有壓引水隧洞巖溶注漿加固處理方案

唐伍一

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春 130000）

1 工程概況

吉林省中部城市引松供水工程TBM3 施工段位于吉林市永吉縣境內岔路河至飲馬河之間，線路總體走向由北東向南西，地貌為低山丘陵和相間溝谷。沿線地形起伏，植被較發(fā)育，高程范圍264.0～484.0m，洞室最大埋深260m。溝谷累計長度約3229m，設計坡度1/4300。根據現場地質素描結果及實際開挖揭露地質情況：TBM3 施工掘進段穿越灰?guī)r地層起止實際樁號為71+131～63+210，總長度7921m，溶蝕現象發(fā)育。

2 工程地質

2.1 地形地貌

本段行政區(qū)劃屬吉林市黃榆鄉(xiāng)，途徑拐脖子溝、小河沿、堿草甸子，線路總體走向由北東向南西，地勢東南高西北低。地貌為丘陵及溝谷，山勢較陡，山脊巖石裸露，植被不發(fā)育，溝谷季節(jié)性流水。巖性主要石炭系中下統(tǒng)磨盤山組灰?guī)r，泥盆系中下統(tǒng)堿草甸子-常家街組灰?guī)r。山體走向NE。山、谷交替出現，海拔在270～420m 左右，最高海拔412m，隧洞埋深最低22m。地貌單元按形態(tài)為中低山丘陵。

2.2 地層巖性

TBM3 施工段穿越灰?guī)r段（71+131～63+210）巖性主要是石炭系中下統(tǒng)磨盤山組灰?guī)r，泥盆系中下統(tǒng)堿草甸子-常家街組灰?guī)r。在灰?guī)r中局部分布有砂巖及巖脈。

本段根據掘進期間揭露的地質情況，灰?guī)r地層起止實際樁號為71+131～63+210，總長度7921m。溶蝕現象發(fā)育，開挖過程中揭露大小溶洞共52 個。其中大型溶洞（>10m）約占10%，中型溶洞（5～10m）約占8%，小型溶洞（2.5～5m）約占12%，溶蝕寬縫（0.5～2.5m 條帶狀溶蝕）約占33%，溶蝕裂隙（0.1～0.5m 沿裂隙發(fā)育）約占12%，溶孔、小溶腔（呈孔狀、腔體發(fā)育的溶蝕）約占25%。

2.3 地質構造

工作區(qū)主要位于在灰?guī)r段?；?guī)r巖溶較發(fā)育，垂直分帶性不明顯，溶洞多沿溝谷、斷層呈北東或南北向分布，洞徑大小不一，多充填，沿溝谷地表水發(fā)育，多溶洞。

2.4 水文地質

線路區(qū)地表水由松花江水系控制，地表水總體由東南向西北、南向北流。該段有兩條地表徑流，其中石門子河流量較大，河水流量季節(jié)變化大。地下水主要靠大氣降水補給，枯水期地表徑流接受地下水補給，豐水期河水短時補給地下水，地下水以淺循環(huán)為主。

該段埋深較淺，巖石主要以弱風化為主，地下水主要以裂隙水為主，位埋深與風化及構造影響程度緊密相連，以網狀風化裂隙水及深部塊狀構造裂隙水為主要形式，在沖溝和低洼地帶以泉水形式排泄，靠大氣降水入滲補給，水量貧富差異很大，水位、水量隨季節(jié)變化。

3 巖溶注漿處理設計方案

為滿足隧洞襯砌后與巖體聯合受力的結構設計要求；保證隧洞襯砌工程質量，確保工程引水運行期間的輸水安全，需對灰?guī)r段圍巖在隧洞開挖洞徑2 倍洞徑范圍內的溶洞、溶腔、溶蝕裂隙等巖溶進行回填注漿加固處理。

