序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的引水隧洞富水段灌漿防水技術(shù)研究樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

在引水隧洞施工過(guò)程中，難免會(huì)穿越復(fù)雜富水的地質(zhì)，經(jīng)常會(huì)遇到工程突涌水的問題，如果不能及時(shí)采取科學(xué)有效的工程措施和工藝處理，就會(huì)對(duì)工程的施工安全、進(jìn)度和質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響[1-2]。引綽濟(jì)遼輸水工程五號(hào)引水隧洞一些區(qū)間的圍巖地質(zhì)條件較差，采用常規(guī)的鉆孔壓漿方式不能有效治理水患。為提高灌漿固結(jié)效果，實(shí)現(xiàn)涌水治理可控，本項(xiàng)目采用掌子面超前灌漿、地表灌漿組合式注漿工藝，并采用新型聚氨酯灌漿材料（OPU）對(duì)隧洞出水點(diǎn)進(jìn)行封堵，有效解決了洞內(nèi)多處出現(xiàn)線狀流水、涌水等施工難題。

1工程概況

引綽濟(jì)遼工程是我國(guó)節(jié)水供水重大水利工程重點(diǎn)項(xiàng)目，其五號(hào)引水隧洞第二標(biāo)段總長(zhǎng)度約46492m，隧洞樁號(hào)為T33+429.17～T79+921.38，其中5-3#洞位于科右前旗俄體鎮(zhèn)，5-3#支洞與主洞相交于主洞樁號(hào)T45+114.23，與主洞交角為48°。5-3#主洞鉆爆法施工設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1694.91m，樁號(hào)為T43+712.27～T45+407.18。主洞地質(zhì)條件以凝灰?guī)r為主，最大縱坡1/2890，斷面形式為城門洞型。樁號(hào)T43+835～T44+500穿越那金河支流，埋深約66～85m，那金河支流位于主洞T43+700處，河面寬約2～4m。5-3#支洞及主洞平面布置圖見圖1。在隧洞開挖過(guò)程中，經(jīng)常有地下水出露，洞內(nèi)多處出現(xiàn)線狀流水、柱狀涌水，尤其是掌子面鉆孔時(shí)涌水射程達(dá)0.5~2m，給施工造成極大不便，對(duì)隧洞的進(jìn)一步開挖產(chǎn)生很大影響。為確保施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，項(xiàng)目采取了如下一系列灌漿施工工藝。

2洞內(nèi)超前灌漿阻水工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)隧洞T43+613～T43+693段進(jìn)行超前灌漿工藝試驗(yàn)，長(zhǎng)度為80m。

2.1施工工藝流程

洞內(nèi)超前灌漿阻水施工工藝流程見圖2。

2.2超前灌漿阻水孔設(shè)計(jì)

5-3#支洞控制主洞段步進(jìn)通過(guò)段斷面為城門洞型，灌漿阻水孔結(jié)合初期支護(hù)斷面、鉆孔設(shè)備占用空間等條件布置，距初支內(nèi)邊線400mm，沿城門洞型斷面布置灌漿阻水孔，弧形段、直墻段灌漿孔間距1.5m，底部間距2.16m，外斜角5°，采用處理后掌子面巖體作為止?jié){墻。灌漿孔分為Ⅰ序孔（5個(gè)）、Ⅱ序孔（5個(gè)），Ⅰ序孔灌漿壓力為0.5～0.8MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力為0.8～1.0MPa。灌漿采用從孔底向孔口純壓式灌漿法施工，試驗(yàn)段長(zhǎng)30m，共3個(gè)循環(huán)，第一循環(huán)和第二循環(huán)長(zhǎng)10m，第三循環(huán)長(zhǎng)14m，循環(huán)間搭接長(zhǎng)度為2m。施工順序?yàn)橄娶裥蚩缀螈蛐蚩?，灌漿自下而上施工，現(xiàn)場(chǎng)灌漿孔及長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，在灌漿前進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。灌漿孔布置示意見圖3，灌漿施工循環(huán)縱向剖面見圖4。

