某輸水隧洞阻水超前預注漿施工技術分析

王彩鳳

（中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶 400700）

1 工程概況

輸水隧洞工程某標段，主洞全長29.4km，總投資8 億多元。 主洞包括鉆爆段和TBM 段兩部分，其中鉆爆段長度14km。 某支洞位于山坡上，山體較緩，自然坡度約21°，坡積物較厚，厚度約2～4m，支洞長1577m。 采用鉆爆法開挖，成洞斷面尺寸為5500×5500，坡度為19%。在施工過程中，在支洞里程1+460.4 處，在掌子面右拱肩出現股狀涌水，超過設計排水量，不到1 天時間，就淹沒洞長50m，對現場施工造成了嚴重的影響。 經五方現場會議確認，計劃對涌水處進行深孔超前預注漿處理， 經超前預注漿或經超前探孔探水滿足開挖條件實施開挖后， 若仍有個別出水點呈股狀或線狀出水， 則采取補注漿對地下水進行封堵。

2 涌水地質情況分析

洞室巖性主要為新太古混合花崗巖（Ar2Wgn），無規模較大的斷層通過，成洞條件較好。 以微風化為主，節理較發育，節理面多微張～閉合，多平直光滑，一般無填充。巖體完整性差～較完整，局部較破碎，一般為鑲嵌結構～塊狀結構，屬中硬～堅硬巖。

該支洞洞線區域范圍內水文地質條件較為簡單，地下水儲藏類型主要為基巖裂隙水。 已開挖洞段地下水多成滲水～滴水狀態，局部呈線狀流水狀態。 但此涌水處裂隙水較為發育，且為壓力水，可從探孔中往外噴出5～6m，危險性極大。 由于現場毫無防備，此次涌水對設備造成了極大損壞。

3 涌水處理方案

圖1 深孔預注漿鉆孔和縱斷面布置圖

注漿分兩部分，一是先進行深孔超前預注漿，二是開挖完成后，對深孔周邊預注漿局部效果不滿意地段，在隧道開挖輪廓線外進行徑向止水注漿[1-2]。

3.1 注漿段長和注漿孔的布置

根據鉆機性能，選用每循環注漿段長15 米。 深孔周邊預注漿就是要使漿液擴散到注漿深孔周邊預范圍內的所有巖層裂隙中， 所以注漿孔的布置要以漿液擴散不出現空白為原則， 據此根據設計注漿孔數量以隧道中軸為中心呈傘形布置，布置方式如圖1 所示。

3.2 注漿方式[3]

先注外圈，后注內圈，同一圈由下往上、左右交替間隔施作（如圖1），鉆一孔注一孔，后序孔檢查前序孔的注漿效果。

采用分段前進式注漿或全孔一次壓入式注漿。 當鉆孔過程中未遇見泥夾層或涌水，就一鉆到底，全孔一次壓入式注漿；在鉆孔過程中遇到泥夾層或涌水，立即停止鉆孔， 采取注一段鉆一段的分段前進式注漿方法， 直至終孔。

3.3 注漿參數的選擇

每循環注漿長度15m，開挖11m，預留4m 作為止漿巖盤， 可避免每個注漿循環澆筑混凝土或噴射混凝土作為止漿墻這道工序，可以加快施工進度。 第一次注漿噴射混凝土作為止漿墻。

注漿壓力是注漿的主要參數，它對漿液的擴散范圍、巖層裂隙充填的密實程度及注漿效果的好壞起著決定性的作用， 所以必須有足夠的注漿壓力克服靜水壓力和地層阻力，方能達到注漿目的。 注漿壓力取靜水壓力的2～3倍， 根據試驗段成果， 取灌漿壓力為0.3～0.6～0.9～1.2～1.5MPa 逐級增加。

漿液配比是決定注漿效果的一個關鍵因素。 根據漿液凝結時間和灌注難易程度，由試驗段成果得出，灌漿漿液按由稀到濃的原則，逐級改變，采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四個等級， 初始濃度采用3:1。 制漿機轉速1200～2000r·min-1，漿液攪拌時間2～3min。

