深埋長距離隧洞施工涌水處理技術

張俊文 李久源

摘要：基于隧洞施工地質條件復雜、地下水資源豐富等特點，主要闡述了深埋長距離隧洞施工過程中處理突發涌水的施工方法。提出了將超前帷幕注漿、開挖后注漿、局部注漿及補注漿等施工技術方法相結合的一套涌水處理施工技術。灌漿結果表明：該方法切實可行、經濟實用，可有效封堵滲水部位，降低安全風險，保證了工程安全順利施工。

關鍵詞：隧洞施工;涌水處理;灌漿;深埋長距離隧洞

中圖法分類號：TV554

文獻標志碼：A

文章編號：1006-0081（2020）12-0022-04

1概述

針對地質條件復雜、施工技術難度較大的基礎工程施工，尤其是對突發涌水不良地質段的處理，必須提前做好相關處理準備工作，防止出現突發涌水等對工程建設造成嚴重影響，從而確保施工安全。

GSRQ工程規模為大（1）型，合理使用年限為100a，建筑物等級為I級。根據設計地質資料，該隧洞埋深315～795m，隧洞最大總涌水量為2886m³/h，涌水處理對該工程影響較大。

2涌水處理總體思路

（1）以堵為主、以排為輔、堵排結合。當物探及超前鉆孔確定有滲涌水時，監測其水壓、流量并估算水量，根據地質、監測水壓、流量及水量等情況，確定堵水處理方案，并提前準備好排水設施進行滲涌水處理。

（2）系統超前堵水。根據地質預報和地下水探測結果，對隧洞進行系統超前止水帷幕封堵、局部增加不同深度和角度的隨機鉆孔，開挖后對零星滲水部位二次堵水。

（3）局部專項處理。在系統超前封堵和隧洞開挖前未進行超前灌漿堵水或已實施了超前灌漿，但又因施工導致滲涌水情況，采取局部專項堵水處理。

3堵水注漿工藝及方法

3.1堵水灌漿工藝原理

在施工過程中，根據滲水部位、滲水量及現場施工情況，采用開挖前超前帷幕注漿、開挖后注漿、局部注漿及補注漿相結合的方式進行堵水灌漿。

3.2超前止水帷幕灌漿

3.2.1超前灌漿施工要求

（1）為確保施工安全，在特殊不良地質洞段，應根據掌子面前方超前地質預報判斷的圍巖破碎和賦水情況，提出針對性的開挖支護措施及必要的超前處理措施。

（2）超前灌漿根據掌子面前圍巖情況可對掌子面前方圍巖周圈、周圈局部、部分斷面或全斷面進行超前灌漿。

（3）超前灌漿施工前，根據設計地質資料和超前地質預報信息，掌握地質情況以及地下水分布部位和特點，采取相應的超前灌漿材料和灌漿工藝。

（4）根據地質、涌水及施工條件等情況，采用以下2種方式設置止漿墻：①當掌子面地質條件較好、涌水量小且壓力不大時，選用化學灌漿形成止漿墻;②當掌子面巖層較破碎或已經出現明顯集中涌水或化學灌漿制漿墻無法實施時，澆筑混凝土止漿墻。

（5）在止漿墻上采用預埋孔口管，在混凝土澆筑前應在灌漿部位預埋加厚玻璃纖維管，牢固定位，以防混凝土澆筑過程中移動，并做好有效標識。

（6）后續洞段超前灌漿利用前一循環灌漿時的搭接段作為巖體止漿墻。

3.2.2超前灌漿施工準備

（1）孔位布置及深度。超前灌漿孔沿掌子面外圍輪廓單排或雙排布置，中間均勻布置6～10個鉆孔，鉆孔深度約7～30m。超前灌漿孔布置見圖1。

（2）灌漿材料。選用P.MSR 42.5低堿中抗硫水泥;選用液體硅酸鈉型的水玻璃;化學灌漿材料為高分子聚合物。堵水材料適用條件詳見表1。

對于出水量較小的孔 （≤5m³/h），采用2：1純水泥漿灌注，隨著注入量增加逐步增加濃度至0.5：1;對于出水量較大的孔（5m³/h<出水量≤100m³/h），采用0.8：1水泥漿摻加10%～25%水玻璃灌注;涌水較大且外漏較嚴重時采用高分子聚合物進行堵水。