2.3洞內(nèi)掌子面處理

洞內(nèi)超前灌漿阻水施工時(shí)，對(duì)灌漿孔依據(jù)水壓需要展開分段處理，先進(jìn)行第一段處理，第一段長(zhǎng)度為3m，按照要求進(jìn)行灌漿。先用水壓力計(jì)測(cè)定涌水壓力，灌漿壓力根據(jù)測(cè)定水壓力的基礎(chǔ)上加0.3MPa作為掌子面封閉的注漿壓力；該段灌漿用于封閉掌子面，此時(shí)掌子面可臨時(shí)作為止水墻。第二段處理循環(huán)第一段，以此類推，每段唯一不同之處是第二段有搭接要求。因掌子面巖體出水量較大，形成射流，超前灌漿阻水施工前，應(yīng)在掌子面沿軸線方向采用潛孔鉆鉆孔徑90mm、孔深5m的泄壓排水孔，對(duì)涌水進(jìn)行引排處理，排水孔數(shù)量根據(jù)實(shí)際引排效果確定。掌子面涌水處理完成后，對(duì)掌子面噴護(hù)15cm厚的C25混凝土封閉巖面。

2.4灌漿施工

1）灌漿設(shè)備和機(jī)具制漿設(shè)備選用ZJ-1000型攪拌機(jī)，灌漿設(shè)備采用3SNS高壓灌漿泵，能達(dá)到超過(guò)最大灌漿壓力1.5倍的灌漿壓力。

2）灌漿材料灌漿漿液采用普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)為P.O.42.5，不能采用受潮結(jié)塊的水泥，灌漿用水應(yīng)確保各項(xiàng)指標(biāo)都符合要求。灌漿材料采用硅酸鈉溶液－水泥雙液漿，雙液配合比如下：水泥漿水灰比為（0.5～1）∶1，C∶S（體積比）=1∶（0.25~1.0），硅酸鈉溶液濃度為40°Be'，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

3）制漿方式采用集中方式進(jìn)行制漿，水泥采用稱量法，把漿液攪拌均勻并借助比重儀對(duì)漿液密度進(jìn)行測(cè)定。進(jìn)行灌注的水灰比通常選取3個(gè)比級(jí)，不同水灰比的漿液密度參照見表1。

4）灌漿方法超前灌漿阻水采用純壓法施工，分Ⅰ序孔、Ⅱ序孔，先對(duì)Ⅰ序孔全孔進(jìn)行一次性的鉆孔和灌漿，當(dāng)出現(xiàn)塌孔或掉塊等現(xiàn)象影響鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，通過(guò)水泥灌漿處理后，掃孔繼續(xù)朝前方鉆進(jìn)，一直到達(dá)設(shè)計(jì)的孔深；再對(duì)Ⅱ序孔進(jìn)行鉆灌時(shí)，可全孔一次性進(jìn)行鉆孔和灌漿。

5）灌漿壓力先用水壓力計(jì)測(cè)定涌水壓力，灌漿壓力根據(jù)測(cè)定的水壓力確定，Ⅰ序孔為0.5～0.8MPa，Ⅱ序孔為0.8～1.0MPa。

6）灌漿漿液變換灌漿漿液的濃度通常從小逐漸到大，逐級(jí)進(jìn)行變換，采用水灰比依次為1∶1、0.8∶1、0.5∶1的漿液進(jìn)行灌漿。如果灌漿壓力保持恒定，當(dāng)注入率逐漸降低時(shí)，或注入率保持恒定而壓力逐漸提高時(shí)，水灰比不能隨意變動(dòng)。如果某一比級(jí)漿液的注入量超過(guò)300L，或灌注時(shí)間滿足30min，但是灌漿壓力以及注入率都保持恒定或改變幅度較小，必須采用更高濃度漿液進(jìn)行灌注。當(dāng)注入率超過(guò)30L/min時(shí)，按照具體情況可以越級(jí)提高濃度。

7）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)在保持最大設(shè)計(jì)壓力情況時(shí)，注入率下降至不大于2.0L/min后，屏漿40min，且屏漿期間平均注入率小于2.0L/min時(shí)，終止灌漿。

2.5實(shí)施效果

5-3#主洞上游采用洞內(nèi)超前灌漿阻水施工工藝，在有效止水的同時(shí)，圍巖也得到了加固，降低了洞內(nèi)施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

