支洞控制段涌水處理及預防探討

劉 朔

(遼寧西北供水有限責任公司，遼寧 鐵嶺 110000)

1 工程概況

遼西北供水二期工程柴河供水施工三標工程位于遼寧省鐵嶺市鐵嶺縣境內，合同主體工程為輸水隧洞工程、分水點事故檢修閘門井工程、鐵嶺新城區支線出口閥井工程，隧洞全長14556.106m，控制樁號為S21+550.000-S28+550.000、T0+000.000-T7+556.106。本標段輸水隧洞工程共分為兩部分，第一部分輸水隧洞控制樁號為S21+550.000-S28+550.000，長度7000.00m；第二部分為鐵嶺新城區支線隧洞，交叉點布置在樁號S24+591.968(T0+000.00)處，此部分隧洞控制樁號為T0+000.000-T7+556.106。鐵嶺新城區支線隧洞出口淺埋段設有150m鋼襯，鐵嶺支線出口布置有75m鋼管，其中DN3900鋼管5m，DN1800鋼管70m，以及檢修閥井2座、調流閥室、排氣閥井、流量計井各1座。主隧洞共設置兩處分水點事故檢修閘門井，控制樁號為T0+025.00-T0+034.00、S24+637.601-S24+646.601，深度分別為93m、94m。本工程共布置4條施工支洞，分別為1-9#、2-1#、3-1#、3-2#施工支洞，支洞投影長度分別為838.016m、856.524m、746.704m、447.335m，支洞斷面為圓拱直墻型，成洞斷面尺寸均為5.0m×5.0m(寬×高)。

3-1#施工支洞掌子面圍巖巖性為白云巖，強度中硬到堅硬，節理不發育，多閉合，延伸較短，巖體較完整，3-1#支洞控制段主洞上游掌子面樁號T1+207.2處進行打設鉆爆孔時拱頂部位瞬間出現涌水，有一定壓力，黃褐色，混濁，此處埋深110m左右，距前期地質勘探f13、f14斷層部位100余m，分析前方為構造影響范圍，巖體溶蝕，存在一定規模的巖溶水，經綜合判定圍巖類別為Ⅲ類。由于出水量太大，無法采用流量計進行測量，水位逐漸從掌子面蔓延至樁號T1+370處，涉水區域包括一個避車洞，避車洞面積為75m2，涉水總面積為(1370m-1207.2m)×4.166m+75m2=753.225m2，現場實際測量水位平均深度為0.4m。

通過現場勘察和地質勘察，發現掌子面前方存在溶蝕構造，且該溶蝕構造距離掌子面很近，為了保證現場施工安全，采用先施工1m厚噴射混凝土止漿墻再進行阻水灌漿的涌水處理方案[1]。

2 支洞控制段涌水處理具體措施

2.1 止漿墻施工

在掌子面后方施工1m厚的模筑噴射混凝土止漿墻，止漿墻詳見圖1。止漿墻與周圍巖石采用兩排C22長度為1m的錨桿進行錨固，該錨桿入巖0.5m，外露0.5m；止漿墻內設置3層φ8@150×150的鋼筋網片，止漿墻施工時，按照既定孔口管位置預埋入止漿墻內，并在孔口管上雙排焊接鋼板(400mm×400mm)，鋼板與鋼筋網片要有效連接，以保證孔口管止漿墻連接牢固，孔口管數量為三個，具體位置布置詳見圖2。

圖1 止漿墻示意圖

圖2 孔口管布置圖

2.2 對掌子面前方進行阻水灌漿

2.2.1 鉆孔

由于孔口管所埋設位置是掌子面前方空腔位置，利用潛孔鉆機通過所埋設的孔口管進行鉆設，鉆孔平行于洞軸線，鉆設至出水時，關閉孔口管末端的閥門，待三個阻水灌漿孔全部打設完成之后，進行阻水灌漿[2]。

2.2.2 制漿

本工程制漿前必須進行制漿材料的稱重處理，并確保稱重誤差控制在5%范圍內，對于水泥等固相材料按照重量稱量法稱重；采用水泥單液漿進行配制，也就是先加水、后加料，再充分拌和，必須對所配置漿液拌和均勻后，再由試驗人員檢測并記錄漿液密度、溫度、黏度等參數指標，以這個作為漿液質量控制的基本依據。制漿過程中將水灰比設定為2∶1、1∶1、0.5∶1(重量比)三個比級，所使用的高速攪拌機應確保其轉速至少為1200r/min，根據試驗所確定的拌和時間為35-50s。

將所拌制而成的拌合料輸送至攪拌罐，為確保拌合料性能，應不間斷進行漿液的緩慢攪動，同時進行攪拌機內漿液變動情況的監測，只要攪拌機內拌合料充足，就持續進行該批料的拌合。如因特殊原因導致灌漿長時間停頓，在開始灌漿前，必須進行所有設備及輸送管路的徹底清洗。

2.2.3 灌漿施工

本工程擬采用“孔口封閉、孔內循環”法的阻水灌漿施工工藝，選用直徑Φ50mm的鋼管為射漿管，管口距孔底應控制在50cm以內，最大灌漿壓力應設定在超出比涌水壓力0.5MPa的部分，安裝壓力表于孔口管處，以進行涌水壓力的現場測定。灌漿壓力表安裝在孔口回漿管路上，并由壓力表自動記錄儀進行灌漿壓力和灌漿量的記錄。為穩定灌漿壓力，還應在灌漿泵安裝空氣蓄能器以及適當量程的壓力表。

