新安縣引畛濟澗隧洞工程小導管注漿技術

王榮貴， 秦 飛， 汪 杰

(1.河南省地質環境勘查院,河南 鄭州 450007； 2.河南省地礦建設工程〈集團〉有限公司，河南 鄭州 450007)

新安縣引畛濟澗工程是河南省洛陽市的一項重大民生工程項目，其施工內容主要為隧洞工程。該工程區域地質條件復雜，地形起伏大，溝谷切割劇烈；地表水充足，地下水豐富。輔助豎井深達140 m。施工大部分為地下作業，施工難度大，危險性高。尤其3號豎井附近，開挖深度大，地下水極其豐富，嚴重影響整體施工進度，并存在涌水突水的可能性。為了能保證施工安全及工程正常掘進，經現場查勘及分析研究，采取小導管注漿措施進行封堵滲涌水，成功的完成了隧洞的開挖掘進。

1 工程概況

1.1 工程基本概況

新安縣引畛濟澗工程為無壓供水隧洞，把畛河水引入澗河。引水隧洞全長約13.601 km，工程建成以后運營成本低、引水量可觀且保障性強，能夠緩解目前新安縣及洛陽市居民生活、工業及環境用水短缺的狀況，改善民生、促進地方經濟發展及改善區域水環境。主要施工內容包括引水洞進口建筑物，及隧洞1號、2號、3號施工豎井等。K0-K13+290為圓拱直墻型斷面，K13+290-601為矩形斷面，圓拱直墻型斷面襯砌后尺寸為2.4 m×3.2 m(寬×高)，其中穿越采空區段襯砌后尺寸為2.4 m×3.2 m(寬×高)，矩形斷面襯砌后尺寸為2.4 m×3.2 m(寬×高)。圓拱直墻段隧洞為鉆爆法施工，矩形斷面洞段為明挖施工。其中3號豎井深度140.3 m，豎井直徑5.0 m。3號下游開挖至K5+482-506段，該洞段地表徑流豐富，數條地面沖溝及河流位于隧洞正上方及附近部位，致使該段地下水含水量豐富，補給充足，隧洞洞段圍巖裂隙發育完善，存在空腔及20～50 cm裂隙，儲水量大而且補給充分。

1.2 工程地質及水文地質條件

工程區在地貌單元上屬低山丘陵區和黃土塬區，地形起伏大，溝谷切割強烈，大部分地區被第四系松散地層覆蓋，少部分地區出露基巖地層。供水隧洞區內北高南低，一般山嶺高程310～470 m，溝底高程245～350 m，相對高差60～220 m。

工程區地表水體主要為小浪底庫區水、畛河水、印溝水、黃溝水、澗河水。溝(河)水主要接受大氣降水補給，局部接受地下水補給，通過蒸發或向下游排泄。該場地地層多為二疊系、三疊系砂巖、泥巖地層。砂巖節理發育，為含水層；泥巖裂隙不發育，巖體完整，為相對隔水層。在垂直方向上，地下水呈多層分布。

2 工程難點分析及措施

3號豎井下游開挖至K5+515 m，已完成初期支護。自K5+482 m至掌子面處地下水豐富，出現大量滲水涌水現象，觀察發現隧洞繼續開挖也會出現滲涌水現象發生，部分洞段掌子面在進行超前探孔時出現高壓水射流情況，此情況基本可斷定為掌子面后2～5 m范圍內存在高壓水，且儲量大,與地表河道相通,周邊存在滲漏補給豐富的寬裂隙，不采取措施封堵可斷定要發生突水、涌水情況。根據投入抽排水設備(2臺3 kW污水泵、1臺50 m3/h離心泵，3臺80 m3/h大流量離心泵，用于平洞及豎井排水)的技術參數及井內水位上升速度計算3號豎井下部滲流水量為15～20 m3/h，雨天滲水量還會加大。長期滲水勢必對圍巖的穩定性造成破壞，探孔顯示掌子面下游有30～50 cm的斷層，盲目爆破開挖可能造成涌水、塌方事故。為了能保證施工安全正常進行，經現場查勘及分析研究，采取小導管注漿措施進行涌水點2倍洞徑范圍內封堵滲涌水，漿液采用水泥漿+水玻璃雙漿液[1]。

3 注漿準備

3.1 注漿前期工作

3號豎井距掌子面幾十米處漏水仍嚴重，在此段支護鋼拱架及錨噴支護，掌子面澆筑1 m厚C20混凝土止漿墻，待混凝土止漿墻強度上升至75%設計強度后再進行掌子面灌漿，以防止掌子面注漿后的高壓回水問題。

注漿前對設計漿液濃度進行現場試驗調配，根據現場鉆孔發現裂隙位于掌子面前方2 m左右，因此需要將漿液濃度調配至漿液行走至該裂隙范圍內時發生凝結為宜。最終確定水泥漿水灰比為2～1，水泥漿∶水玻璃=1∶1(體積比)。