根據工程實際情況，遵循技術先進、科學合理、經濟適用的原則，采取多種治理措施。根據巖溶的不同規(guī)模及填充情況，注漿加固設計方案如下：

3.1 溶洞

對無填充的溶洞首先采用C20 細石混凝土，在隧洞開挖2倍洞徑范圍內由遠及近進行填充，然后采用水泥漿灌漿加固；

對半填充的溶洞采用水泥砂漿進行填充；

對全填充的溶洞采用水泥漿進行加固。

3.2 溶蝕寬縫、溶蝕裂隙

對無填充的溶蝕裂隙、溶蝕寬縫采用水泥砂漿進行填充；

對半填充及全填充的溶蝕裂隙、溶蝕寬縫采用水泥漿進行加固。

3.3 溶孔、小溶腔

對溶孔、小溶腔采用水泥漿進行加固。

3.4 對出水量較大、水泥-水玻璃雙液漿注漿效果差的巖溶出水點，采用水泥漿結合化學漿液進行注漿堵水。

4 施工技術要求

由于所掌握的溶洞尺寸是根據現場地質素描結果及實際開挖揭露地質情況確定的，隧洞具體巖溶情況采用灌漿鉆孔鉆進時，邊鉆邊探的原則進行。應根據鉆探結果及結合設計要求，進行具體分析，采取不同的處理手段及施工工藝和施工順序進行灌漿加固處理。

灌漿應在襯砌混凝土達70%設計強度后進行。注漿前先進行注漿現場試驗，通過現場試驗在實際施工中根據具體情況及時調整注漿材料及注漿參數，以獲得較好的注漿加固效果。

鉆孔孔徑不宜小于38mm，孔深按照揭露巖溶現場情況確定，不超過2 倍隧洞開挖直徑長度。

漿液的水灰比為0.5 或0.6。

灌漿結束條件：在規(guī)定壓力下灌漿孔停止吸漿后，延續(xù)灌注10 分鐘，即可結束灌漿。

灌漿孔完成灌漿后，應使用干硬性水泥砂漿封填密實，孔口壓實齊平。

注漿壓力控制在0.5MPa～1.0MPa（具體的注漿參數通過現場試驗最終確定）。

一旦發(fā)現有圍巖松動、跑（漏）漿、注漿壓力突然驟降等異常情況，應立即停止注漿，查明原因，采取措施后才可恢復注漿。

采用C20 細石混凝土進行回填時，C20 細石混凝土塌落度滿足120-180 范圍，鉆孔插入Φ89 鋼管，鉆孔布設根據溶洞具體情況確定。

圍巖加固灌漿工程質量檢查，以測定灌后巖體彈性波波速為主，壓水試驗透水率為輔。彈性波波速測試宜采用聲波法或地震波法。壓水試驗為單點法。

圍巖彈性波波速測試應在該部位灌漿結束14d 后進行。

5 施工過程中重難點及控制措施

5.1 施工過程中遇圍巖破碎帶、塌腔溶洞、富水區(qū)時，回填注漿量較大，長時間無法到達終止注漿壓力。如何保證注漿質量、節(jié)約項目成本，將是本段施工重點。

解決措施：根據施鉆手鉆孔時對圍巖判斷及開挖時實際圍巖情況，調整漿液水灰比，按設計量進行注入，同時未達到設計壓力，及時通知相關參建單位現場實際查看，并共同制定解決措施。

5.2 根據掘進期間揭露的地質情況，灰?guī)r地層起止實際樁號為71+131～63+210，總長度7921m，開挖過程中已經揭露的溶洞共52 個，但對小河沿、堿草甸子鉆爆段及在開挖洞徑2 倍洞徑內未揭露出的隱伏溶腔、溶洞等未知，對工期、進度計劃、施工難度等有較大的影響，如何合理安排灰?guī)r段注漿是本段施工重點。

解決措施：對于已經揭露的溶洞在回填灌漿時直接灌漿處理，對于隱伏溶腔、溶洞等未知段根據施鉆手利用固結灌漿鉆孔，同時根據現場實際情況，研究采用超聲波CT 層析和地質雷達等物探手段進行勘探的可行性，再根據勘探結果確定處理措施。

