阻水灌漿在隧洞開(kāi)挖工程中的應(yīng)用

李蘇陳 張 冰

（1.山西省黎城縣水利局 山西黎城 047600；2.山西省水利建筑工程局集團(tuán)有限公司 山西太原 030000）

1 涌水影響及阻水灌漿目的

遼寧某引水隧洞為無(wú)壓隧洞，采用鉆爆法施工，設(shè)有5 個(gè)支洞，主洞全長(zhǎng)17 km，洞型為圓拱直墻型，襯砌后斷面尺寸為4.6 m×5.25 m。在支洞及主洞開(kāi)挖期間，共計(jì)發(fā)生涌水40 多次，且大多發(fā)生在掌子面，涌水嚴(yán)重時(shí)，水深達(dá)1.5 m 左右，不得不中斷開(kāi)挖，掌子面處于停工狀態(tài)，并使洞內(nèi)道路阻斷，影響正常施工作業(yè)。開(kāi)挖期間的阻水灌漿是通過(guò)灌注水泥漿充填并膠結(jié)圍巖中的裂隙，將水阻在開(kāi)挖線以外，以改善洞室圍巖結(jié)構(gòu)，提高洞室圍巖的整體性和自承能力，提高洞室圍巖的整體性和抗?jié)B性，為開(kāi)挖工作面安全、正常施工創(chuàng)造有利條件。

2 阻水灌漿前準(zhǔn)備

2.1 制定措施

根據(jù)掌子面出水變化以及實(shí)際揭露圍巖的地質(zhì)情況制定阻水灌漿灌漿方式。

2.2 排水

布設(shè)排水系統(tǒng)，在洞內(nèi)修建排水溝，并每隔200～300 m 設(shè)置一個(gè)集水井，井內(nèi)布設(shè)離心泵或污水泵鋪設(shè)排水管路，排水管路可設(shè)一趟DN100 鋼管及多趟3 寸塑料排水管。排水完成后，即為阻水灌漿提供施工場(chǎng)地。

2.3 測(cè)定涌水量

涌水量測(cè)定有兩種方式：一種是根據(jù)涌水段長(zhǎng)度及水深計(jì)算一次涌水量；另一種是采用流量表及壓力表測(cè)定。為減少排水以及大面積涌水發(fā)生的概率，一般采用超前探孔鉆探，若涌水從超前探孔或鉆爆鉆孔中涌出，也可在涌水處安裝流量表及壓力表，測(cè)算壓力及流量，根據(jù)測(cè)算結(jié)果制定相應(yīng)的阻水灌漿施工措施。

2.4 封閉掌子面

待涌水排除或得到有效控制后，掌子面采用噴射混凝土進(jìn)行封閉。噴射混凝土前應(yīng)先對(duì)掌子面進(jìn)行排險(xiǎn)，保證掌子面圍巖穩(wěn)定；同時(shí)，為防止灌漿漿液沿掌子面裂隙處流出，噴射混凝土厚度控制在10～15 cm。

2.5 設(shè)置止?jié){墻

當(dāng)?shù)装宄鏊畤?yán)重、難以封閉時(shí)采用止?jié){墻，止?jié){墻的體積大小視底板涌水規(guī)模及涌水點(diǎn)位置不同而確定，現(xiàn)場(chǎng)可采用拌制噴射混凝土（5～10 mm 石子）加速凝劑的方式或澆筑普通混凝土的方式設(shè)置止?jié){墻，選擇方式取決于現(xiàn)場(chǎng)原材料條件。

2.6 現(xiàn)場(chǎng)布置準(zhǔn)備

1）設(shè)備準(zhǔn)備：根據(jù)涌水量大小與灌漿壓力選擇灌漿泵，布置灌漿設(shè)備應(yīng)考慮雙液灌漿的需求，需準(zhǔn)備的設(shè)備有：雙液灌漿泵、高速制漿機(jī)、儲(chǔ)漿攪拌機(jī)、灌漿自動(dòng)記錄儀等。

2）材料準(zhǔn)備：在洞口布設(shè)水泥庫(kù)儲(chǔ)備水泥，在洞內(nèi)搭設(shè)小型制漿站，利用自卸汽車(chē)將水泥及水玻璃由洞外水泥庫(kù)倒運(yùn)至洞內(nèi)制漿站堆存。

3）制漿站準(zhǔn)備：在隧洞各灌漿段落附近避車(chē)洞位置建立臨時(shí)制漿站，制漿站距離灌漿工作面的距離控制在200 m 以內(nèi)。儲(chǔ)漿平臺(tái)附近安裝高速制漿機(jī)進(jìn)行集中制漿，高速制漿機(jī)連接儲(chǔ)漿桶，通過(guò)灌漿管路和灌漿泵將漿液輸送到工作面。

4）作業(yè)平臺(tái)準(zhǔn)備：利用Φ48 mm 鋼管搭設(shè)簡(jiǎn)易作業(yè)臺(tái)架并在其下部布設(shè)行走裝置，灌漿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)施與灌漿設(shè)備放置于移動(dòng)的臺(tái)車(chē)架上，灌漿設(shè)備和自動(dòng)記錄系統(tǒng)放置在灌漿作業(yè)面附近位置，灌漿泵、灌漿孔和進(jìn)漿管路均安裝壓力表。

3 阻水灌漿施工

3.1 鉆孔封堵施工

在發(fā)生涌水后，利用已施工爆破鉆孔作為封堵灌漿孔并采用阻水灌漿的方法進(jìn)行封堵，同時(shí)在出水點(diǎn)周?chē)欢ň嚯x（50～100 cm）采用YT-28 型手風(fēng)鉆斜向鉆孔，與出水位置斜交，孔口部位安裝孔口封閉器以分散涌水并降低涌水壓力。

