高壓富水隧洞硬巖地層徑向注漿堵水施工技術(shù)及應(yīng)用

孫振川, 游金虎

(1. 盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 鄭州 450001; 2. 中鐵隧道股份有限公司， 河南 鄭州 450001)

高壓富水隧洞硬巖地層徑向注漿堵水施工技術(shù)及應(yīng)用

孫振川1, 2, 游金虎2

(1. 盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 鄭州 450001; 2. 中鐵隧道股份有限公司， 河南 鄭州 450001)

引漢濟(jì)渭工程嶺南隧洞TBM施工穿越高壓富水破碎帶等不良地質(zhì)段，施工過程中隧道斷面高壓突涌水嚴(yán)重。為解決高壓富水破碎帶的大量出水問題，本文提出“鉆孔分流+表面嵌縫+淺層封堵+深層加固”的裂隙徑向注漿堵水處理技術(shù)，配合新型注漿材料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓富水裂隙出水的有效封堵。結(jié)合嶺南隧洞工程隧道斷面出水情況，給出裂縫寬度、注漿量、注漿壓力等計(jì)算公式以及注漿過程控制標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)8個(gè)出水段實(shí)施徑向注漿堵水技術(shù)，洞內(nèi)出水量由原來(lái)的46 000 m3/d降至7 800 m3/d左右，實(shí)踐證明該技術(shù)方法有效，可為同類高壓富水破碎地層徑向注漿提供參考。

硬巖地層； 高壓富水破碎帶； TBM施工； 突涌水； 徑向注漿

0 引言

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(tunnel boring machine，TBM)已廣泛應(yīng)用于市政、水利隧洞、鐵路以及煤礦巷道等工程領(lǐng)域[1-2]。與傳統(tǒng)鉆爆法隧道施工相比，TBM具有安全、快速、優(yōu)質(zhì)、高效掘進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，大大提升了施工機(jī)械化水平[3]。然而，針對(duì)不良地質(zhì)條件，如巖層破碎帶、高壓富水地層、軟弱地層、溶洞等，TBM適應(yīng)性較差，掘進(jìn)效率低，處理不當(dāng)甚至?xí)l(fā)生突水、塌方、卡機(jī)、淹機(jī)等工程事故，嚴(yán)重影響工程的安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益[4-6]。

高壓富水破碎帶是隧道施工風(fēng)險(xiǎn)較高的不良地質(zhì)之一，易發(fā)生突涌水、塌方、設(shè)備被淹等事故。目前，針對(duì)高壓富水破碎帶的突涌水預(yù)防與處理，施工人員堅(jiān)持“堵排結(jié)合、限量排放”的原則，采用徑向注漿、局部堵水注漿、超前注漿等多種措施[7-8]。從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，包德勇[9]針對(duì)高壓富水破碎帶易發(fā)生突涌水問題，提出加強(qiáng)型抗水壓襯砌、全斷面防水設(shè)計(jì)等措施。從施工角度出發(fā)，張健儒[10]根據(jù)圍巖情況和地層超前預(yù)報(bào)結(jié)果采取超前預(yù)注漿堵水措施，以降低圍巖滲透系數(shù)；吳海之[11]結(jié)合大瑤山1#隧道F6斷層發(fā)生大規(guī)模涌水、涌泥問題，提出“先探水、預(yù)注漿、后管棚、管棚補(bǔ)注漿、后開挖、徑向補(bǔ)注漿、快襯砌”的施工原則；張民慶等[12]結(jié)合齊岳山隧道出現(xiàn)的高壓裂隙水問題，提出采用普通水泥單液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿的注漿堵水措施并明確堵水范圍，取得良好效果。根據(jù)工程應(yīng)用情況，以上學(xué)者提出的處理隧道突涌水的措施對(duì)傳統(tǒng)鉆爆法是有效的，而對(duì)于TBM隧道，由于受作業(yè)空間及設(shè)備限制，常規(guī)的注漿堵水方式較難實(shí)施，且注漿堵水效果較差[13-14]。

