阻水灌漿在隧洞開挖工程中的應用

李蘇陳 張 冰

（1.山西省黎城縣水利局 山西黎城 047600；2.山西省水利建筑工程局集團有限公司 山西太原 030000）

1 涌水影響及阻水灌漿目的

遼寧某引水隧洞為無壓隧洞，采用鉆爆法施工，設有5 個支洞，主洞全長17 km，洞型為圓拱直墻型，襯砌后斷面尺寸為4.6 m×5.25 m。在支洞及主洞開挖期間，共計發生涌水40 多次，且大多發生在掌子面，涌水嚴重時，水深達1.5 m 左右，不得不中斷開挖，掌子面處于停工狀態，并使洞內道路阻斷，影響正常施工作業。開挖期間的阻水灌漿是通過灌注水泥漿充填并膠結圍巖中的裂隙，將水阻在開挖線以外，以改善洞室圍巖結構，提高洞室圍巖的整體性和自承能力，提高洞室圍巖的整體性和抗滲性，為開挖工作面安全、正常施工創造有利條件。

2 阻水灌漿前準備

2.1 制定措施

根據掌子面出水變化以及實際揭露圍巖的地質情況制定阻水灌漿灌漿方式。

2.2 排水

布設排水系統，在洞內修建排水溝，并每隔200～300 m 設置一個集水井，井內布設離心泵或污水泵鋪設排水管路，排水管路可設一趟DN100 鋼管及多趟3 寸塑料排水管。排水完成后，即為阻水灌漿提供施工場地。

2.3 測定涌水量

涌水量測定有兩種方式：一種是根據涌水段長度及水深計算一次涌水量；另一種是采用流量表及壓力表測定。為減少排水以及大面積涌水發生的概率，一般采用超前探孔鉆探，若涌水從超前探孔或鉆爆鉆孔中涌出，也可在涌水處安裝流量表及壓力表，測算壓力及流量，根據測算結果制定相應的阻水灌漿施工措施。

2.4 封閉掌子面

待涌水排除或得到有效控制后，掌子面采用噴射混凝土進行封閉。噴射混凝土前應先對掌子面進行排險，保證掌子面圍巖穩定；同時，為防止灌漿漿液沿掌子面裂隙處流出，噴射混凝土厚度控制在10～15 cm。

2.5 設置止漿墻

當底板出水嚴重、難以封閉時采用止漿墻，止漿墻的體積大小視底板涌水規模及涌水點位置不同而確定，現場可采用拌制噴射混凝土（5～10 mm 石子）加速凝劑的方式或澆筑普通混凝土的方式設置止漿墻，選擇方式取決于現場原材料條件。

2.6 現場布置準備

1）設備準備：根據涌水量大小與灌漿壓力選擇灌漿泵，布置灌漿設備應考慮雙液灌漿的需求，需準備的設備有：雙液灌漿泵、高速制漿機、儲漿攪拌機、灌漿自動記錄儀等。

2）材料準備：在洞口布設水泥庫儲備水泥，在洞內搭設小型制漿站，利用自卸汽車將水泥及水玻璃由洞外水泥庫倒運至洞內制漿站堆存。

3）制漿站準備：在隧洞各灌漿段落附近避車洞位置建立臨時制漿站，制漿站距離灌漿工作面的距離控制在200 m 以內。儲漿平臺附近安裝高速制漿機進行集中制漿，高速制漿機連接儲漿桶，通過灌漿管路和灌漿泵將漿液輸送到工作面。

4）作業平臺準備：利用Φ48 mm 鋼管搭設簡易作業臺架并在其下部布設行走裝置，灌漿監測系統設施與灌漿設備放置于移動的臺車架上，灌漿設備和自動記錄系統放置在灌漿作業面附近位置，灌漿泵、灌漿孔和進漿管路均安裝壓力表。

3 阻水灌漿施工

3.1 鉆孔封堵施工

在發生涌水后，利用已施工爆破鉆孔作為封堵灌漿孔并采用阻水灌漿的方法進行封堵，同時在出水點周圍一定距離（50～100 cm）采用YT-28 型手風鉆斜向鉆孔，與出水位置斜交，孔口部位安裝孔口封閉器以分散涌水并降低涌水壓力。

