在地貌單元上屬低山丘陵區(qū)和黃土塬區(qū)，地形起伏大，溝谷切割強(qiáng)烈，大部分地區(qū)被第四系松散地層覆蓋，少部分地區(qū)出露基巖地層。供水隧洞區(qū)內(nèi)北高南低，一般山嶺高程310～470 m，溝底高程245～350 m，相對(duì)高差60～220 m。

工程區(qū)地表水體主要為小浪底庫區(qū)水、畛河水、印溝水、黃溝水、澗河水。溝(河)水主要接受大氣降水補(bǔ)給，局部接受地下水補(bǔ)給，通過蒸發(fā)或向下游排泄。該場(chǎng)地地層多為二疊系、三疊系砂巖、泥巖地層。砂巖節(jié)理發(fā)育，為含水層；泥巖裂隙不發(fā)育，巖體完整，為相對(duì)隔水層。在垂直方向上，地下水呈多層分布。

2 工程難點(diǎn)分析及措施

3號(hào)豎井下游開挖至K5+515 m，已完成初期支護(hù)。自K5+482 m至掌子面處地下水豐富，出現(xiàn)大量滲水涌水現(xiàn)象，觀察發(fā)現(xiàn)隧洞繼續(xù)開挖也會(huì)出現(xiàn)滲涌水現(xiàn)象發(fā)生，部分洞段掌子面在進(jìn)行超前探孔時(shí)出現(xiàn)高壓水射流情況，此情況基本可斷定為掌子面后2～5 m范圍內(nèi)存在高壓水，且儲(chǔ)量大,與地表河道相通,周邊存在滲漏補(bǔ)給豐富的寬裂隙，不采取措施封堵可斷定要發(fā)生突水、涌水情況。根據(jù)投入抽排水設(shè)備(2臺(tái)3 kW污水泵、1臺(tái)50 m3/h離心泵，3臺(tái)80 m3/h大流量離心泵，用于平洞及豎井排水)的技術(shù)參數(shù)及井內(nèi)水位上升速度計(jì)算3號(hào)豎井下部滲流水量為15～20 m3/h，雨天滲水量還會(huì)加大。長(zhǎng)期滲水勢(shì)必對(duì)圍巖的穩(wěn)定性造成破壞，探孔顯示掌子面下游有30～50 cm的斷層，盲目爆破開挖可能造成涌水、塌方事故。為了能保證施工安全正常進(jìn)行，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘及分析研究，采取小導(dǎo)管注漿措施進(jìn)行涌水點(diǎn)2倍洞徑范圍內(nèi)封堵滲涌水，漿液采用水泥漿+水玻璃雙漿液[1]。

3 注漿準(zhǔn)備

3.1 注漿前期工作

3號(hào)豎井距掌子面幾十米處漏水仍嚴(yán)重，在此段支護(hù)鋼拱架及錨噴支護(hù)，掌子面澆筑1 m厚C20混凝土止?jié){墻，待混凝土止?jié){墻強(qiáng)度上升至75%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行掌子面灌漿，以防止掌子面注漿后的高壓回水問題。

注漿前對(duì)設(shè)計(jì)漿液濃度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)配，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔發(fā)現(xiàn)裂隙位于掌子面前方2 m左右，因此需要將漿液濃度調(diào)配至漿液行走至該裂隙范圍內(nèi)時(shí)發(fā)生凝結(jié)為宜。最終確定水泥漿水灰比為2～1，水泥漿∶水玻璃=1∶1(體積比)。

3.2 注漿孔位布局

用C20混凝土做1 m厚止?jié){墻，全封閉掌子面，止?jié){墻預(yù)留引流閥。

止?jié){墻做好后進(jìn)行定向定位鉆孔。注漿孔布置見圖1，孔位布置參數(shù)見表1。

圖1 注漿孔布置Fig.1 Layout of grouting holes

孔號(hào)水平傾斜角/(°)垂直傾斜角/(°)深度/m孔號(hào)水平傾斜角/(°)垂直傾斜角/(°)深度/m1左傾斜15～20314左傾斜10～1552左傾斜15～20315左傾斜10～1553左傾斜15～20316左傾斜10～1554左傾斜15～20317左傾斜10～15上仰555左傾斜15～20上仰10～15318左傾斜10～15上仰556上仰10～15319上仰557上仰10～15320上仰558上仰10～15321右傾斜10～15上仰559右傾斜15～20上仰10～15322右傾斜10～15上仰5510右傾斜15～20323右傾斜10～15511右傾斜15～20324右傾斜10～15512右傾斜15～20325右傾斜10～15513右傾斜15～203

3.3 注漿材料及設(shè)備

注漿小導(dǎo)管采用?42 mm×4 mm熱軋無縫鋼管。根據(jù)實(shí)際情況當(dāng)注漿孔出水壓力較大漿液無法有效注入時(shí)增加?70 mm×4 mm注漿套管(結(jié)構(gòu)如圖2所示)。水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)；水玻璃采用40°Be，其出廠合格證明及檢測(cè)報(bào)告齊全。