（3）灌漿方法與順序。灌漿全部采用全孔一次性壓力灌漿，并按照“先無水后有水、先小水后大水、先淺層后深層、先兩端后中間、先仰拱塊后頂拱再邊墻”的順序依次進行灌注。具體可根據出水情況調整灌漿順序。

3.2.3鉆孔施工

（1）根據施工圖紙布置孔位標記。

（2）開孔控制：預注漿孔的開孔孔位與設計偏差不得大于10cm。

（3）角度控制：灌漿孔和注漿孔孔底偏差都應不大于1/40孔深。

（4）鉆孔設備：TBM段采用100B輕型潛孔鉆進行鉆孔，孔徑為70～90mm。先將TBM后退4～5m，施工人員通過刀盤進人孔（直徑55cm）將鉆機、腳手架管等材料轉運至掌子面。采用腳手架管搭設臨時鉆孔臺架，采用1m的鉆桿接釬進行鉆孔。

（5）鉆孔方式：根據地下水實際情況確定鉆孔分段方式。

（6）鉆孔結束后進行孔深、孔向、孔位的測試，確定鉆孔是否合格，并對已完成鉆孔進行加塞保護。

（7）對整個鉆孔施工過程進行詳細記錄（鉆孔記錄）。

3.2.4超前灌漿施工

（1）灌漿要求。在進行超前灌漿孔灌漿時，若開挖掌子面有滲水，應先對滲水部位進行封堵，封堵方式包括棉紗表面嵌縫、聚氨酯淺層堵漏等，再進行灌漿。

（2）灌漿順序與灌漿方式為：①灌漿加固過程中，對于無水孔和出水量小的孔及時進行灌注，涌水量大的孔預留作為該部位的分流減壓孔，待周邊加固完善后再進行封堵。②根據地下水實際情況確定灌漿分段與灌漿方式。

（3）灌漿水灰比。具體根據現場灌漿試驗和監理人指示確定。

（4）灌漿壓力。具體根據現場灌漿試驗和監理人指示確定。

（5）封孔。由于灌漿孔全部鑲鑄膜袋塞或安裝孔口封閉器，使用孔口封閉。

4開挖后滲、涌水處理措施

4.1處理原則

在隧洞開挖后，由于前期未進行超前灌漿堵水，或已實施了超前灌漿，但因刀盤轉動導致滲涌水的情況，其總體思路和原則是“預防第一、以堵為主、堵排結合、限量排放，統籌兼顧”。

（1）散狀小流量滲水遵循“匯集導流、加強觀測、襯砌后灌漿處理”的思路。

（2）股狀中流量涌水遵循“表面及側向有序引排、周邊淺層固結、深部灌漿封堵”的思路。

（3）股狀大流量突涌水遵循“表面有序引排、深部泄水降壓、灌注止漿墻、淺層固結、擇機封堵或可控排放”的思路。

（4）由于滲涌水處理施工與隧洞開挖、支護、混凝土襯砌等工序存在施工干擾，在實施治理方案時應統籌兼顧對其他工序的影響，同時考慮整體排水能力以及特殊工況下的施工安全等情況。

4.2處理方法

4.2.1原孔灌漿封堵法

安設灌漿塞，采用純水泥漿灌注時灌漿壓力一般為涌水壓力+（0.3～0.8）MPa，采用水泥水玻璃漿液灌注時，灌漿壓力一般為涌水壓力+（0.5～2.0）mPa，但最高不宜超過3.0mPa。

4.2.2引水分流封堵法

考慮灌漿后仍需要TBM掘進施工，為了防止鋼鐵硬件造成刀具損壞，孔口管采用厚壁玻璃纖維管埋設，新開的孔作為灌漿孔兼作分流降壓，待壓力下降后對涌水孔安裝止漿塞。灌漿工藝與原孔灌漿封堵法相同。

4.2.3圍巖少量散狀滲水的處理

當洞壁巖面或初期支護面散狀滲水，滲水量較大時，采用局部注漿方案堵水減排，以確保后期襯砌混凝土能順利施工。

4.2.4隧洞突涌水（泥）的處理

在隧洞開挖施工后涌水、突泥的情況大多出現在掌子面底部、側墻、頂拱部位，包括未襯砌部位的集中股狀滲水。

（1）有序集中引排涌水。底板突涌水時，在涌水點中心部位安裝數根大直徑過濾花管，根據涌水規模確定花管開眼大小和數量，花管后端采用同直徑鋼管連接至附近積水坑，然后在涌水點周圍用沙袋、黏土堆碼確保涌水全部從引水管流至泵站積水坑。如果涌水點高程低于附近的泵站積水坑，則在引水管內安裝多級水泵抽排至泵站積水坑。

