有壓引水隧洞巖溶注漿加固處理方案

唐伍一

（吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林長春 130000）

1 工程概況

吉林省中部城市引松供水工程TBM3 施工段位于吉林市永吉縣境內(nèi)岔路河至飲馬河之間，線路總體走向由北東向南西，地貌為低山丘陵和相間溝谷。沿線地形起伏，植被較發(fā)育，高程范圍264.0～484.0m，洞室最大埋深260m。溝谷累計長度約3229m，設(shè)計坡度1/4300。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)素描結(jié)果及實際開挖揭露地質(zhì)情況：TBM3 施工掘進段穿越灰?guī)r地層起止實際樁號為71+131～63+210，總長度7921m，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育。

2 工程地質(zhì)

2.1 地形地貌

本段行政區(qū)劃屬吉林市黃榆鄉(xiāng)，途徑拐脖子溝、小河沿、堿草甸子，線路總體走向由北東向南西，地勢東南高西北低。地貌為丘陵及溝谷，山勢較陡，山脊巖石裸露，植被不發(fā)育，溝谷季節(jié)性流水。巖性主要石炭系中下統(tǒng)磨盤山組灰?guī)r，泥盆系中下統(tǒng)堿草甸子-常家街組灰?guī)r。山體走向NE。山、谷交替出現(xiàn)，海拔在270～420m 左右，最高海拔412m，隧洞埋深最低22m。地貌單元按形態(tài)為中低山丘陵。

2.2 地層巖性

TBM3 施工段穿越灰?guī)r段（71+131～63+210）巖性主要是石炭系中下統(tǒng)磨盤山組灰?guī)r，泥盆系中下統(tǒng)堿草甸子-常家街組灰?guī)r。在灰?guī)r中局部分布有砂巖及巖脈。

本段根據(jù)掘進期間揭露的地質(zhì)情況，灰?guī)r地層起止實際樁號為71+131～63+210，總長度7921m。溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，開挖過程中揭露大小溶洞共52 個。其中大型溶洞（>10m）約占10%，中型溶洞（5～10m）約占8%，小型溶洞（2.5～5m）約占12%，溶蝕寬縫（0.5～2.5m 條帶狀溶蝕）約占33%，溶蝕裂隙（0.1～0.5m 沿裂隙發(fā)育）約占12%，溶孔、小溶腔（呈孔狀、腔體發(fā)育的溶蝕）約占25%。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

工作區(qū)主要位于在灰?guī)r段。灰?guī)r巖溶較發(fā)育，垂直分帶性不明顯，溶洞多沿溝谷、斷層呈北東或南北向分布，洞徑大小不一，多充填，沿溝谷地表水發(fā)育，多溶洞。

2.4 水文地質(zhì)

線路區(qū)地表水由松花江水系控制，地表水總體由東南向西北、南向北流。該段有兩條地表徑流，其中石門子河流量較大，河水流量季節(jié)變化大。地下水主要靠大氣降水補給，枯水期地表徑流接受地下水補給，豐水期河水短時補給地下水，地下水以淺循環(huán)為主。

該段埋深較淺，巖石主要以弱風(fēng)化為主，地下水主要以裂隙水為主，位埋深與風(fēng)化及構(gòu)造影響程度緊密相連，以網(wǎng)狀風(fēng)化裂隙水及深部塊狀構(gòu)造裂隙水為主要形式，在沖溝和低洼地帶以泉水形式排泄，靠大氣降水入滲補給，水量貧富差異很大，水位、水量隨季節(jié)變化。

3 巖溶注漿處理設(shè)計方案

為滿足隧洞襯砌后與巖體聯(lián)合受力的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求；保證隧洞襯砌工程質(zhì)量，確保工程引水運行期間的輸水安全，需對灰?guī)r段圍巖在隧洞開挖洞徑2 倍洞徑范圍內(nèi)的溶洞、溶腔、溶蝕裂隙等巖溶進行回填注漿加固處理。

根據(jù)工程實際情況，遵循技術(shù)先進、科學(xué)合理、經(jīng)濟適用的原則，采取多種治理措施。根據(jù)巖溶的不同規(guī)模及填充情況，注漿加固設(shè)計方案如下：