圖2 注漿套管結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of grouting sleeve

選用注漿設(shè)備：風(fēng)鉆3臺(tái)，潛孔鉆1臺(tái)，注漿機(jī)1臺(tái)，壓力表1個(gè)，流量計(jì)1個(gè)，制漿機(jī)1臺(tái)，儲(chǔ)漿桶4個(gè)，注漿管，止?jié){塞100個(gè)，注漿嘴60個(gè)，量杯5個(gè)，水桶5個(gè)，高壓風(fēng)水槍2把。

3.4 注漿管的制作和漿液選擇

注漿管前段加工成錐形，尾部焊接?6 mm的鋼筋箍加勁，尾部管壁割注漿縫，施工時(shí)鋼管沿隧洞開挖外輪廓線周邊以表1中傾斜角打入巖層中。

全程雙液漿灌漿[2]，灌滿為止，水泥漿液∶水玻璃=1∶1，雙漿液凝結(jié)時(shí)間約15 s為宜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況調(diào)整漿液比例，注漿壓力高于水壓力0.3～0.5 MPa(注漿前進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn))。

一旦注漿開始，針對(duì)某一孔位注漿時(shí)，漿液不滿，機(jī)器不停，原則上是24 h全速灌漿，直至達(dá)到封堵效果。

4 注漿施工

4.1 注漿施工工藝流程(見圖3)

圖3 注漿施工工藝流程Fig.3 Grouting process chart

4.2 注漿施工方法

4.2.1 孔位布設(shè)

根據(jù)確定的小導(dǎo)管注漿參數(shù)進(jìn)行布孔，縱向根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況在0.5～1.5 m范圍內(nèi)調(diào)控，按照樁號(hào)用鋼卷尺測(cè)量注漿孔間排距，并在孔壁上做好標(biāo)記，編好編號(hào)。

4.2.2 鉆孔

采用風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔完成利用高壓風(fēng)槍吹孔，然后檢查孔深、孔徑、傾斜角等合格后及時(shí)插入導(dǎo)管，防止塌孔。所有鉆孔完成后均要進(jìn)行檢驗(yàn)孔深孔徑，不合格孔要重打。鉆孔時(shí)時(shí)刻注意鉆桿深度[3]，在遇到縫隙時(shí)標(biāo)注鉆桿深度，注漿時(shí)在該深度加大注漿量。

4.2.3 安裝導(dǎo)管

導(dǎo)管孔檢查合格后，開始安裝小導(dǎo)管，用鉆機(jī)或風(fēng)鎬頂進(jìn)，頂進(jìn)時(shí)注意保護(hù)管口不受損變形，以便與注漿管路連接。小導(dǎo)管打入后用高壓風(fēng)將小導(dǎo)管內(nèi)砂石等雜物吹出，小導(dǎo)管安裝后用塑膠泥封堵導(dǎo)管周圍的縫隙[4]。

4.2.4 漿液制拌

水泥漿水灰比為2～1。漿液配置時(shí)按先稀后濃的順序配制，漿液采用電動(dòng)攪拌輥進(jìn)行攪拌[5]，時(shí)間≮2 min，應(yīng)充分?jǐn)嚢杈鶆颍瑵{液隨拌隨用，配置好的漿液送入儲(chǔ)漿桶備用。

水玻璃濃度為40°Be，雙漿液配合比原則上水泥漿∶水玻璃=1∶1(體積比)，具體參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況確定。

水泥、水玻璃漿液比例調(diào)制根據(jù)出水量及出水壓力實(shí)時(shí)調(diào)整，雙漿液配置比例控制凝結(jié)時(shí)間，控制原則如下：(1)不能發(fā)生堵管現(xiàn)象(過快凝結(jié))；(2)不能過快溶解于水稀釋(過慢凝結(jié))；(3)漿液流動(dòng)時(shí)間10 s內(nèi)凝結(jié)，保證灌漿充盈度[6]。

4.2.5 注漿

采用孔口注漿管注漿，注漿壓力采用0.5～1 MPa，注漿初壓0.5 MPa，終壓為1 MPa。孔口排氣管與注漿管由閥門來控制開關(guān)，排氣管采用?20 mm塑料管[7]，插入孔底5～10 cm處，然后連接注漿管等各種管路，注漿前對(duì)所有孔眼安裝止?jié){塞，同時(shí)對(duì)管口與孔口側(cè)進(jìn)行密封處理，防止漏漿。關(guān)閉孔口閥門，開啟注漿泵進(jìn)行管路壓水試驗(yàn)，如有泄漏或堵塞及時(shí)檢修。

注漿順序采用跳孔、由疏至密注漿順序；先兩側(cè)后中間，保證注漿質(zhì)量。

注漿時(shí)的漿液先稀后濃進(jìn)行變換[8]，依吸漿情況逐步加濃漿液。

灌漿壓力按照0.5～1 MPa壓力控制，一般情況下，當(dāng)吸漿量較小時(shí)，可盡快地達(dá)到規(guī)定的灌漿壓力,使裂隙不至于在低壓下提前被堵塞，能較多地灌進(jìn)一些漿液，使一些較小的裂隙也能得到充分地灌實(shí)；而在吸漿量較大,未達(dá)到壓力要求時(shí)，應(yīng)調(diào)整配合比，使?jié){液濃度變濃一級(jí)繼續(xù)灌注，則可較緩慢的升到規(guī)定的灌漿壓力。先用0.5 MPa壓力進(jìn)行注漿，達(dá)到注漿終壓后持壓3～5 min停止注漿，確保注漿孔周圍巖體與導(dǎo)管周圍孔隙漿液充填密實(shí)[9]。

