小斷面隧洞裂隙涌水灌漿封堵施工技術應用

任健偉

中鐵五局集團路橋工程有限責任公司，廣東 廣州 511458

1 工程概況

貴州省貴陽市花溪輸水隧洞主洞長7.225km，采用懸臂式挖掘機（非爆破）機械開挖，開挖斷面為4.2m×4.1m城門洞型，設有的3個支洞（平洞）、6個施工作業面。隧洞最大埋深為85m，最小埋深為15m，均處于地下水位以下，最大外水頭68m。隧洞位于地下水水位線以下，地下巖溶、暗河發育，洞內有各種涌水點。

工程區地表水系發育，區內分布的水庫有花溪水庫及阿哈湖水庫。工程區位于珠江流域與長江流域分水嶺帶，地勢較平緩，河谷較寬淺，丘陵起伏，為溶丘洼地地貌，溶丘最高海拔約為1286m，平原最低海拔約為1100m，地形高差＜100m。由于地形平緩，在低洼或沖溝位置分布有眾多山塘。區內小河溪流眾多，縱橫交錯。區內地表水系發育，地下水埋藏淺，普遍埋深為0～30m。強溶蝕風化巖體透水率普遍＞5Lu，巖體透水性為弱透水上帶至強透水性；其下部弱溶蝕風化至微風溶蝕風化巖體透水率普遍＜5Lu，巖體透水性弱。

2 裂隙涌水灌漿封堵施工技術

2.1 鉆孔施工

施工平臺采用簡易架管臨時搭設，局部位置施工受限可在出渣車輛、開挖設備上，作業平臺外側設置安全防護架并掛網。作業平臺簡易，一次性搭設完成。受開挖斷面狹小限制，鉆孔施工可以選擇支架式KQD小型潛孔鉆機、YT28氣腿鑿巖機、履帶式氣動潛孔鉆等，鉆孔孔徑為50～120mm，鉆孔深度為100～800cm。鉆孔分類主要分為表層孔、淺層孔、分流孔及主灌孔。

（1）表層孔。針對涌水點表層裂縫局部線狀流水，滲漏明顯的位置，出水量10m3/h，水壓較小，出水點集中成股狀。在出水區域采取順水流方向鉆孔，孔徑為50～80mm，鉆孔深度為100～200cm，在鉆孔內安裝相應孔徑的基巖灌漿塞（或者安裝鋼花管帶法蘭盤）。

（2）淺層孔。水壓較大，出水點不集中的成片漏水，出水量30m3/h。采取在出水點附近鉆孔，鉆孔數為2～3個，鉆孔深度為100～300cm，要求鉆孔確定與裂隙水源頭連通。在鉆孔內安裝相應孔徑的基巖灌漿塞（或者安裝鋼花管帶法蘭盤）[1]。

（3）分流孔、主灌孔。水壓較大，出水點明顯有裂隙大缺口，出水量100m3/h。采取在出水缺口附近用鉆孔，鉆孔數為3～5個，孔徑為80～110mm，鉆孔深度為300～800cm，要求鉆孔確定與裂隙水源頭連通。在鉆孔內安裝相應孔徑的基巖灌漿塞（或者安裝鋼花管帶法蘭盤）。

（4）孔位布置及鉆孔。根據涌水點位置進行鉆孔數量、角度、深度、孔徑等布設，鉆孔需一次性成孔，對裂隙出水起到引排作用。如果灌漿時出現裂隙滲漏問題，立即暫停灌漿，同步進行滲水點封堵。①掌子面正前方：沿著掌子面方向和順著掌子面四周，孔與掌子面呈外插角3°～5°，孔間距為1～1.5m，需根據具體施工情況確定。②邊墻、頂拱及底板。鉆孔是為了阻水灌漿，主要為淺層阻水孔，根據出水點區域的涌水情況布置鉆孔。根據涌水量，鉆孔設置分流孔及主灌漿孔，同時選擇合適的鉆機設備進行鉆孔，孔徑＞φ50mm。

2.2 安裝灌漿（引排）管

灌漿管主要采用鐵管及架管，根據鉆孔孔徑合理、快速選擇材料進行制作。根據鉆孔類型或孔徑、孔深，止漿包用孔口段外包土工布（管外纏繞麻繩）制成，其長度根據壓力值調整。孔內距離孔底20～50cm，孔內采用花管。灌漿管均提前安裝法蘭盤，用于安裝閥門。

2.3 裂隙及周邊封閉

壓水或灌漿過程中新出現的裂隙，則采用能夠快速凝結并有一定強度的特殊材料處理。對表層裂隙滲漏進行鑿槽嵌縫的處理（槽上寬10cm、下寬15cm，深5cm）。如果仍然存在裂隙滲漏問題，則掛設鋼筋網加強封堵，主要用雙液法結合水溶性聚氨酯。同時，可以采用錨噴砼對滲流面積大的涌水部位進行封堵。有條件的施工單位可安設鋼支撐進一步確保封堵牢固，保證灌漿壓力，確保封堵范圍，達到更好的封堵效果[2]。

