隧洞淋水段施工處理措施淺析

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局， 沈陽 110166)

1 工程概況

大伙房輸水一期工程主體為85.32km的連續(xù)輸水隧洞，采取TBM為主，鉆爆法為輔的施工方法。開挖洞徑8m，成洞洞徑7.16m。其中，TBM1段位于桓仁和新賓兩縣交界處的雙山頭—疙疤寨地段，總長22.68km。

TBM1段工程地質條件復雜，穿越了太古代及中生代地層，主要出露三大巖組：中生代燕山晚期侵入體(ξπ53(1))、太古代早期混合花崗巖(Mr1)和太古代早期混合巖(M1)。由于主洞埋深不一，溝谷段多破碎且節(jié)理裂隙發(fā)育，洞室多段淋水較為嚴重(多呈線狀流水)。施工過程中，雖然采取了相應的技術處理措施，控制了滲水段、滴水段，但局部裂隙發(fā)育洞段錨噴過后洞室表面仍存在淋水現象。為確保洞室結構安全穩(wěn)定，經過對地質情況的分析和技術比較，決定采用阻水灌漿進行處理。

2 水泥—水玻璃漿液配比試驗

2.1 注漿材料優(yōu)點

a.水泥、水玻璃漿液料源豐富，無毒，不污染環(huán)境，可灌性好，易于配制，且注漿設備簡單。

b.漿液在受壓巖層中具有良好的滲入性，結石率可達100%，結石體抗壓強度可達10～20MPa，結石體滲透系數為10～3cm/s，具有一定強度和黏結力。

c.漿液具有良好的穩(wěn)定性，可準確調節(jié)漿液的凝固時間，控制漿液的擴散范圍。

2.2 材料基本成分、性能、適用范圍參數

材料基本成分、性能、適用范圍參數見下頁表1。

表1 材料基本成分、性能、適用范圍參數

2.3 注漿材料濃度

注漿材料濃度見表2。

表2 注漿材料濃度

注1.水灰比為質量比，外加劑用量為占水泥質量的百分數;

2.破碎巖層無水時，采用水泥漿摻入外加劑漿液較適宜，水灰比為0.8∶1～0.6∶1;

3.漿液濃度為起始濃度，可在注漿過程中根據實際情況改變。

2.4 注漿漿液配置

加入少量(小于3%)磷酸或磷酸氫二鈉，漿液即緩凝；加入少量(小于15%)白灰或增加漿液溫度，漿液即速凝。

2.4.1 漿液配置

水泥—水玻璃漿液的配方應綜合考慮凝結時間、結石體強度以及施工操作等因素，在施工中根據實際情況進行調制。水泥—水玻璃漿液組成及配置參照表3。

表3 水泥—水玻璃漿液組成及配置

2.4.2 影響漿液凝結時間的因素

a.水泥品種和有效時間：含硅酸三鈣多的水泥和存放時間短的水泥活性高、凝結時間短。

b.水泥漿的水灰比：水灰比越小，凝結時間越短。

c.水玻璃濃度：采用35°Be′，濃度越低凝結時間越短。

d.水泥漿和水玻璃體積比：在1∶0.5～1∶1的范圍內，水玻璃用量越少，凝結時間越短。

e.溫度：溫度越高，凝結時間越短。

3 施工方法

3.1 淋水段統(tǒng)計

對各支洞洞室內的淋水段進行統(tǒng)計、整理歸類，合理進行分段。

3.2 施工準備

在進行施工前，作好注漿設備、材料、人員進場及詳細的技術交底等準備工作。

3.3 阻水灌漿施工

3.3.1 孔位布置

布孔依據通知單技術要求根據地下水情況、巖層裂隙狀態(tài)、漿液有效擴散半徑、注漿孔密度和偏斜率等條件具體而定。

根據各淋水圍巖破碎程度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度情況，為有效堵水防坍，施工時注漿孔主要布置于邊、拱出水附近，孔位等距進行布設。當出水部位面域較大時，可視現場情況適當進行加密注漿孔。