3.1 溶洞

對無填充的溶洞首先采用C20 細石混凝土，在隧洞開挖2倍洞徑范圍內(nèi)由遠及近進行填充，然后采用水泥漿灌漿加固；

對半填充的溶洞采用水泥砂漿進行填充；

對全填充的溶洞采用水泥漿進行加固。

3.2 溶蝕寬縫、溶蝕裂隙

對無填充的溶蝕裂隙、溶蝕寬縫采用水泥砂漿進行填充；

對半填充及全填充的溶蝕裂隙、溶蝕寬縫采用水泥漿進行加固。

3.3 溶孔、小溶腔

對溶孔、小溶腔采用水泥漿進行加固。

3.4 對出水量較大、水泥-水玻璃雙液漿注漿效果差的巖溶出水點，采用水泥漿結(jié)合化學(xué)漿液進行注漿堵水。

4 施工技術(shù)要求

由于所掌握的溶洞尺寸是根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)素描結(jié)果及實際開挖揭露地質(zhì)情況確定的，隧洞具體巖溶情況采用灌漿鉆孔鉆進時，邊鉆邊探的原則進行。應(yīng)根據(jù)鉆探結(jié)果及結(jié)合設(shè)計要求，進行具體分析，采取不同的處理手段及施工工藝和施工順序進行灌漿加固處理。

灌漿應(yīng)在襯砌混凝土達70%設(shè)計強度后進行。注漿前先進行注漿現(xiàn)場試驗，通過現(xiàn)場試驗在實際施工中根據(jù)具體情況及時調(diào)整注漿材料及注漿參數(shù)，以獲得較好的注漿加固效果。

鉆孔孔徑不宜小于38mm，孔深按照揭露巖溶現(xiàn)場情況確定，不超過2 倍隧洞開挖直徑長度。

漿液的水灰比為0.5 或0.6。

灌漿結(jié)束條件：在規(guī)定壓力下灌漿孔停止吸漿后，延續(xù)灌注10 分鐘，即可結(jié)束灌漿。

灌漿孔完成灌漿后，應(yīng)使用干硬性水泥砂漿封填密實，孔口壓實齊平。

注漿壓力控制在0.5MPa～1.0MPa（具體的注漿參數(shù)通過現(xiàn)場試驗最終確定）。

一旦發(fā)現(xiàn)有圍巖松動、跑（漏）漿、注漿壓力突然驟降等異常情況，應(yīng)立即停止注漿，查明原因，采取措施后才可恢復(fù)注漿。

采用C20 細石混凝土進行回填時，C20 細石混凝土塌落度滿足120-180 范圍，鉆孔插入Φ89 鋼管，鉆孔布設(shè)根據(jù)溶洞具體情況確定。

圍巖加固灌漿工程質(zhì)量檢查，以測定灌后巖體彈性波波速為主，壓水試驗透水率為輔。彈性波波速測試宜采用聲波法或地震波法。壓水試驗為單點法。

圍巖彈性波波速測試應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束14d 后進行。

5 施工過程中重難點及控制措施

5.1 施工過程中遇圍巖破碎帶、塌腔溶洞、富水區(qū)時，回填注漿量較大，長時間無法到達終止注漿壓力。如何保證注漿質(zhì)量、節(jié)約項目成本，將是本段施工重點。

解決措施：根據(jù)施鉆手鉆孔時對圍巖判斷及開挖時實際圍巖情況，調(diào)整漿液水灰比，按設(shè)計量進行注入，同時未達到設(shè)計壓力，及時通知相關(guān)參建單位現(xiàn)場實際查看，并共同制定解決措施。

5.2 根據(jù)掘進期間揭露的地質(zhì)情況，灰?guī)r地層起止實際樁號為71+131～63+210，總長度7921m，開挖過程中已經(jīng)揭露的溶洞共52 個，但對小河沿、堿草甸子鉆爆段及在開挖洞徑2 倍洞徑內(nèi)未揭露出的隱伏溶腔、溶洞等未知，對工期、進度計劃、施工難度等有較大的影響，如何合理安排灰?guī)r段注漿是本段施工重點。

解決措施：對于已經(jīng)揭露的溶洞在回填灌漿時直接灌漿處理，對于隱伏溶腔、溶洞等未知段根據(jù)施鉆手利用固結(jié)灌漿鉆孔，同時根據(jù)現(xiàn)場實際情況，研究采用超聲波CT 層析和地質(zhì)雷達等物探手段進行勘探的可行性，再根據(jù)勘探結(jié)果確定處理措施。

5.3 本段灌漿施工為小河沿至堿草甸子及堿草甸子至出口，雙作業(yè)面進行，并且灌漿與主洞襯砌同步施工，因此如何合理組織施工，保證物料運輸正常進行，將是本段施工難點。