鉆孔深度3 m，灌漿管采用DN25 mm 焊接鋼管（δ=4 mm），管口壁周邊采用棉絮或纏麻填塞嚴(yán)密防止灌漿過(guò)程中出現(xiàn)漏漿，套管尾端配套安裝閘閥在灌漿施工過(guò)程中控制排水，或作為阻水灌漿孔灌漿使用。帶閘閥且纏麻的灌漿管見(jiàn)圖1，安裝完成的灌漿管見(jiàn)圖2。

圖1 帶閘閥且纏麻的灌漿管

圖2 安裝完成的灌漿管

若掌子面多個(gè)探孔涌水，則判定巖石裂隙互相連通，當(dāng)涌水壓力大于灌漿壓力時(shí)，采用在距掌子面3～5 m 側(cè)墻漏水處選一處鉆孔作為排水孔，以降低掌子面水壓壓力，保證灌漿壓力大于水壓。當(dāng)雙液灌漿漿液擴(kuò)散至排水孔后并逐漸凝固，則可停止灌漿。側(cè)墻臨時(shí)排水管見(jiàn)圖3。

圖3 側(cè)墻臨時(shí)排水管

3.2 灌漿孔鉆孔布置

灌漿孔孔位布設(shè)根據(jù)掌子面涌水情況，間距為1.0 m布設(shè)，共6～8 個(gè)孔，實(shí)際灌注時(shí)應(yīng)根據(jù)灌注情況增加或減少灌漿孔，孔深度3 m，孔徑Φ42 mm，使掌子面形成阻水帷幕。

3.3 阻水灌漿

為達(dá)到快速阻水的目的，阻水灌漿通常采用雙液灌漿（即水泥漿液摻用水玻璃）。灌漿方式采用純壓法灌漿，灌漿壓力控制在0.5～1.5 MPa，灌漿過(guò)程中灌漿壓力要盡快達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力，以保證在規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力下連續(xù)灌漿。

1）配比試驗(yàn)

在雙液灌漿前，先做好水泥水玻璃配比試驗(yàn)，施工過(guò)程中，根據(jù)涌水量及涌水壓力確凝結(jié)時(shí)間，及時(shí)調(diào)整雙液灌漿配比。由于水玻璃可用水以任何比例稀釋，分別試驗(yàn)水玻璃與水稀釋比例1：1、1：2、1：3 后的凝結(jié)時(shí)間，雙液灌漿不能凝結(jié)過(guò)早，凝結(jié)過(guò)早則雙液漿在三通進(jìn)漿管處即阻塞，若凝結(jié)過(guò)遲，則灌漿效果不明顯。

2）雙液灌漿

灌漿分二序進(jìn)行，同一排先灌I 序孔，后灌II 序孔。灌漿按由低至高、先兩邊后中間的順序灌注。灌漿時(shí)，打開(kāi)需灌漿的灌漿管閘閥，其余灌漿管閘閥仍保持關(guān)閉狀態(tài)，雙液灌漿采用經(jīng)試驗(yàn)確定的水泥漿與水玻璃配比，水泥漿與水玻璃分別通過(guò)匯合處的三通混合器混合后，靠灌漿泵的壓力將水泥水玻璃混合液擴(kuò)散至巖體裂隙中，灌漿液由稀到濃逐級(jí)變換，水玻璃摻水比例逐級(jí)減少。結(jié)束灌漿標(biāo)準(zhǔn)為：阻水灌漿在規(guī)定壓力下，當(dāng)單孔注入率小于0.4 L/min 后，并持續(xù)灌注10 min 即可結(jié)束。封孔采用壓力灌漿孔法，灌漿壓力采用灌漿結(jié)束壓力，持續(xù)灌注10 min 后結(jié)束。水泥-水玻璃雙液灌漿系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 水泥-水玻璃雙液灌漿系統(tǒng)示意圖

3.4 超前探孔施工

待阻水灌漿施工完成，待凝12 h 后再進(jìn)行超前探孔施工。采用5 m 探釬在掌子面出水點(diǎn)附近超前探孔，若有水則繼續(xù)進(jìn)行阻水灌漿，若無(wú)水則正常安排掘進(jìn)施工。掘進(jìn)第一循環(huán)開(kāi)挖不能超過(guò)2 m，開(kāi)挖完成后繼續(xù)施作3 個(gè)5 m 深的超前探孔，用來(lái)驗(yàn)證前方富水情況。如果探測(cè)出水量較大，將繼續(xù)進(jìn)行灌漿處理；如果探測(cè)無(wú)水，可恢復(fù)開(kāi)挖施工。開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)保證短進(jìn)尺弱爆破。

3.5 注意事項(xiàng)

1）單孔每次灌漿水泥量控制為2～3 t。達(dá)到單孔每次灌漿水泥量后必須暫時(shí)停止該孔灌漿施工，并對(duì)其它灌漿孔進(jìn)行灌漿施工后再對(duì)該孔繼續(xù)灌漿。

2）涌水量如過(guò)大、雙液灌漿不能解決涌水問(wèn)題時(shí)，則考慮摻入膨潤(rùn)土等措施。

3）必要時(shí)，采用雷達(dá)探測(cè)前方地質(zhì)情況或采用潛孔鉆提前鉆灌。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在隧洞開(kāi)挖涌水段施工中采用超前探孔、灌漿管封孔堵水、灌漿等措施，可快速達(dá)到封堵涌水的目的，減少了人員、設(shè)備窩工，加快了處理涌水段的施工進(jìn)度，為快速通過(guò)隧洞涌水段提供了技術(shù)保障，也為類似工程提供了一定的參考借鑒。