引水隧洞富水段灌浆防水技术研究

序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了1篇的引水隧洞富水段灌浆防水技术研究样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。

在引水隧洞施工过程中，难免会穿越复杂富水的地质，经常会遇到工程突涌水的问题，如果不能及时采取科学有效的工程措施和工艺处理，就会对工程的施工安全、进度和质量产生严重影响[1-2]。引绰济辽输水工程五号引水隧洞一些区间的围岩地质条件较差，采用常规的钻孔压浆方式不能有效治理水患。为提高灌浆固结效果，实现涌水治理可控，本项目采用掌子面超前灌浆、地表灌浆组合式注浆工艺，并采用新型聚氨酯灌浆材料（OPU）对隧洞出水点进行封堵，有效解决了洞内多处出现线状流水、涌水等施工难题。

1工程概况

引绰济辽工程是我国节水供水重大水利工程重点项目，其五号引水隧洞第二标段总长度约46492m，隧洞桩号为T33+429.17～T79+921.38，其中5-3#洞位于科右前旗俄体镇，5-3#支洞与主洞相交于主洞桩号T45+114.23，与主洞交角为48°。5-3#主洞钻爆法施工设计长度1694.91m，桩号为T43+712.27～T45+407.18。主洞地质条件以凝灰岩为主，最大纵坡1/2890，断面形式为城门洞型。桩号T43+835～T44+500穿越那金河支流，埋深约66～85m，那金河支流位于主洞T43+700处，河面宽约2～4m。5-3#支洞及主洞平面布置图见图1。在隧洞开挖过程中，经常有地下水出露，洞内多处出现线状流水、柱状涌水，尤其是掌子面钻孔时涌水射程达0.5~2m，给施工造成极大不便，对隧洞的进一步开挖产生很大影响。为确保施工质量，加快施工进度，项目采取了如下一系列灌浆施工工艺。

2洞内超前灌浆阻水工艺

根据现场实际情况对隧洞T43+613～T43+693段进行超前灌浆工艺试验，长度为80m。

2.1施工工艺流程

洞内超前灌浆阻水施工工艺流程见图2。

2.2超前灌浆阻水孔设计

5-3#支洞控制主洞段步进通过段断面为城门洞型，灌浆阻水孔结合初期支护断面、钻孔设备占用空间等条件布置，距初支内边线400mm，沿城门洞型断面布置灌浆阻水孔，弧形段、直墙段灌浆孔间距1.5m，底部间距2.16m，外斜角5°，采用处理后掌子面岩体作为止浆墙。灌浆孔分为Ⅰ序孔（5个）、Ⅱ序孔（5个），Ⅰ序孔灌浆压力为0.5～0.8MPa，Ⅱ序孔灌浆压力为0.8～1.0MPa。灌浆采用从孔底向孔口纯压式灌浆法施工，试验段长30m，共3个循环，第一循环和第二循环长10m，第三循环长14m，循环间搭接长度为2m。施工顺序为先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔，灌浆自下而上施工，现场灌浆孔及长度根据实际情况进行调整，在灌浆前进行简易压水试验。灌浆孔布置示意见图3，灌浆施工循环纵向剖面见图4。

2.3洞内掌子面处理

洞内超前灌浆阻水施工时，对灌浆孔依据水压需要展开分段处理，先进行第一段处理，第一段长度为3m，按照要求进行灌浆。先用水压力计测定涌水压力，灌浆压力根据测定水压力的基础上加0.3MPa作为掌子面封闭的注浆压力；该段灌浆用于封闭掌子面，此时掌子面可临时作为止水墙。第二段处理循环第一段，以此类推，每段唯一不同之处是第二段有搭接要求。因掌子面岩体出水量较大，形成射流，超前灌浆阻水施工前，应在掌子面沿轴线方向采用潜孔钻钻孔径90mm、孔深5m的泄压排水孔，对涌水进行引排处理，排水孔数量根据实际引排效果确定。掌子面涌水处理完成后，对掌子面喷护15cm厚的C25混凝土封闭岩面。

2.4灌浆施工

1）灌浆设备和机具制浆设备选用ZJ-1000型搅拌机，灌浆设备采用3SNS高压灌浆泵，能达到超过最大灌浆压力1.5倍的灌浆压力。

2）灌浆材料灌浆浆液采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为P.O.42.5，不能采用受潮结块的水泥，灌浆用水应确保各项指标都符合要求。灌浆材料采用硅酸钠溶液－水泥双液浆，双液配合比如下：水泥浆水灰比为（0.5～1）∶1，C∶S（体积比）=1∶（0.25~1.0），硅酸钠溶液浓度为40°Be'，具体根据现场实际情况确定。