3地表灌漿工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)隧洞T44+231～T44+195段進(jìn)行地表灌漿工藝試驗(yàn)，長(zhǎng)度為36m。

3.1施工流程

地表灌漿施工流程見圖5。

3.2總體施工方案

灌漿范圍根據(jù)物探高密度電法勘測(cè)結(jié)果及洞內(nèi)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)確定，沿洞軸線及兩側(cè)布置5排孔，自下游向上游方向進(jìn)行地表灌漿施工，灌漿范圍為洞頂以上3m至隧底以下3m，灌漿孔間、排距均為3m。

3.3孔位布置

采用從地表鉆孔，對(duì)隧洞洞身附近圍巖進(jìn)行灌漿阻水，灌漿孔的孔間排距均為3m，呈梅花形布置，每排分二序施工，先灌Ⅰ序孔后灌Ⅱ序孔，先施工第一排和第五排，再施工第三排，最后施工第二排和第四排。地表灌漿阻水試驗(yàn)段每12m劃分為1個(gè)單元，共3個(gè)單元，63個(gè)孔，其中Ⅰ序孔33個(gè)、Ⅱ序孔30個(gè)。地標(biāo)灌漿孔位布置和灌漿范圍見圖6—7。

3.4鉆孔及灌漿方法

1）采用潛孔鉆進(jìn)行鉆孔，采用Ф150鉆頭套管跟管鉆進(jìn)至基巖1m后，換Ф138鉆頭鉆進(jìn)至灌漿頂面，安裝Ф110的PVC管，安裝完成后，注入水泥漿固管，換Ф90鉆頭鉆進(jìn)灌漿段，接著封閉孔口，最后在孔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)全孔一次性灌漿。

2）采用潛孔鉆及地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，覆蓋層采用Ф150鉆頭套管跟管鉆進(jìn)至基巖1m后，換Ф138鉆頭鉆進(jìn)至灌漿頂面1m位置，然后更換地質(zhì)鉆機(jī)，采用Ф90鉆頭鉆至孔底。灌漿方法采用栓塞封閉孔內(nèi)循環(huán)一次灌漿法，栓塞安裝在灌漿頂面位置。本項(xiàng)目采用了第2種方案，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，通過(guò)試驗(yàn)后確定最優(yōu)的鉆孔及灌漿方法來(lái)指導(dǎo)下一步施工，鉆孔時(shí)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況來(lái)確定非灌段是否安裝Ф110的PVC管。當(dāng)巖體破碎，成孔困難時(shí)，采用從上到下進(jìn)行分段卡塞純壓式的灌漿工藝。

3.5灌漿材料

灌漿所采用的水泥為普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為P.O.42.5。水泥應(yīng)妥善保管，不能采用受潮結(jié)塊的水泥，灌漿用水采用地下水，各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合要求。注漿材料主要采用水泥+硅酸鈉溶液雙液漿，雙液配比為C∶S（體積比）=1∶（0.5~1.0），水泥漿水灰比為0.5∶1～1∶1，硅酸鈉溶液濃度為16°Be'[3-4]，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，硅酸鈉溶液添加量和凝膠時(shí)間詳見表2。地表灌漿各孔段在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于2L/min后，屏漿40min，且屏漿期間平均注入率不大于2L/min時(shí)，結(jié)束灌漿。地表灌漿結(jié)束后，割除導(dǎo)管高出地面部分，并封堵灌漿孔。

3.6質(zhì)量檢查

灌漿孔數(shù)應(yīng)超過(guò)灌漿孔總量的1/20，且不少于3個(gè)，未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期應(yīng)補(bǔ)孔灌漿，尤其是透水率超過(guò)10Lu的灌漿孔，必須進(jìn)行補(bǔ)充注漿。地表灌漿施工技術(shù)在確保阻水效果的同時(shí)，也對(duì)圍巖進(jìn)行了加固處理。

4化學(xué)灌漿封堵出水點(diǎn)工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)隧洞T43+693～T44+023段進(jìn)行化學(xué)灌漿封堵出水點(diǎn)工藝試驗(yàn)，長(zhǎng)度為30m。