引漢濟(jì)渭嶺南工程TBM施工穿越高壓富水破碎帶等不良地質(zhì)段，開挖面及隧道周邊發(fā)生突涌水事故，水壓高，涌水量大[15]。由于TBM設(shè)備占用隧道空間，注漿設(shè)備作業(yè)受到限制。本文通過分析引漢濟(jì)渭嶺南工程的突涌水事故，提出新型注漿材料以及徑向注漿堵水施工技術(shù)，改進(jìn)裂隙徑向注漿技術(shù)，合理布設(shè)注漿孔，規(guī)劃鉆孔與注漿順序，實(shí)現(xiàn)對(duì)出水裂隙的有效封堵，以期為類似TBM穿越高壓富水破碎帶出現(xiàn)的突涌水問題提供參考。

1 工程概況

引漢濟(jì)渭工程秦嶺輸水隧洞TBM施工段嶺南工程位于陜西省寧陜縣四畝地鎮(zhèn)境內(nèi)，設(shè)計(jì)流量15億m3，主洞全長(zhǎng)18 275 m(K28+085～K46+360)，埋深500～2 000 m，其中采用TBM掘進(jìn)施工2段，分別長(zhǎng)9 880 m和7 630 m，中間設(shè)檢修洞，采用φ8.02 m敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)施工。

嶺南工程隧洞穿越地層主要為石英巖、花崗巖、閃長(zhǎng)巖、碎裂巖和糜棱巖，巖體完整性較好，呈弱風(fēng)化-微風(fēng)化狀態(tài)。沿隧洞軸向方向，石英巖段長(zhǎng)545 m，花崗巖段長(zhǎng)13 750 m，閃長(zhǎng)巖段長(zhǎng)3 980 m，碎裂巖段長(zhǎng)220 m(f7斷層為30 m、QF4斷層為190 m)，如圖1所示。其中： QF4為山陽(yáng)—鳳鎮(zhèn)區(qū)域性大斷裂，走向?yàn)楸蔽魑飨?，表現(xiàn)為張性，具有切割深、延伸長(zhǎng)、規(guī)模大的特點(diǎn)；f7為地區(qū)性一般斷裂，走向多為近東西向，表現(xiàn)為壓性，規(guī)模相對(duì)較小。

圖1 引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞TBM施工段嶺南工程地質(zhì)剖面圖

工程區(qū)域地表水較發(fā)育，包括蘿卜峪溝、木河、東木河等，受大氣降水補(bǔ)給影響，常年流水，水量充沛。受構(gòu)造、節(jié)理、裂隙的發(fā)育和分布情況控制，地下水主要表現(xiàn)為基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水，水量較豐富，受大氣降水補(bǔ)給。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，嶺南工程隧洞位于地下水位以下，設(shè)計(jì)最大涌水量為12 226.00 m3/d。

根據(jù)對(duì)已掘進(jìn)段2 425 m(K28+490～K30+915)的26處共計(jì)345 m出水段的涌水量統(tǒng)計(jì)，掘進(jìn)段涌水量已達(dá)46 000 m3/d，超過設(shè)計(jì)最大涌水量，見圖2。其中，K30+140～+146段涌水量達(dá)到4 704 m3/d，單位長(zhǎng)度涌水量為784 m3/d。2016年2月28日出現(xiàn)的開挖面單點(diǎn)單次涌水量超過20 000 m3/d。

圖2 出水段涌水量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)對(duì)各出水點(diǎn)位置及出水量統(tǒng)計(jì)，左右側(cè)邊墻、拱腰以高壓股狀水為主，并伴有大范圍散水，拱頂出露集中股狀水、線狀水、大范圍散水等，如圖3所示。由于已掘進(jìn)段的出水量過大，運(yùn)輸車輛及電器設(shè)備已出現(xiàn)不同程度的損壞；同時(shí)，突涌水處理時(shí)間長(zhǎng)以及在涌水環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)施工效率低的問題已嚴(yán)重制約施工進(jìn)度。

(a) 高壓集中裂隙水

(b) 集中小股狀出水

(c) 大面積散狀出水

(d) 集中大股狀出水

圖3嶺南工程出水點(diǎn)示意

Fig. 3 Water inrush situation of Lingnan Tunnel

2 封堵方案

針對(duì)引漢濟(jì)渭嶺南工程出現(xiàn)的隧道斷面出水情況，為了有效控制出水量，減小洞內(nèi)抽排水壓力，需對(duì)隧道出水量大的地段采取封堵措施。受傳統(tǒng)注漿方法的空間及封堵能力限制，本文提出“鉆孔分流+表面嵌縫+淺層注漿封堵+深層注漿加固”相結(jié)合的隧道斷面出水封堵方案，以及集中封堵和補(bǔ)充注漿的后處理手段。