2.4 涌水壓力及涌水量測定

灌漿施工前需要對已經引排后集中出水量進行測定，便于指導判定裂隙封堵措施的效果，指導后續灌漿施工，確保灌漿封堵成功率（每一輪灌漿、待凝、檢查用時約36h）。

2.5 灌漿

（1）制漿及外加劑、封堵材料的使用。采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥在洞口露天集中制備水泥漿，通過管道泵送至灌漿作業點。在作業點按比例加入膨脹劑、速凝劑、水玻璃、機制砂等外摻劑輔助，再添加化學控制液（阻水專用液），適用于注入量較大及封堵表層裂隙滲漏。在涌水較大、封堵困難的情況下，可以采用高壓3SNS灌漿泵、止水針頭及單向閥止回漿。其他涉及的材料主要為堵漏王、無水氯化鈣、Sika l02止水砂漿（速凝水泥）及水溶性聚氨酯等，可以用于應急封堵灌漿過程中出現的滲漏。

（2）灌漿。阻水灌漿工藝主要為孔口混合灌注，按“先圍后堵”的方式進行純水泥漿液模帶（塞）和水泥-化學控制液雙液模帶（塞）的施工。在灌前進行試壓及壓水試驗，檢測巖石表層是否出現滲漏，如出現裂隙滲漏問題，則采用不同級別的水灰比配置的水泥，保證阻水效果。水玻璃雙液灌注時，按體積比1∶0.03～1∶0.1控制水泥漿液與化學控制液摻量，添加劑量按照3%～10%的水泥重量，灌漿效果水玻璃摻量不宜過高。

（3）灌漿方法。①灌漿原則。灌漿順序：灌無水孔→灌出水量小的孔→灌出水量大的孔。灌漿原則按照“先表面封堵，然后淺層封堵，最后分流孔、主灌孔灌漿”進行，即形成約束區，以封堵散水方法限制地下水竄流，集中封堵灌漿。施灌工藝遵循從散狀出水段兩端逐步向中間靠攏的原則，在灌注頂部孔后灌底部孔。如果封堵裂隙過程中出現新的滲漏出水點，應及時停止封堵灌漿，并淺層灌漿新出現的出水點，處理新的滲漏出水點后再恢復該孔的封堵灌漿工作。②表層孔灌漿。線狀、滴狀和局部股狀滲水是掌子面及邊頂拱裂隙滲水的主要形式。如果嵌縫方式無法封堵部分涌水壓力較大的表層滲漏，則采取表層灌漿孔措施，嚴密封堵。灌漿采用水泥灌漿專用液，水泥漿與灌漿專用液的體積比為1∶0.05～1∶0.1，雙液孔口混合直接灌注或手提式灌漿泵灌注水溶性聚氨酯，雙液灌漿水灰比為0.5∶1，灌漿最大控制壓力為0.5MPa。③淺層孔灌漿。為了快速阻水及在表層形成一定厚度的“止水蓋重帶”，灌漿時采用純壓式的模袋卡塞，灌漿控制壓力為0.5MPa。灌注純水泥漿液至孔內，中途使用雙液灌漿需根據具體施工情況，灌漿水灰比為0.5∶1，水泥漿與阻水灌漿專用液的體積比為1∶0.03～1∶0.1，及時封堵表面裂隙，直至該孔灌注作業完成，再進行下一個作業。關閉孔口強行待凝前，需要灌注水泥-化學控制液水泥量達到灌漿10t的限量標準。待凝后打開控制閘閥，如無涌水則孔灌漿完成，即進行下一孔灌漿，仍有涌水則繼續灌注[3]。④分流孔、主灌漿孔灌漿。封堵表層和淺層灌漿結束后，匯集分散的涌水至主水孔，再灌注純水泥漿液，灌入一定水泥量后如果壓力和流量沒有出現明顯變化，則灌注水泥-化學控制液雙液，通過單液-雙液交替灌注等工藝措施可以明顯提升灌注效果，直至該孔灌注結束。在灌注過程中，施工人員需根據流量壓力變化調整雙液配比，如果灌注雙液過程中出現明顯的流量降低（小于30L/min）、壓力升高情況，則再次灌注純水泥漿液。

為了控制淺層孔灌漿的施工成本，實際灌漿時可以根據灌前測量的涌水流量調整用量。灌漿壓力相比滲水壓力大0.3～0.5MPa，根據現場實際情況可以適當加大或減小灌漿壓力，一般調整0.5～1.0MPa。

3 裂隙涌水灌漿封堵成果分析

灌漿結束12h后，進行鉆孔檢查。鉆孔主要針對裂隙出水區域走邊范圍布設，通過鉆孔判斷灌漿效果，滿足要求即可恢復施工。同時，有條件的可以進行壓水試驗，根據壓水透水率分析判斷灌漿封堵效果。

4 結束語

在小斷面隧洞開挖施工過程中，掌子面容易出現裂隙涌水問題，是施工過程中的難題之一。涌水量小、壓力小的情況處理比較容易。涌水量巨大、壓力大的情況影響也較大，受空間限制，大型設施無法使用，涌水處理不及時可能造成人員傷亡、隧洞淹沒等，從而造成工程項目暫停，后續處理難度大、用時長。涌水對狹小施工工作面產生負面影響，嚴重制約現場施工進度，亦造成施工成本增加。為此，提出使用高效灌漿封堵施工技術，可以有效減少涌水量，同時增強圍巖穩定性，使施工得以快速恢復。