4.1施工工藝

化學(xué)灌漿封堵出水點(diǎn)工藝流程如下：注漿孔定位→注漿孔施工→安裝止?jié){塞及注漿設(shè)備→注漿→檢查注漿效果。

4.2出水點(diǎn)灌漿材料及設(shè)備

出水點(diǎn)灌漿材料采用聚氨酯堵漏灌漿料（OPU），這是由阻水性較強(qiáng)的聚醚多元醇和多異氰酸酯以及各種助劑配制而成的一種新型高分子化學(xué)灌漿堵漏材料[5]，該材料一旦遇水，就會(huì)迅速發(fā)泡膨脹，形成強(qiáng)度較高、韌性較強(qiáng)、密度較高的固結(jié)體（硬泡聚氨酯泡沫塑料），其性能指標(biāo)見表3。聚氨酯堵漏灌漿料（OPU）的主要技術(shù)指標(biāo)列于表4。

4.3灌漿孔布置

1）注漿孔采用280電鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，成孔孔徑為Ф14mm，孔深為40~60cm不等，圍繞出水點(diǎn)進(jìn)行布置，每個(gè)注漿孔之間的距離為10~30cm。通過(guò)聚氨酯堵漏機(jī)完成注漿后設(shè)置止?jié){塞，避免注漿后沒有凝固的漿液順著鉆孔流到孔外，影響注漿效果，口管埋設(shè)時(shí)應(yīng)確保安裝穩(wěn)固。

2）單點(diǎn)出水點(diǎn)注漿孔布置見圖8，裂隙出水點(diǎn)注漿孔布置見圖9。注漿孔布孔間距為10~30cm，試驗(yàn)中依次縮小孔位間距，達(dá)到最佳止水效果。

4.4技術(shù)要點(diǎn)

化學(xué)灌漿主要針對(duì)線狀流水、涌水的出水點(diǎn)進(jìn)行局部封堵，局部封堵后可能會(huì)有新的出水點(diǎn)出現(xiàn)，如有局部線狀流水出露，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔灌注。

4.5現(xiàn)場(chǎng)效果檢查

化學(xué)灌漿的主要目的是局部限制地下水出露，降低掌子面急排時(shí)的抽排水強(qiáng)度、不單獨(dú)占用工序時(shí)間，確保地下水出露時(shí)不影響掌子面每循環(huán)施工時(shí)各工序的銜接，保證灌注后掌子面可正常施工。試驗(yàn)段化學(xué)灌漿阻水后，已基本無(wú)線狀流水及涌水出露，灌漿阻水效果明顯。

5結(jié)束語(yǔ)

引綽濟(jì)遼輸水工程引水隧洞項(xiàng)目掌子面超前灌漿、地表灌漿都采用高壓旋噴注漿工藝施工，將雙液水泥漿通過(guò)鉆頭噴射到掌子面前方及洞身周圍巖土縫隙中，并通過(guò)漿液的粘結(jié)力將周邊巖體有效固結(jié)，另外對(duì)隧洞出水點(diǎn)采用OPU進(jìn)行封堵，新型灌漿材料能順著地層的縫隙滲透擴(kuò)散，將縫隙進(jìn)行有效填充。實(shí)踐證明，復(fù)合注漿阻水工藝發(fā)揮防水堵水加固效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]程文旭.隧洞開挖過(guò)程中灌漿阻水的施工方法[J].河南水利與南水北調(diào)，2014（2）：5-6.

[2]房玉中，齊如見，楊海航，等.礦山法施工鐵路隧道襯砌拱部預(yù)制拼裝拱部注漿施工工藝研究[J].隧道建設(shè)（中英文），2022（11）：1-8.

[3]秦鵬飛，鐘宏偉，陳曉紅，等.隧道工程注漿理論與注漿技術(shù)研究新進(jìn)展[J].城市軌道交通研究，2022，25（10）：103-108.

[4]羅勝利，楊翔.富水粉細(xì)砂地層隧道圍巖注漿參數(shù)研究[J].四川建筑，2022，42（5）：168-170.

[5]王思捷，蔚小英，胡凱巽.超前帷幕注漿技術(shù)在富水黃土隧道變形控制中的應(yīng)用[J].湖南交通科技，2022，48（3）：167-170，193.

作者:王江 單位:中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司