根據探孔預測結果，決定是否采用孔口管。 對探孔預測水壓較高（P≥1.0MPa）且水量較大（Q≥20m3·h-1）的區域，采用孔口管注漿，否則采用止漿塞止漿方式注漿。

3.4 后注漿止水布置

節理裂隙阻水灌漿鉆孔布置是根據現場情況在節理兩側隨機布孔，所有孔必須打至裂隙處，孔深3.5m，孔徑Φ40mm。 布孔方式如圖2 所示。

圖2 鉆孔布置示意圖

4 結束標準

全部注漿孔注漿完成后， 在主要出水點附近設檢查孔，測孔內涌水量或進行壓水實驗，若滿足設計要求，則可以開挖，否則進行補注漿[4]。 單孔結束標準:注漿壓力逐步升高至設計終壓，并繼續注漿10min 以上；注漿結束時的進漿量小于0.4L·min-1；檢查孔涌水量小于0.2L·min-1；檢查孔鉆取巖芯，漿液充填飽滿。 全段結束標準：所有注漿孔均已符合單孔結束條件，無漏注現象；注漿后檢測涌水量，小于1m3·m-1·d-1；漿液有效注入范圍大于設計值；預測巖體經注漿后可在開挖后保證洞壁穩定。

5 異常處理

5.1 串漿：如幾個孔出現串漿，串漿孔又具備灌漿條件時， 可同時進行灌漿。 否則應封閉連通孔中的灌漿塞閥。

5.2 灌漿中斷：灌漿應連續進行，如因故中斷，應及早恢復灌漿，否則應根據實際情況，對鉆孔進行沖洗或掃孔后恢復灌漿，恢復灌漿的壓力可采用中斷前的數值。

5.3 若掌子面小裂隙漏漿， 先用水泥漿浸泡過的麻絲填塞裂隙，并調整漿液配比，縮短凝膠時間；若仍跑漿，在漏漿處采用普通風鉆鉆淺孔注漿固結；若掌子面前方8米范圍內大裂隙串漿或漏漿， 采用止漿塞穿過該裂隙進行后退式注漿。

5.4 若注漿壓力突然增高，則只注純水泥漿或清水，待泵壓恢復正常時， 再進行漿液注漿。 若壓力不恢復正常，則停止注漿，檢查管路是否堵塞。

6 結語

綜上所述， 此次涌水主要處理思路為先進行深孔超前預注漿，再根據揭露圍巖滲水情況進行徑向注漿，以確保開挖輪廓線一定范圍內滲水量滿足設計要求。 下一循環開挖施工前，在掌子面處施做5m 探水孔，在確保安全的情況下進行短進尺爆破作業。 開挖段內無水或出水很小，并且開挖后明顯看到松散巖體被漿液膠凝，巖體的完整性得到改善。 由于前期涌水量較大，在一定程度上影響了周邊水井的用水，可以看出此方案采用“以堵為主，以排為輔”的涌水治理原則是正確的，雖然涌水對工期和施工造成了影響，但治理措施是可行的，并且保護了當地的自然生態環境，結果是成功的。

工程實踐證明在地質構造復雜、 裂隙水發育的圍巖中，采用深孔注漿堵水加固圍巖，在圍巖破碎的情況下，結合小導管超前、錨噴拱架聯合支護措施是有效可行的。特別是能在一般方法難以治理的較大范圍內固結圍巖和堵水，從而改善圍巖的自穩條件，效果明顯，創造出正常的作業環境。

［1］關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］趙立波.尖山隧道涌水帶注漿設計與施工［J］.建筑施工，2009（6）：7-11.

［3］黃金偉. 隧道特大涌水的治理方法 ［J］. 山西建筑，2007，33（1）:333-334.

［4］郝哲等.巖體注漿堵水的可靠性設計［J］.巖土工程學報，2002，24（5）：592-595.