對于邊頂拱的涌水，先采用加厚防雨布將涌水匯集至底板附近，再參照上述方法集中引排。

（2）鉆孔泄水降壓。深部引排孔的目的是在涌水點的深部截穿地下水進行泄水降壓。根據滲水量及壓力大小布置泄水孔數量和部位。漏水點圍巖較完整時，泄水孔深5～8m;圍巖較破碎時，應盡量選擇附近相對較完整圍巖段鉆孔，鉆孔2m后埋設孔口管;其中TBM掘進段采用加厚玻璃纖維管埋設，然后繼續鉆進至富水構造內，此時鉆孔深度可增至10～25m，深部引排孔可同時作為后期的集中封堵孔。

（3）加強圍巖支護。由于發生突涌水后需要進行灌漿封堵，為確保灌漿時圍巖的穩定和封閉，采取周向固結灌漿加固。

（4）表面裂隙封堵。在通過分流減壓孔和集中引排孔的分流和減壓后，使用速凝嵌縫材料或棉紗等對主裂隙及影響范圍內的次生裂隙進行嵌堵。

（5）混凝土澆筑止漿墻。

（6）填充灌漿。系統灌漿前先對涌水突泥形成的空洞進行填充。模袋灌漿中模袋采用丙綸細股紗，其平織密度大、厚道薄、重量輕、強度高。模袋大小及強度根據灌漿需要進行選用。模袋下設時采用細鉛絲或麻繩捆綁，捆綁時不折疊模袋，以免影響模袋注漿。

（7）淺層固結灌漿。淺層固結灌漿施工主要是對裂隙發育且破碎的圍巖段進行固結，提高圍巖的整體性，增加高壓灌漿時的巖石蓋重，確保后期高壓封堵灌漿時不至于圍巖失穩破壞。單孔注漿深度為3.0～6.0m，當地層破碎嚴重無法成孔時，可以采用錨固鉆機跟管鉆進工藝，跟管直徑為108mm。

（8）深部封堵鉆孔灌漿。完成上述相關工序后擇機進行深部封堵鉆孔灌漿，溶洞區域回填后也根據實際情況予以灌漿處理。灌漿孔布置原則為：①鉆孔孔位選擇涌水點附近較完整的基巖段，深度一般為10～20m;鉆孔角度盡可能與裂隙在深部相交;鉆孔直徑40～110mm。②鉆孔數量根據涌水規模及實際地質情況綜合確定，一般要確保在涌水點附近10m范圍內布置適量的鉆孔。③鉆孔一般采用沖擊回轉鉆進，但是地層破碎無法成孔時需采用跟管鉆進工藝。鉆孔施工順序為由上至下，由外圈到內圈，分序加密。④根據地層特點和涌水量大小，綜合選用液壓栓塞、機械栓塞、封孔膜袋栓塞、預埋孔口管等方法進行孔口封閉。⑤一次性鉆至設計深度的采用全孔一次性灌漿。⑥灌漿加固過程中，對于無水孔和出水量小的孔及時進行灌注，涌水量大的孔預留作為該部位的分流減壓孔，待周邊加固完善后再進行封堵。⑦滲水量較小且分散，采用普通水泥漿由稀至濃逐級灌注;滲水量較大且集中，采用雙液漿，摻加量逐漸增加;表面滲漏嚴重無法封堵時，可增設表層淺孔灌注聚氨酯;地下水流速過快時，聚氨酯和水泥水玻璃雙液灌漿;大型裂縫或溶腔，采用模袋灌漿工藝結合灌注砂漿或澆筑不分散混凝土。⑧其他灌漿工藝參考超前止水帷幕灌漿相關要求。

4.3灌漿效果

堵水灌漿完畢后，在突水點中間部位或可能存在滲水隱患的部位布設3個探水檢查孔，探測孔深度比系統灌漿孔小1～2m，若單孔出水量滿足設計要求可不進行處理;若還存在較大滲水，則再結合前期的鉆孔灌漿情況有針對性地隨機加密鉆孔和灌漿封堵，直至封堵滿足要求。

5結語

TBM施工采用以堵為主、以排為輔、堵排結合，系統超前堵水，局部專項處理的涌水處理方法。該方法可有效處置突發涌水，降低安全風險，保證工程安全順利施工。

（編輯：李曉濛）