3）制浆方式采用集中方式进行制浆，水泥采用称量法，把浆液搅拌均匀并借助比重仪对浆液密度进行测定。进行灌注的水灰比通常选取3个比级，不同水灰比的浆液密度参照见表1。

4）灌浆方法超前灌浆阻水采用纯压法施工，分Ⅰ序孔、Ⅱ序孔，先对Ⅰ序孔全孔进行一次性的钻孔和灌浆，当出现塌孔或掉块等现象影响钻进时，应停止钻进，通过水泥灌浆处理后，扫孔继续朝前方钻进，一直到达设计的孔深；再对Ⅱ序孔进行钻灌时，可全孔一次性进行钻孔和灌浆。

5）灌浆压力先用水压力计测定涌水压力，灌浆压力根据测定的水压力确定，Ⅰ序孔为0.5～0.8MPa，Ⅱ序孔为0.8～1.0MPa。

6）灌浆浆液变换灌浆浆液的浓度通常从小逐渐到大，逐级进行变换，采用水灰比依次为1∶1、0.8∶1、0.5∶1的浆液进行灌浆。如果灌浆压力保持恒定，当注入率逐渐降低时，或注入率保持恒定而压力逐渐提高时，水灰比不能随意变动。如果某一比级浆液的注入量超过300L，或灌注时间满足30min，但是灌浆压力以及注入率都保持恒定或改变幅度较小，必须采用更高浓度浆液进行灌注。当注入率超过30L/min时，按照具体情况可以越级提高浓度。

7）灌浆结束标准在保持最大设计压力情况时，注入率下降至不大于2.0L/min后，屏浆40min，且屏浆期间平均注入率小于2.0L/min时，终止灌浆。

2.5实施效果

5-3#主洞上游采用洞内超前灌浆阻水施工工艺，在有效止水的同时，围岩也得到了加固，降低了洞内施工安全风险。

3地表灌浆工艺

根据现场实际情况对隧洞T44+231～T44+195段进行地表灌浆工艺试验，长度为36m。

3.1施工流程

地表灌浆施工流程见图5。

3.2总体施工方案

灌浆范围根据物探高密度电法勘测结果及洞内超前地质预报确定，沿洞轴线及两侧布置5排孔，自下游向上游方向进行地表灌浆施工，灌浆范围为洞顶以上3m至隧底以下3m，灌浆孔间、排距均为3m。

3.3孔位布置

采用从地表钻孔，对隧洞洞身附近围岩进行灌浆阻水，灌浆孔的孔间排距均为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。地表灌浆阻水试验段每12m划分为1个单元，共3个单元，63个孔，其中Ⅰ序孔33个、Ⅱ序孔30个。地标灌浆孔位布置和灌浆范围见图6—7。

3.4钻孔及灌浆方法

1）采用潜孔钻进行钻孔，采用Ф150钻头套管跟管钻进至基岩1m后，换Ф138钻头钻进至灌浆顶面，安装Ф110的PVC管，安装完成后，注入水泥浆固管，换Ф90钻头钻进灌浆段，接着封闭孔口，最后在孔内进行循环全孔一次性灌浆。

2）采用潜孔钻及地质钻机钻孔，覆盖层采用Ф150钻头套管跟管钻进至基岩1m后，换Ф138钻头钻进至灌浆顶面1m位置，然后更换地质钻机，采用Ф90钻头钻至孔底。灌浆方法采用栓塞封闭孔内循环一次灌浆法，栓塞安装在灌浆顶面位置。本项目采用了第2种方案，应根据实际地质情况，通过试验后确定最优的钻孔及灌浆方法来指导下一步施工，钻孔时根据实际地质情况来确定非灌段是否安装Ф110的PVC管。当岩体破碎，成孔困难时，采用从上到下进行分段卡塞纯压式的灌浆工艺。