5.3 本段灌漿施工為小河沿至堿草甸子及堿草甸子至出口，雙作業(yè)面進行，并且灌漿與主洞襯砌同步施工，因此如何合理組織施工，保證物料運輸正常進行，將是本段施工難點。

解決措施：通過了解現場施工組織、施工方法、進度及優(yōu)缺點，結合施工現場情況及施工條件，通過經濟、工期、安全等相關方面一一對比，制定有效解決措施。

6 巖溶注漿施工方案

灰?guī)r段巖溶灌漿施工工藝流程如圖1。

圖1 灰?guī)r段巖溶灌漿施工工藝流程圖

注漿順序采取由外到內約束－開放型方式，即先注溶洞最外側后注內側，分層交替進行，以控制漿液擴散范圍，保證注漿效果。

注漿孔采用風鉆在臺架鉆孔，并垂直于襯砌凈空面，鉆孔直徑大于38mm，孔深根據溶腔位置、大小的不同鉆孔深度不同，臺架如圖2。

圖2 灌漿臺架

本方案主要針對已經給出TBM 掘進過程中揭露的52 個的溶腔、溶洞進行注漿處理，同時結合固結灌漿施工發(fā)現的小河沿及堿草甸子鉆爆段的溶腔、溶洞和在TBM 施工段開挖洞徑2倍洞徑內未揭露出的隱伏溶腔、溶洞等，按照本方案進行處理。根據灰?guī)r段巖溶區(qū)位置、邊界條件及項目實際施工情況、總體工期安排，灰?guī)r段巖溶注漿加固處理施工共分為3 段進行組織。

第一段堿草甸子至出口：該段灰?guī)r段巖溶注漿加固施工與回填、固結灌漿同步施工，主要考慮固結灌漿施工過程中可以發(fā)現隱伏溶腔、溶洞，在注漿加固處理時及時進行處理，避免二次組織。同時該段施工要充分考慮正洞襯砌施工條件，要保證不影響正洞襯砌施工前提下進行組織。提前組裝兩個臺架（8m）（底部可以行走機車），前方臺架放置兩個鉆機、空壓機、變壓器；后方臺架放置注漿機、儲料罐、制漿機、注漿材料。材料運輸及臺架移動均通過內燃機車牽引，人員上下班與主洞襯砌施工同步。具體的施工平面示意圖見圖3。

圖3 堿草甸子至出口段灰?guī)r段巖溶注漿施工工藝流程圖

第二段小河沿至堿草甸子：該段根據設計院提供的開挖揭露溶洞統(tǒng)計表共有溶腔、溶洞18 個，首先針對已揭露的進行處理，施工過程中要充分利用小河沿豎井進行組織，首先在洞外將注漿設備及注漿材料準備齊全，運輸至施工部位。洞內重新拼裝注漿臺架作為施工平臺，在臺架左側放置一臺空壓機進行供風，在臺架右側放置一臺變壓器進行供電，采用YT-28 風鉆鉆孔，孔徑不得小于38mm，使用雙液注漿機注漿；大部分灰?guī)r段已經完成襯砌，故注漿行走過程中需要重新在已澆筑段鋪設電纜，以保證洞內正常供電；采用牽引車+膠輪平板+灌漿臺架的運輸方式完成灰?guī)r段溶腔溶洞灌漿施工，施工人員從小河沿豎井上下班。小河沿至8#方向施工與上同步。

具體的施工平面示意圖見圖4。第三段小河沿至8 號工區(qū)：該段根據設計院提供的開挖揭露溶洞統(tǒng)計表共有溶腔、溶洞6個，考慮現場實際施工情況，考慮8 號大里程接應段施工完成后，充分利用該段回填、固結灌漿施工時期進行處理。

圖4 小河沿至堿草甸子段灰?guī)r段巖溶注漿施工工藝流程圖

7 結論

文章主要根據工程現場實際情況，對引水隧洞穿灰?guī)r區(qū)開挖揭露的溶洞、溶腔進行注漿加固處理，以滿足有壓引水隧洞襯砌后與巖體聯合受力的結構設計要求；保證隧洞襯砌工程質量，確保工程通水運行期間的輸水安全。