圍巖裂隙水封堵設計及施工淺析

陳百尚陜西石頭河水庫灌溉管理局引紅濟石公司，陜西寶雞 721600

0 引言

陜西引紅濟石調水工程是《陜西省水資源開發利用規劃》和《渭河流域近期重點治理規劃》中推薦優先實施的省內南水北調工程。該工程位于陜西省寶雞市太白縣，通過穿越秦嶺的長隧洞自流調入秦嶺北麓渭河支流石頭河，經石頭河水庫調節后向西安、咸陽、楊凌、興平等城市供水，并向渭河干流補充一定的生態水量。主體工程由位于紅巖河上的關山低壩引水樞紐和穿越秦嶺五里坡梁與太白盆地南緣山區的19.76km長輸水隧洞兩大部分組成，輸水隧洞全長19.76km，設計引水流量13.5m3/s，縱比降1/890，進口高程1468.47m，出口高程1443.72m，鉆爆法施工斷面為圓拱直墻，成洞尺寸（寬×高）為2.8×3.0m；掘進機法施工斷面為圓型，成洞直徑D3.0m。洞線穿過的地層巖性主要為片麻巖、大理巖、片巖和花崗巖等，圍巖等級以Ⅲ類為主，Ⅴ類次之。

1 概況

引紅濟石工程Ⅲ標段支洞由于緊鄰河道，洞內出水量較大，2009年9月4日對涌水點的水量做了測量（位置：K0+320處共有3處圍巖裂隙涌水），涌水量為24.2m3/h。具體為：進洞方向左側洞壁與洞底夾角1處涌水，出水孔徑15cm×15cm，涌水量為6.2m3/h；進洞方向左側洞壁高度2.1m處1處涌水，出水孔徑25cm×25cm ，涌水量為14.0m3/h；進洞方向右側洞壁與洞底夾角1處涌水，出水孔徑25cm×25cm，涌水量為4m3/h。

2 堵水的必要性

根據施工現場的測量，汛期隧洞每天出水量在7000 m3以上，帶來高昂的排水費用。涌水給洞內交通運輸帶來威脅，軌枕長期浸泡于水中，使枕木腐朽變形，斗車的行駛安全大大降低。大量的帶水施工明顯降低工效，施工質量難以保證。構造帶內破碎的巖體在長期的淋水作用下容易失穩塌落，帶來安全隱患。鑒于上述原因，堵水是必須的、必要的。

3 堵水采用的材料及原理

本次封堵裂隙水采用北京瑞琪米諾樺合成材料公司的瑞米杰夫萊F堵水材料，并配套該公司的專用注漿泵施工。該材料分為A、B兩種組分，當A、B在注漿泵中混合后遇水發生膨脹，充填進入圍巖的裂隙中，從而達到堵水目的。性能見表1：

4 封堵裂隙水施工工藝

化學灌漿封堵圍巖裂隙水的治理存在著未知性，圍巖裂隙以及溶洞的發育結構都不能用視覺觀察到，只能依靠目前洞壁出水點的巖體結構、出水位置、涌水量、流速等簡單現象制作施工方案。本次施工方案的實施根據以往堵水施工經驗與數據做出，在實施過程中要具體情況進行，并在實施過程中及時調整堵水施工操作，降低每一步堵水施工的風險并避免材料損耗與浪費。

表1 瑞米杰夫萊F性能參數

4.1 施工所需機械

氣動鑿巖機（壓風流量≥3m3/min）一臺配Ф42mm鉆頭若干；空氣壓縮機1臺（流量≥3m3/min）； 施工用注漿泵一臺，注漿泵動力為壓風0.4～0.7Mpa，注漿軟管足量（內徑Φ25mm）、封孔器、氣動二聯件、空氣凝結器、油霧化器。

4.2 關鍵技術

堵漏難點在于堵漏后已有的涌水點涌水量會下降到怎么樣的比例才算堵漏成功，以及在堵漏施工后地下水流向的改變是否會在全隧洞的其他位置出現新的涌水點，此堵彼漏使堵漏對整個工程意義不大。引紅濟石工程裂隙水的特點在于淋水明顯受到斷層的控制，因此堵漏后地下水流向改變導致其他地段出現新的涌水點或者涌水明顯增加的可能性不大，本工程堵漏施工具有現實意義。

4.3 操作方法

1）打孔：以出水點為中心 ，將注漿孔打在半徑1.2m的圓上，孔深6m，孔距1.5m，呈梅花型布置。

2）安裝注漿管路：將封孔器安裝在孔1m深處，在封孔器外面安裝5m的注漿管，將注漿管和專用氣動注漿泵連接。

3）注射灌漿：在注漿前進行試運行，檢查氣動二聯件、空氣凝結器、油霧化器、進風軟管是否干凈，然后分別把A料缸和B料缸的進料管和出料管置于各自的料桶內；慢慢開啟氣動注漿泵進風控制閥，開始工作，此時A，B（1：1）兩種液料分別在兩個料桶中循環，盡量使A、B進料管中的空氣排凈，檢查系統和進料配比，確保整個系統正常。系統正常后，停泵，按規定的連接方式組裝槍頭，開始注漿。注漿過程中注意觀察注漿壓力和出水情況，注漿速度最低控制為3L/min，最高控制為12L/min，同時伴隨間隔輸出等操作，出現異常及時停止施工；出現漏料情況及時采取措施，可用棉紗等做阻擋或者調整注漿速度；當出水情況得以封堵不要立即停止注漿必須待注漿壓力達到15MPa時停止注漿；注漿結束后，用A組份料沖洗混合器與出料口，約10s左右。用充填施工前準備的清質機油清洗氣動注漿泵及其配件，檢查清點附件數量及其功能。

5 施工中的安全措施

圍巖預處理：敲幫問頂，清理工作場地周圍的松動的圍巖體，確認安全后方可施工作業。在施工前必須和現場負責人做好協調，做到堵水施工期間不能進行運輸等有礙安全的工作。施工期間必須在施工現場周圍20m范圍處進行警戒，防止施工期間出現意外。避免物料直接接觸皮膚和眼睛，如不慎進入眼睛或接觸皮膚后，應立即用大量清水沖洗接觸部位。施工時，應穿合適的防護服、戴手套和做好眼和面部保護措施。注漿開泵前要檢查機泵是否有問題，周圍是否有障礙，人員是否都站在安全地點，認為都無問題后方可注漿。施工組織要確保協調有序，施工和檢修不得平行作業，防止機械設備因誤操作而傷人。其他未盡事宜嚴格按照相關安全規程及相應的規定執行。

6 結論

通過化學灌漿封堵裂隙水，水量由原來24.2m3/h減少到10m3/h，基本達到了降低60～70%出水量的設計目標（目前出水點50m左右范圍內）。化學灌漿封堵裂隙水作為隧道工程處理涌水的一種方法，由于其工期短、見效快、可就地處理，封堵效果明顯，目前已得到越來越多的應用。

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