鉆孔深度3 m，灌漿管采用DN25 mm 焊接鋼管（δ=4 mm），管口壁周邊采用棉絮或纏麻填塞嚴密防止灌漿過程中出現漏漿，套管尾端配套安裝閘閥在灌漿施工過程中控制排水，或作為阻水灌漿孔灌漿使用。帶閘閥且纏麻的灌漿管見圖1，安裝完成的灌漿管見圖2。

圖1 帶閘閥且纏麻的灌漿管

圖2 安裝完成的灌漿管

若掌子面多個探孔涌水，則判定巖石裂隙互相連通，當涌水壓力大于灌漿壓力時，采用在距掌子面3～5 m 側墻漏水處選一處鉆孔作為排水孔，以降低掌子面水壓壓力，保證灌漿壓力大于水壓。當雙液灌漿漿液擴散至排水孔后并逐漸凝固，則可停止灌漿。側墻臨時排水管見圖3。

圖3 側墻臨時排水管

3.2 灌漿孔鉆孔布置

灌漿孔孔位布設根據掌子面涌水情況，間距為1.0 m布設，共6～8 個孔，實際灌注時應根據灌注情況增加或減少灌漿孔，孔深度3 m，孔徑Φ42 mm，使掌子面形成阻水帷幕。

3.3 阻水灌漿

為達到快速阻水的目的，阻水灌漿通常采用雙液灌漿（即水泥漿液摻用水玻璃）。灌漿方式采用純壓法灌漿，灌漿壓力控制在0.5～1.5 MPa，灌漿過程中灌漿壓力要盡快達到規定的設計壓力，以保證在規定的設計壓力下連續灌漿。

1）配比試驗

在雙液灌漿前，先做好水泥水玻璃配比試驗，施工過程中，根據涌水量及涌水壓力確凝結時間，及時調整雙液灌漿配比。由于水玻璃可用水以任何比例稀釋，分別試驗水玻璃與水稀釋比例1：1、1：2、1：3 后的凝結時間，雙液灌漿不能凝結過早，凝結過早則雙液漿在三通進漿管處即阻塞，若凝結過遲，則灌漿效果不明顯。

2）雙液灌漿

灌漿分二序進行，同一排先灌I 序孔，后灌II 序孔。灌漿按由低至高、先兩邊后中間的順序灌注。灌漿時，打開需灌漿的灌漿管閘閥，其余灌漿管閘閥仍保持關閉狀態，雙液灌漿采用經試驗確定的水泥漿與水玻璃配比，水泥漿與水玻璃分別通過匯合處的三通混合器混合后，靠灌漿泵的壓力將水泥水玻璃混合液擴散至巖體裂隙中，灌漿液由稀到濃逐級變換，水玻璃摻水比例逐級減少。結束灌漿標準為：阻水灌漿在規定壓力下，當單孔注入率小于0.4 L/min 后，并持續灌注10 min 即可結束。封孔采用壓力灌漿孔法，灌漿壓力采用灌漿結束壓力，持續灌注10 min 后結束。水泥-水玻璃雙液灌漿系統示意圖見圖4。

圖4 水泥-水玻璃雙液灌漿系統示意圖

3.4 超前探孔施工

待阻水灌漿施工完成，待凝12 h 后再進行超前探孔施工。采用5 m 探釬在掌子面出水點附近超前探孔，若有水則繼續進行阻水灌漿，若無水則正常安排掘進施工。掘進第一循環開挖不能超過2 m，開挖完成后繼續施作3 個5 m 深的超前探孔，用來驗證前方富水情況。如果探測出水量較大，將繼續進行灌漿處理；如果探測無水，可恢復開挖施工。開挖過程中應保證短進尺弱爆破。

3.5 注意事項

1）單孔每次灌漿水泥量控制為2～3 t。達到單孔每次灌漿水泥量后必須暫時停止該孔灌漿施工，并對其它灌漿孔進行灌漿施工后再對該孔繼續灌漿。

2）涌水量如過大、雙液灌漿不能解決涌水問題時，則考慮摻入膨潤土等措施。

3）必要時，采用雷達探測前方地質情況或采用潛孔鉆提前鉆灌。

4 結語

通過在隧洞開挖涌水段施工中采用超前探孔、灌漿管封孔堵水、灌漿等措施，可快速達到封堵涌水的目的，減少了人員、設備窩工，加快了處理涌水段的施工進度，為快速通過隧洞涌水段提供了技術保障，也為類似工程提供了一定的參考借鑒。