根據阻水灌漿施工經驗，每一灌漿段漿液的水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1(重量比)三個比級。每段灌注的水泥漿初始濃度宜為2∶1。按照“由稀到濃”的原則逐漸改變阻水灌漿漿液的濃度并加強施工過程的控制。

當某一比級漿液注入量超過300L，或灌注時間超過30min，但是灌漿壓力和注入率并無明顯變化，則應該調整水灰比后再灌注漿液；若注入率超出30L/min，則應在施工條件允許下，越級調整水灰比使其快速變濃。在上述調整漿液濃度的過程中，如果出現灌漿壓力陡增或注入率陡減，必須查明原因并采取相應措施后，調整至之前的漿液濃度后繼續灌注。

在規定的注漿壓力下，注入率不超過0.4L/min，則應持續灌漿10min后結束。灌漿結束后，采用0.5∶1的濃漿進行全孔封堵并在最大灌漿壓力下閉漿待凝，待凝時間至少24h，待凝結束后，用砂漿封堵密實并抹平孔口。

2.3 灌漿質量檢測

2.3.1 壓水試驗

在灌漿結束3-7d后安排進行阻水灌漿的壓水試驗質量檢查，結束灌漿后，應將灌漿記錄以及相關資料上報監理方，并由監理方進行檢查孔孔位的檢查。本工程采用單點法壓水試驗方法，所設置的檢查孔數按灌漿孔總數5%及以上確定。壓水試驗段的透水率控制在5.0Lu范圍內，若超出該范圍，則視為壓水試驗不合格，應盡快采取監理方指示的措施處理。

2.3.2 檢查孔應進行灌漿和封孔

在全部檢查孔及所有孔段壓水試驗均合格的基礎上，按0.5MPa的壓力通過全孔方式一次灌漿并封孔。就封孔方法而言，檢查孔應與普通灌漿孔封孔相同。仔細檢查每段漿管，對于質量不合格的漿管立即作報廢處理，灌漿封孔檢查結束后再進行每段漿管絲扣接設情況的檢查，防止由于漿管局部堵塞而導致整個漿管爆裂情況的發生[3]。

2.4 涌水預防措施

在開挖施工過程中，若再出現大量涌水現象，應在設計工程師指導下擬采用以下措施，并經監理工程師批準后實施。

2.4.1 超前預報及超前鉆孔排水

為探明前方地質情況，采用水平鉆超前鉆孔，若發現地下水較活躍且規模較大，必須鉆孔放水，防止涌水發生[4]。鉆孔應采用輕型探水鉆機或鑿巖機，鉆孔時應當將保護裝置設于孔口，有效預防機械和人身事故，加強排水以確保鉆孔過程中所排水能及時迅速排出洞外。采用超前鉆孔排水方式下，必須在孔底超前開挖面1-2個循環進尺。

2.4.2 超前圍巖預注漿法堵水

對于掌子面的開挖過程，可能遇到突水、涌水等現象，上述現象一般出現在巖溶及天然管道帶；斷層及斷層影響帶；主次斷層交界處；地表補給、洞頂有較大沖溝等特殊地質洞段，而且上述巖層水流還必須符合達西定律的情況下，才有發生涌水、突水等的可能。如果滲水量較大，則必須設置超前注漿以加固掩體，若出現滲水量較大的情況，則進行超前注漿達到掩體加固的目的。按照洞徑尺寸的1倍進行掌子面圍巖全斷面、全封閉的超前預注漿加固處理，并將巖溶前方壓力較大、流量也大的地下水徹底阻擋在超前預注漿封閉范圍之外，對于周圍易坍塌的圍巖也應進行加固處理。

應結合施工區域水文地質條件、涌水部位、涌水規模、現有處理能力等進行超前預注漿施工段長度的確定，本工程超前預注漿施工段長度控制在30-50m之間。鉆孔及超前預注漿的次序由外而內進行，并以同一圈為一個施工單元間隔進行。注漿使用水泥漿液或水泥-水玻璃漿液[5]。當隧洞埋深超50m，必須通過在開挖面預注漿的方式堵水，否則，則應采用地面注漿。

2.4.3 承壓水排放及高壓水處理

預計隧洞開挖面如果存在承壓水，在排水不對圍巖穩定產生不利影響的情況下，應通過超前排水或輔助坑道排水降壓后再注漿處理，在輔助坑道預留10-20m且不短于1-2倍掘進循環進尺長度的距離。隧洞承壓水處理及開挖過程中，如遇高壓水，應先通過排水待地下水壓力降低至可接受程度后，再通過注漿法進行涌水的徹底封堵。

3 結 論

綜上所述，遼西北供水二期工程柴河供水施工三標工程應在施工開始前，結合地勘文件及設計報告，充分估計地下水變動情勢以及可能出現的涌水量，科學合理制定涌水預防及排水方案，并在施工過程中加強涌水情況的觀測與記錄，綜合采取以堵為主，防、截、排、堵相結合的原則，因地制宜綜合治理，即確保所選擇的治水措施科學合理、經濟有效，并能充分保證圍巖穩定，保證隧洞初期支護及二次襯砌前，施工現場達到良好的施工條件。