3.2 注漿孔位布局

用C20混凝土做1 m厚止漿墻，全封閉掌子面，止漿墻預留引流閥。

止漿墻做好后進行定向定位鉆孔。注漿孔布置見圖1，孔位布置參數見表1。

圖1 注漿孔布置Fig.1 Layout of grouting holes

孔號水平傾斜角/(°)垂直傾斜角/(°)深度/m孔號水平傾斜角/(°)垂直傾斜角/(°)深度/m1左傾斜15～20314左傾斜10～1552左傾斜15～20315左傾斜10～1553左傾斜15～20316左傾斜10～1554左傾斜15～20317左傾斜10～15上仰555左傾斜15～20上仰10～15318左傾斜10～15上仰556上仰10～15319上仰557上仰10～15320上仰558上仰10～15321右傾斜10～15上仰559右傾斜15～20上仰10～15322右傾斜10～15上仰5510右傾斜15～20323右傾斜10～15511右傾斜15～20324右傾斜10～15512右傾斜15～20325右傾斜10～15513右傾斜15～203

3.3 注漿材料及設備

注漿小導管采用?42 mm×4 mm熱軋無縫鋼管。根據實際情況當注漿孔出水壓力較大漿液無法有效注入時增加?70 mm×4 mm注漿套管(結構如圖2所示)。水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其質量符合國家標準；水玻璃采用40°Be，其出廠合格證明及檢測報告齊全。

圖2 注漿套管結構Fig.2 Structure of grouting sleeve

選用注漿設備：風鉆3臺，潛孔鉆1臺，注漿機1臺，壓力表1個，流量計1個，制漿機1臺，儲漿桶4個，注漿管，止漿塞100個，注漿嘴60個，量杯5個，水桶5個，高壓風水槍2把。

3.4 注漿管的制作和漿液選擇

注漿管前段加工成錐形，尾部焊接?6 mm的鋼筋箍加勁，尾部管壁割注漿縫，施工時鋼管沿隧洞開挖外輪廓線周邊以表1中傾斜角打入巖層中。

全程雙液漿灌漿[2]，灌滿為止，水泥漿液∶水玻璃=1∶1，雙漿液凝結時間約15 s為宜，根據現場試驗情況調整漿液比例，注漿壓力高于水壓力0.3～0.5 MPa(注漿前進行壓水實驗)。

一旦注漿開始，針對某一孔位注漿時，漿液不滿，機器不停，原則上是24 h全速灌漿，直至達到封堵效果。

4 注漿施工

4.1 注漿施工工藝流程(見圖3)

圖3 注漿施工工藝流程Fig.3 Grouting process chart

4.2 注漿施工方法

4.2.1 孔位布設

根據確定的小導管注漿參數進行布孔，縱向根據現場地質情況在0.5～1.5 m范圍內調控，按照樁號用鋼卷尺測量注漿孔間排距，并在孔壁上做好標記，編好編號。

4.2.2 鉆孔

采用風鉆鉆孔，鉆孔完成利用高壓風槍吹孔，然后檢查孔深、孔徑、傾斜角等合格后及時插入導管，防止塌孔。所有鉆孔完成后均要進行檢驗孔深孔徑，不合格孔要重打。鉆孔時時刻注意鉆桿深度[3]，在遇到縫隙時標注鉆桿深度，注漿時在該深度加大注漿量。

4.2.3 安裝導管

導管孔檢查合格后，開始安裝小導管，用鉆機或風鎬頂進，頂進時注意保護管口不受損變形，以便與注漿管路連接。小導管打入后用高壓風將小導管內砂石等雜物吹出，小導管安裝后用塑膠泥封堵導管周圍的縫隙[4]。

4.2.4 漿液制拌

水泥漿水灰比為2～1。漿液配置時按先稀后濃的順序配制，漿液采用電動攪拌輥進行攪拌[5]，時間≮2 min，應充分攪拌均勻，漿液隨拌隨用，配置好的漿液送入儲漿桶備用。

水玻璃濃度為40°Be，雙漿液配合比原則上水泥漿∶水玻璃=1∶1(體積比)，具體參數根據現場試驗情況確定。

水泥、水玻璃漿液比例調制根據出水量及出水壓力實時調整，雙漿液配置比例控制凝結時間，控制原則如下：(1)不能發生堵管現象(過快凝結)；(2)不能過快溶解于水稀釋(過慢凝結)；(3)漿液流動時間10 s內凝結，保證灌漿充盈度[6]。