徑向布孔參數：Ⅴ類圍巖阻水灌漿孔排距2m，梅花形布置，深入圍巖3.5m，孔徑56mm；其他各類圍巖固結灌漿的位置根據出水點的分布隨機確定。

3.3.2 鉆孔

徑向加固注漿鉆孔結合本工程中的機具等設備，施工中采用φ40mm合金鉆頭。徑向注漿鉆孔采用等長鉆孔，鉆孔時易垂直巖壁司鉆，眼深3.5m/孔。

鉆孔時嚴格按照孔眼方向、結構布置要求進行，嚴禁造成鉆孔的過大偏斜而影響注漿質量。為防止串漿，鉆進時司鉆者須保證孔與孔之間的平行性。

鉆孔結束后進行鉆孔沖洗，沖凈孔內巖粉、雜質。灌漿前用壓力水進行裂隙沖洗，直至回水清凈時止。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，壓力大于1MPa時，采用1MPa。

3.3.3 注漿方式

本工程注漿施工，結合目前機具設備及鉆孔涌水情況、裂隙發(fā)育程度及巖石破碎程度等，注漿施工采用分段下行式注漿：注漿孔鉆進一段壓一段，由外向里反復交替，直至全深。另外，為防止?jié){液串孔影響注漿效果，在注漿順序上按照隔孔灌漿方式逐次施作。

分段下行式注漿優(yōu)點是上段注漿后，下段注漿獲得復壓，堵水效果較好，特別適用于巖層破碎或裂隙極發(fā)育的條件。

3.3.4 壓力的控制及漿液濃度、漿液的變換

3.3.4.1 壓力的控制

注漿壓力大小影響注漿效果，其大小決定于涌水壓力(開挖工作面靜水壓力、突水的動壓力)、裂隙大小和粗糙程度、漿液的性質和濃度、要求的擴散半徑等。一般壓力越高，漿液充填飽滿，結石體強度高、不透水性好，越能增大擴散半徑以減少注漿孔數。但壓力過高，會使裂縫擴大，漿液流失過遠及工作面冒漿等。

根據目前洞室已揭露的圍巖，洞內出水點部位多是破碎～極破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，張開度較大，固結注漿時采用分級升壓法較為適宜。注漿時，將壓力分為幾個階段，逐級升到最終規(guī)定值。施工時先使用最低一級的壓力壓注，初始壓力采用0.5MPa。隨著漿液的不斷注入，單位吸漿量減少到一定限度(下限)，則將壓力升高一級，當單位吸漿量又減少到下限，再升高一級壓力；如此直到在規(guī)定壓力下，終壓確定為1.5MPa。壓至單位吸漿量減少到結束標準時即結束注漿。另外，施工中具體注漿壓力大小可依據實際巖層裂隙大小而定，如圖1所示。

圖1 裂隙與注漿壓力關系

3.3.4.2 漿液濃度的變換

由于各孔段裂隙大小、分布情況和疏密程度不同，每一注漿段中各種寬度的隙裂所占的比例也不相同。為適應大小不同的裂隙，灌漿漿液按由稀到濃的原則，逐級改變。一般是先壓稀漿后壓濃漿。先將較細的裂隙壓注密實。漿液濃度的變換，是在同一濃度下注漿持續(xù)30min后，或壓入量達到300L以上，而注漿壓力、吸漿量均無顯著改變時，即可加濃一級，若吸漿量大于30L/min時，可逐級變濃，若加濃后壓力顯著增大，或吸漿量突減，均說明濃度變換可能不當，應立即換原來濃度。

3.3.4.3 漿液變換

固結灌漿主要以灌注水泥漿為主，水灰比一般0.6∶1；在局部漏水比較集中的出水點可采用水泥—水玻璃雙液漿進行封堵為主，主要使用于14號支洞掌子面附近漏水量較大的地段和已施工段漏水比較集中的地方，配合比一般采用1∶0.3～0.5，必要時根據實際情況進行調配。

3.3.5 注漿結束標準

注漿結束標準，采用兩個技術指標來表示，一是最終吸漿量，二是達到預定設計壓力(即終壓)時的持續(xù)時間。在施工中結束標準采用：注漿壓力達到設計終壓；吸漿量不大于0.4L/min，穩(wěn)定約10min即可結束。

3.3.6 注漿工藝流程

注漿工藝流程如圖2所示。

圖2 注漿工藝流程

4 結 語

在阻水灌漿施工中，合理選擇與控制注漿壓力、選用合宜的漿液和適時變換漿液配合比，是保證注漿質量的重要因素。大伙房水庫輸水工程通過采取水泥—水玻璃漿液進行阻水灌漿施工，有效處理了支護面出現的滲漏、淋水問題，達到了加固洞周圍巖體、保持襯砌結構受力穩(wěn)定、確保洞室安全的目的。

SL 62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范[S].北京：水利電力出版社，1994.