4.2.6 封孔

注漿結(jié)束拔出灌漿管后，用止?jié){塞封孔，嚴(yán)禁不封孔或假封孔[10]。

5 開挖

每個(gè)注漿循環(huán)完成后及時(shí)進(jìn)行爆破施工，每次爆破進(jìn)尺在2.0～2.5 m，爆破完成后視前方圍巖情況再?zèng)Q定是否進(jìn)行下一循環(huán)注漿。切不可超過注漿范圍開挖，防止涌水。

6 質(zhì)量控制措施

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)掌子面前方裂隙走向確定鉆孔深度及傾斜角，嚴(yán)格確定好每個(gè)鉆孔平面位置及傾斜角是精確的將漿液灌注至指定位置，達(dá)到預(yù)期注漿效果的關(guān)鍵。

(2)終孔后要檢查孔位、孔深、孔徑，由于該處出水較大，打孔后高壓水即將孔內(nèi)雜物沖洗干凈不需再進(jìn)行高壓風(fēng)吹凈，但要防止裂隙圍巖不穩(wěn)而導(dǎo)致塌孔。

(3)漿液配置必須按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所得漿液比例進(jìn)行，嚴(yán)格控制水泥、水以及其他外加劑(如速凝劑等)的質(zhì)量；漿液拌制必須使用機(jī)械拌制，嚴(yán)格控制拌和的時(shí)間；試驗(yàn)室要加強(qiáng)對(duì)漿液質(zhì)量的檢查[11]。

(4)注漿前應(yīng)嚴(yán)格檢查機(jī)具、管路及接頭處的牢靠程度，按要求安設(shè)注漿管路，注漿管路必需用經(jīng)合格檢驗(yàn)的高壓注漿管[12]。

(5)注漿過程中隨時(shí)檢查孔口、鄰孔有無串漿現(xiàn)象。間歇性注漿可增加漿液在裂隙內(nèi)沉淀的時(shí)間，能夠更好地對(duì)裂隙進(jìn)行封堵止水。

(6)注漿時(shí)，要根據(jù)注漿終壓和注漿量雙控注漿質(zhì)量，經(jīng)常檢查注漿壓力表的準(zhǔn)確度，根據(jù)單根注漿管注漿量并結(jié)合巖體的松散程度，綜合考慮注漿量。若個(gè)別孔漿液不暢通，被迫提前終止時(shí)，可在鄰孔適當(dāng)加壓補(bǔ)償。

(7)注漿結(jié)束后，必須鉆孔檢查注漿效果，現(xiàn)場(chǎng)可臨時(shí)增加注漿檢查孔，如未達(dá)到要求時(shí)需要補(bǔ)孔注漿[13]。

(8)注漿工必須經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)合格持證上崗[14]，非注漿工不允許進(jìn)行管路安裝、開泵注漿工作，注漿過程中，要隨時(shí)注意注漿壓力及注漿量情況[15]，防止管路堵塞而發(fā)生意外[16]。

7 注漿效果評(píng)價(jià)

隧洞開挖至該處時(shí)，在鉆爆施工打鉆時(shí)出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，并突然出現(xiàn)大量涌水，涌水壓力較大并出現(xiàn)射流(見圖4)。通過對(duì)隧洞周邊圍巖注漿，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圍巖裂隙的封堵和對(duì)周邊圍巖的加固，即注漿封堵加固一環(huán)(5 m范圍)，開挖掘進(jìn)一環(huán)(2～2.5 m)，如此交替循環(huán)掘進(jìn)，以此方法實(shí)現(xiàn)了注漿封堵加固輔助掘進(jìn)施工順利開展(見圖5)。注漿管具有一定的強(qiáng)度，在注漿完成后留在圍巖內(nèi)，對(duì)圍巖起到加固作用，起到了類似管棚的作用。

圖4 注漿前射流出水Fig.4 Water jet flow before grouting

8 結(jié)語

在本次隧洞工程的施工中，大部分為地下作業(yè)，地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，局部區(qū)域洞段與含水、儲(chǔ)水豐富的地下空腔及裂隙交叉貫穿，涌水、突水發(fā)生的可能性較大，稍有不慎就會(huì)造成極大的安全事故，危及生命。工程實(shí)際實(shí)施過程中通過超前小導(dǎo)管注漿超前加固封堵措施，有效地對(duì)儲(chǔ)水空腔及裂隙出水進(jìn)行了封堵，避免了安全事故的發(fā)生，保證井下作業(yè)人員的生命安全及工程安全，加快了施工進(jìn)度，順利地完成了隧洞施工任務(wù)。給類似隧洞工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

圖5 注漿達(dá)到控制滲水效果Fig.5 Grouting sealed off water seepage