解決措施：通過了解現(xiàn)場施工組織、施工方法、進度及優(yōu)缺點，結(jié)合施工現(xiàn)場情況及施工條件，通過經(jīng)濟、工期、安全等相關(guān)方面一一對比，制定有效解決措施。

6 巖溶注漿施工方案

灰?guī)r段巖溶灌漿施工工藝流程如圖1。

圖1 灰?guī)r段巖溶灌漿施工工藝流程圖

注漿順序采取由外到內(nèi)約束－開放型方式，即先注溶洞最外側(cè)后注內(nèi)側(cè)，分層交替進行，以控制漿液擴散范圍，保證注漿效果。

注漿孔采用風(fēng)鉆在臺架鉆孔，并垂直于襯砌凈空面，鉆孔直徑大于38mm，孔深根據(jù)溶腔位置、大小的不同鉆孔深度不同，臺架如圖2。

圖2 灌漿臺架

本方案主要針對已經(jīng)給出TBM 掘進過程中揭露的52 個的溶腔、溶洞進行注漿處理，同時結(jié)合固結(jié)灌漿施工發(fā)現(xiàn)的小河沿及堿草甸子鉆爆段的溶腔、溶洞和在TBM 施工段開挖洞徑2倍洞徑內(nèi)未揭露出的隱伏溶腔、溶洞等，按照本方案進行處理。根據(jù)灰?guī)r段巖溶區(qū)位置、邊界條件及項目實際施工情況、總體工期安排，灰?guī)r段巖溶注漿加固處理施工共分為3 段進行組織。

第一段堿草甸子至出口：該段灰?guī)r段巖溶注漿加固施工與回填、固結(jié)灌漿同步施工，主要考慮固結(jié)灌漿施工過程中可以發(fā)現(xiàn)隱伏溶腔、溶洞，在注漿加固處理時及時進行處理，避免二次組織。同時該段施工要充分考慮正洞襯砌施工條件，要保證不影響正洞襯砌施工前提下進行組織。提前組裝兩個臺架（8m）（底部可以行走機車），前方臺架放置兩個鉆機、空壓機、變壓器；后方臺架放置注漿機、儲料罐、制漿機、注漿材料。材料運輸及臺架移動均通過內(nèi)燃機車牽引，人員上下班與主洞襯砌施工同步。具體的施工平面示意圖見圖3。

圖3 堿草甸子至出口段灰?guī)r段巖溶注漿施工工藝流程圖

第二段小河沿至堿草甸子：該段根據(jù)設(shè)計院提供的開挖揭露溶洞統(tǒng)計表共有溶腔、溶洞18 個，首先針對已揭露的進行處理，施工過程中要充分利用小河沿豎井進行組織，首先在洞外將注漿設(shè)備及注漿材料準備齊全，運輸至施工部位。洞內(nèi)重新拼裝注漿臺架作為施工平臺，在臺架左側(cè)放置一臺空壓機進行供風(fēng)，在臺架右側(cè)放置一臺變壓器進行供電，采用YT-28 風(fēng)鉆鉆孔，孔徑不得小于38mm，使用雙液注漿機注漿；大部分灰?guī)r段已經(jīng)完成襯砌，故注漿行走過程中需要重新在已澆筑段鋪設(shè)電纜，以保證洞內(nèi)正常供電；采用牽引車+膠輪平板+灌漿臺架的運輸方式完成灰?guī)r段溶腔溶洞灌漿施工，施工人員從小河沿豎井上下班。小河沿至8#方向施工與上同步。

具體的施工平面示意圖見圖4。第三段小河沿至8 號工區(qū)：該段根據(jù)設(shè)計院提供的開挖揭露溶洞統(tǒng)計表共有溶腔、溶洞6個，考慮現(xiàn)場實際施工情況，考慮8 號大里程接應(yīng)段施工完成后，充分利用該段回填、固結(jié)灌漿施工時期進行處理。

圖4 小河沿至堿草甸子段灰?guī)r段巖溶注漿施工工藝流程圖

7 結(jié)論

文章主要根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況，對引水隧洞穿灰?guī)r區(qū)開挖揭露的溶洞、溶腔進行注漿加固處理，以滿足有壓引水隧洞襯砌后與巖體聯(lián)合受力的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求；保證隧洞襯砌工程質(zhì)量，確保工程通水運行期間的輸水安全。