2.1鉆孔分流

針對(duì)裂隙水壓高、水量大的出水點(diǎn)，在凝固時(shí)間內(nèi)漿液隨出水流走，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)出水點(diǎn)的直接注漿堵漏，因而降低水壓和分流成為實(shí)現(xiàn)注漿封堵的前提條件。

鉆孔分流作為降低裂隙水壓、減少出水量的措施被應(yīng)用于引漢濟(jì)渭嶺南工程的高水壓、高水流量出水孔的前期處理中。根據(jù)出水點(diǎn)位置、出水狀態(tài)等劃分隧道斷面局部涌水范圍(分別以無(wú)水—滲水、滲水—線狀出水為界)，判斷出水程度(股狀水、流水、滲水)，根據(jù)出水量及水壓由淺入深布設(shè)一定數(shù)量的分流孔，如圖4所示。分流孔的作用是揭穿更多出水路徑，降低局部出水范圍的水壓力與水流量。分流孔的孔徑根據(jù)裂隙水量大小而定，一般不小于φ38 mm；分流孔鉆孔方向應(yīng)根據(jù)隧道斷面、巖層結(jié)構(gòu)面、節(jié)理裂隙面的方向確定，盡量與主裂隙面或巖體結(jié)構(gòu)面斜交，以穿過更多的裂隙，分流更多裂隙水；分流孔孔深應(yīng)根據(jù)出水量確定，若出水量過大，且出水?dāng)嗝媾c隧道斷面垂直時(shí)，可適當(dāng)加深鉆孔深度，但不宜超過6 m。

分流孔不僅可以降低水壓和出水量，同時(shí)也可以作為后期處理的集中封堵孔。

(a) 涌水范圍示意

(b) 分流孔方向

Fig. 4 Determination of water inrush range and direction of diffluence hole

2.2表面嵌縫

通過分流減壓孔的分流和減壓，圍巖表面的裂隙出水量減小，出水壓力明顯降低，具備對(duì)開挖表面嵌縫的條件。使用嵌縫材料對(duì)主裂隙及影響范圍內(nèi)的次生裂隙進(jìn)行嵌堵，如圖5所示，防止或減少注漿時(shí)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。

(a)

(b)

圖5表面嵌縫

Fig. 5 Surface caulking

2.3深層注漿加固

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)集中出水點(diǎn)的有效封堵，必須對(duì)集中出水點(diǎn)進(jìn)行深層注漿加固。在高水壓、大流量的出水點(diǎn)及周圍布設(shè)深層加固孔，孔間距宜為1.2 m×1.2 m，孔深宜為5.0～6.0 mm，孔徑宜為38～50 mm。深層加固孔方向應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)面/節(jié)理裂隙面、隧道斷面的方向確定，鉆孔深度應(yīng)根據(jù)水壓和流量確定，鉆孔布置范圍見圖6。

當(dāng)隧道斷面仰拱、拱頂、側(cè)腰等均出現(xiàn)較大出水點(diǎn)時(shí)，應(yīng)自下而上依次封堵，即“先仰拱、后側(cè)腰、最后拱頂”。

圖6 鉆孔布置示意

2.4淺層注漿封堵

為了實(shí)現(xiàn)隧道斷面的全面封堵，必須堅(jiān)持系統(tǒng)處理的原則，即不僅對(duì)出水點(diǎn)進(jìn)行封堵處理，而且對(duì)出水區(qū)域周邊一定范圍的隧道斷面進(jìn)行系統(tǒng)淺層封堵注漿，特別是對(duì)于隧道斷面整體裂隙較發(fā)育的地段。對(duì)于淺層封堵注漿孔，孔間距宜為1.5 m×1.5 m，孔深宜為3.5～5.0 m，孔徑宜為38～50 mm。淺層封堵孔鉆孔方向應(yīng)根據(jù)節(jié)理裂隙面、隧道斷面等的方向以及裂隙發(fā)育深度、寬度等確定，鉆孔布置范圍見圖6。

通過實(shí)施淺層注漿封堵，可以有效防止地下水沿巖體內(nèi)淺層裂隙溢流，形成新的出水帶或通道，對(duì)實(shí)現(xiàn)隧道斷面的整體封堵具有重要作用。

2.5閉水試驗(yàn)