4.2.5 注漿

采用孔口注漿管注漿，注漿壓力采用0.5～1 MPa，注漿初壓0.5 MPa，終壓為1 MPa。孔口排氣管與注漿管由閥門來控制開關，排氣管采用?20 mm塑料管[7]，插入孔底5～10 cm處，然后連接注漿管等各種管路，注漿前對所有孔眼安裝止漿塞，同時對管口與孔口側進行密封處理，防止漏漿。關閉孔口閥門，開啟注漿泵進行管路壓水試驗，如有泄漏或堵塞及時檢修。

注漿順序采用跳孔、由疏至密注漿順序；先兩側后中間，保證注漿質量。

注漿時的漿液先稀后濃進行變換[8]，依吸漿情況逐步加濃漿液。

灌漿壓力按照0.5～1 MPa壓力控制，一般情況下，當吸漿量較小時，可盡快地達到規定的灌漿壓力,使裂隙不至于在低壓下提前被堵塞，能較多地灌進一些漿液，使一些較小的裂隙也能得到充分地灌實；而在吸漿量較大,未達到壓力要求時，應調整配合比，使漿液濃度變濃一級繼續灌注，則可較緩慢的升到規定的灌漿壓力。先用0.5 MPa壓力進行注漿，達到注漿終壓后持壓3～5 min停止注漿，確保注漿孔周圍巖體與導管周圍孔隙漿液充填密實[9]。

4.2.6 封孔

注漿結束拔出灌漿管后，用止漿塞封孔，嚴禁不封孔或假封孔[10]。

5 開挖

每個注漿循環完成后及時進行爆破施工，每次爆破進尺在2.0～2.5 m，爆破完成后視前方圍巖情況再決定是否進行下一循環注漿。切不可超過注漿范圍開挖，防止涌水。

6 質量控制措施

(1)根據現場掌子面前方裂隙走向確定鉆孔深度及傾斜角，嚴格確定好每個鉆孔平面位置及傾斜角是精確的將漿液灌注至指定位置，達到預期注漿效果的關鍵。

(2)終孔后要檢查孔位、孔深、孔徑，由于該處出水較大，打孔后高壓水即將孔內雜物沖洗干凈不需再進行高壓風吹凈，但要防止裂隙圍巖不穩而導致塌孔。

(3)漿液配置必須按現場試驗所得漿液比例進行，嚴格控制水泥、水以及其他外加劑(如速凝劑等)的質量；漿液拌制必須使用機械拌制，嚴格控制拌和的時間；試驗室要加強對漿液質量的檢查[11]。

(4)注漿前應嚴格檢查機具、管路及接頭處的牢靠程度，按要求安設注漿管路，注漿管路必需用經合格檢驗的高壓注漿管[12]。

(5)注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔有無串漿現象。間歇性注漿可增加漿液在裂隙內沉淀的時間，能夠更好地對裂隙進行封堵止水。

(6)注漿時，要根據注漿終壓和注漿量雙控注漿質量，經常檢查注漿壓力表的準確度，根據單根注漿管注漿量并結合巖體的松散程度，綜合考慮注漿量。若個別孔漿液不暢通，被迫提前終止時，可在鄰孔適當加壓補償。

(7)注漿結束后，必須鉆孔檢查注漿效果，現場可臨時增加注漿檢查孔，如未達到要求時需要補孔注漿[13]。

(8)注漿工必須經專業培訓合格持證上崗[14]，非注漿工不允許進行管路安裝、開泵注漿工作，注漿過程中，要隨時注意注漿壓力及注漿量情況[15]，防止管路堵塞而發生意外[16]。

7 注漿效果評價

隧洞開挖至該處時，在鉆爆施工打鉆時出現掉鉆現象，并突然出現大量涌水，涌水壓力較大并出現射流(見圖4)。通過對隧洞周邊圍巖注漿，實現了對圍巖裂隙的封堵和對周邊圍巖的加固，即注漿封堵加固一環(5 m范圍)，開挖掘進一環(2～2.5 m)，如此交替循環掘進，以此方法實現了注漿封堵加固輔助掘進施工順利開展(見圖5)。注漿管具有一定的強度，在注漿完成后留在圍巖內，對圍巖起到加固作用，起到了類似管棚的作用。

圖4 注漿前射流出水Fig.4 Water jet flow before grouting

8 結語

在本次隧洞工程的施工中，大部分為地下作業，地形復雜，環境惡劣，局部區域洞段與含水、儲水豐富的地下空腔及裂隙交叉貫穿，涌水、突水發生的可能性較大，稍有不慎就會造成極大的安全事故，危及生命。工程實際實施過程中通過超前小導管注漿超前加固封堵措施，有效地對儲水空腔及裂隙出水進行了封堵，避免了安全事故的發生，保證井下作業人員的生命安全及工程安全，加快了施工進度，順利地完成了隧洞施工任務。給類似隧洞工程施工提供了寶貴的經驗。

圖5 注漿達到控制滲水效果Fig.5 Grouting sealed off water seepage