3.5灌浆材料

灌浆所采用的水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为P.O.42.5。水泥应妥善保管，不能采用受潮结块的水泥，灌浆用水采用地下水，各项指标应符合要求。注浆材料主要采用水泥+硅酸钠溶液双液浆，双液配比为C∶S（体积比）=1∶（0.5~1.0），水泥浆水灰比为0.5∶1～1∶1，硅酸钠溶液浓度为16°Be'[3-4]，具体根据现场实际情况确定，硅酸钠溶液添加量和凝胶时间详见表2。地表灌浆各孔段在最大设计压力下，注入率不大于2L/min后，屏浆40min，且屏浆期间平均注入率不大于2L/min时，结束灌浆。地表灌浆结束后，割除导管高出地面部分，并封堵灌浆孔。

3.6质量检查

灌浆孔数应超过灌浆孔总量的1/20，且不少于3个，未达到设计预期应补孔灌浆，尤其是透水率超过10Lu的灌浆孔，必须进行补充注浆。地表灌浆施工技术在确保阻水效果的同时，也对围岩进行了加固处理。

4化学灌浆封堵出水点工艺

根据现场实际情况对隧洞T43+693～T44+023段进行化学灌浆封堵出水点工艺试验，长度为30m。

4.1施工工艺

化学灌浆封堵出水点工艺流程如下：注浆孔定位→注浆孔施工→安装止浆塞及注浆设备→注浆→检查注浆效果。

4.2出水点灌浆材料及设备

出水点灌浆材料采用聚氨酯堵漏灌浆料（OPU），这是由阻水性较强的聚醚多元醇和多异氰酸酯以及各种助剂配制而成的一种新型高分子化学灌浆堵漏材料[5]，该材料一旦遇水，就会迅速发泡膨胀，形成强度较高、韧性较强、密度较高的固结体（硬泡聚氨酯泡沫塑料），其性能指标见表3。聚氨酯堵漏灌浆料（OPU）的主要技术指标列于表4。

4.3灌浆孔布置

1）注浆孔采用280电钻机进行钻孔作业，成孔孔径为Ф14mm，孔深为40~60cm不等，围绕出水点进行布置，每个注浆孔之间的距离为10~30cm。通过聚氨酯堵漏机完成注浆后设置止浆塞，避免注浆后没有凝固的浆液顺着钻孔流到孔外，影响注浆效果，口管埋设时应确保安装稳固。

2）单点出水点注浆孔布置见图8，裂隙出水点注浆孔布置见图9。注浆孔布孔间距为10~30cm，试验中依次缩小孔位间距，达到最佳止水效果。

4.4技术要点

化学灌浆主要针对线状流水、涌水的出水点进行局部封堵，局部封堵后可能会有新的出水点出现，如有局部线状流水出露，应进行补孔灌注。

4.5现场效果检查

化学灌浆的主要目的是局部限制地下水出露，降低掌子面急排时的抽排水强度、不单独占用工序时间，确保地下水出露时不影响掌子面每循环施工时各工序的衔接，保证灌注后掌子面可正常施工。试验段化学灌浆阻水后，已基本无线状流水及涌水出露，灌浆阻水效果明显。

5结束语

引绰济辽输水工程引水隧洞项目掌子面超前灌浆、地表灌浆都采用高压旋喷注浆工艺施工，将双液水泥浆通过钻头喷射到掌子面前方及洞身周围岩土缝隙中，并通过浆液的粘结力将周边岩体有效固结，另外对隧洞出水点采用OPU进行封堵，新型灌浆材料能顺着地层的缝隙渗透扩散，将缝隙进行有效填充。实践证明，复合注浆阻水工艺发挥防水堵水加固效果良好。

参考文献：

[1]程文旭.隧洞开挖过程中灌浆阻水的施工方法[J].河南水利与南水北调，2014（2）：5-6.

[2]房玉中，齐如见，杨海航，等.矿山法施工铁路隧道衬砌拱部预制拼装拱部注浆施工工艺研究[J].隧道建设（中英文），2022（11）：1-8.

[3]秦鹏飞，钟宏伟，陈晓红，等.隧道工程注浆理论与注浆技术研究新进展[J].城市轨道交通研究，2022，25（10）：103-108.

[4]罗胜利，杨翔.富水粉细砂地层隧道围岩注浆参数研究[J].四川建筑，2022，42（5）：168-170.

[5]王思捷，蔚小英，胡凯巽.超前帷幕注浆技术在富水黄土隧道变形控制中的应用[J].湖南交通科技，2022，48（3）：167-170，193.

作者:王江 单位:中铁十八局集团隧道工程有限公司