在進(jìn)行頂水注漿之前，應(yīng)先進(jìn)行閉水試驗(yàn)，即關(guān)閉全部預(yù)留分流減壓孔的控制閘閥24 h，檢查是否還有未發(fā)現(xiàn)的次生裂隙或出水現(xiàn)象。若沒有發(fā)現(xiàn)新的出水點(diǎn)，才能進(jìn)行頂水注漿封堵。

2.6頂水注漿封堵

深層加固和淺層封堵施工結(jié)束后，對(duì)水壓高、出水量大的分流減壓孔進(jìn)行頂水注漿封堵。注漿封堵順序應(yīng)由淺孔至深孔、由遠(yuǎn)及近、由外向內(nèi)依次進(jìn)行，注漿漿液采用防水稀釋、膠凝時(shí)間可控的特種漿液。注漿過程中，需打開部分分流減壓孔閥門，觀察串漿情況，待所串漿液達(dá)到一定濃度后逐步關(guān)閉分流減壓孔。將漿液由裂隙口向深部堆積填充，達(dá)到完全封堵裂隙的目的。

2.7補(bǔ)充注漿

頂水注漿封堵以后，若仍存在出水部位，需對(duì)該部位進(jìn)行針對(duì)性的鉆孔注漿封堵，直至滿足封堵要求。補(bǔ)充注漿孔根據(jù)出水情況與前期堵水注漿孔情況進(jìn)行布置，見圖6?？咨钔苓呑{孔。

3 注漿作業(yè)實(shí)施

3.1裂縫寬度分析

在進(jìn)行滲流出水注漿封堵之前應(yīng)分析和掌握裂隙發(fā)育情況，根據(jù)涌水量計(jì)算裂縫寬度，計(jì)算公式為：

(1)

式中：Q1為區(qū)域裂隙涌水量，m3/h；c為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；ρ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；a為裂隙寬度，m；L1為裂隙長(zhǎng)度，m；η為黏度，Pa·s。

根據(jù)嶺南隧洞工程隧道斷面出水情況，選取K30+380～+405出水段作為計(jì)算示例，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)出水流量及裂隙情況的判斷，由式(1)得出計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 嶺南工程出水裂隙寬度計(jì)算結(jié)果

3.2注漿材料及配比

對(duì)于富水高壓、水量大的出水段，一般的注漿材料很容易被水流稀釋，難以凝膠、固結(jié)，無(wú)法起到注漿封堵作用。因此，根據(jù)引漢濟(jì)渭嶺南隧洞出水點(diǎn)的情況，開展了特殊材料的配比優(yōu)化比選。一類漿液為純水泥漿，另一類漿液分別加入3種不同的特殊材料。特種材料見圖7： 1)特材A，水下抗分散劑，有良好的抗水流稀釋性能和抗水流沖擊性能，可使混合后的水泥漿性能達(dá)到初凝≥12 h、終凝≤36 h、28 d抗壓強(qiáng)度≥20 MPa、28 d水陸抗壓強(qiáng)度比≥70%； 2)特材B，聚合物纖維，可實(shí)現(xiàn)混合后的水泥漿細(xì)度≤8.0%、干燥失重率≤6.0%、黏度=100 000 mPa·s(-10%，+20%)、凝膠溫度為58.0～64.0 ℃； 3)特材C，液態(tài)速凝劑，具有凝結(jié)時(shí)間快、早期強(qiáng)度高、收縮變形小的特點(diǎn)，水不溶物(%)≤0.4，密度為1.368～1.394 g/mL。

水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥；砂子選用天然河砂，粒徑不宜大于2.0 mm，細(xì)度模數(shù)不宜大于2.0，SO3含量不宜大于1%(以質(zhì)量計(jì))，含泥量不宜大于3%，有機(jī)物含量不宜大于3%。

根據(jù)純水泥漿和加入不同特殊材料的特種堵水漿液在引漢濟(jì)渭嶺南隧洞工程的應(yīng)用情況，得出：

1)對(duì)于雨淋狀和小股狀出水洞段的地下水，m水∶m水泥∶m特A∶m特C=(0.5～2)∶1∶0.05∶(0.1～0.2)。

2)對(duì)于較大流量股狀(或主通道)出水洞段地下水，m水∶m水泥∶m砂∶m特A∶m特B∶m特C=0.5∶1∶1∶0.05∶0.025∶0.2。

3)對(duì)于一般滲水面，可采用純水泥漿，根據(jù)滲水量可選擇水灰質(zhì)量比分別為3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1的水泥漿液。

(a) 特材A(水下抗分散劑)

(b) 特材B(聚合物纖維)

(c) 特材C(液態(tài)速凝劑)

圖7特種堵水注漿材料樣品

Fig. 7 Samples of special water stop grouting materials

3.3注漿壓力

根據(jù)隧道斷面不同的水壓、水流量以及注漿孔不同作用選擇不同的注漿壓力，注漿壓力一般控制在裂隙水壓力+(1.0～2.0) MPa。

3.4注漿量

為了保證裂隙被安全封堵，需根據(jù)加固范圍、加固深度、出水點(diǎn)裂隙間距、裂隙數(shù)量等確定注漿量，計(jì)算涌水點(diǎn)處的總注漿量

Q2=αNL2WH(1+β)。

(2)

式中：Q2為總注漿量，m3；α為充填系數(shù)，一般取0.8～1.0；N為注漿范圍內(nèi)裂隙條數(shù)；L2為裂隙長(zhǎng)度，m；W為裂隙寬度，m；H為裂隙高度，m；β為損失系數(shù)，一般取0.1～0.2。

根據(jù)嶺南隧洞工程隧道斷面出水情況，選取K30+023～+035出水段作為計(jì)算示例，由式(2)得出計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 嶺南工程注漿量計(jì)算結(jié)果

考慮到裂隙的聯(lián)通性和隨機(jī)性，現(xiàn)場(chǎng)注漿時(shí)，實(shí)際最大注漿量一般不超過Q2的4倍，即22.8 m3。

3.5注漿順序

注漿封堵應(yīng)按照“先無(wú)水后有水、先小水后大水、先淺層后深層、先兩端后中間、先拱腳后拱頂再邊墻”的順序依次進(jìn)行灌注。

3.6注漿原則

漿液變換標(biāo)準(zhǔn)： 1)當(dāng)注漿壓力保持不變、注入率逐漸減少或注入率不變而注漿壓力逐漸升高時(shí)，不得改變水灰質(zhì)量比； 2)當(dāng)某級(jí)漿液注入量已達(dá)300 L以上或注漿時(shí)間已大于30 min，而注漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不明顯時(shí)，應(yīng)采用高一級(jí)水灰質(zhì)量比的漿液； 3)當(dāng)注入率達(dá)到30 L/min，但注漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不明顯時(shí)，可根據(jù)情況越級(jí)變濃，直至灌注特種堵水漿材。

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)： 1)采用純水泥漿時(shí)，注漿壓力逐步升高至設(shè)計(jì)壓力，注入率小于1 L/min，持續(xù)灌注20 min即可結(jié)束； 2)采用特種堵水漿液時(shí)，注漿壓力逐步升高，注入率小于1 L/min時(shí)即可結(jié)束。

閉漿： 注漿結(jié)束后，采用閉漿措施(關(guān)閉孔口封閉的高壓球閥)，繼續(xù)保持注漿孔封閉狀態(tài)直至漿液完全凝固(終凝)后才能拆除孔口封閉器或膜袋塞。

3.7封孔

注漿孔全部安裝膜袋塞或安裝孔口封閉器，采用孔口封閉純壓式注漿法。注漿結(jié)束后，割除孔口封閉器或膜袋塞，使用M25水泥砂漿對(duì)孔口部分進(jìn)行封填處理。

4 特殊情況處理措施

4.1鉆孔遇出水處理

若鉆孔過程中遇小流量出水(<10 m3/h)，則繼續(xù)鉆進(jìn)至目標(biāo)孔深后進(jìn)行注漿；若鉆孔過程中遇大流量涌水(≥10 m3/h)，則停止鉆進(jìn)并進(jìn)行注漿封堵，封堵完成之后再繼續(xù)鉆進(jìn)，如此反復(fù)，直至達(dá)到目標(biāo)孔深。

4.2出水孔注漿處理

小涌水孔處理方法： 采用純壓式注漿法，同時(shí)提高注漿壓力(設(shè)計(jì)壓力+(1.0～2.0) MPa)，注漿結(jié)束后進(jìn)行閉漿待凝，待凝時(shí)間不少于8 h。

大涌水孔處理方法： 大涌水孔應(yīng)測(cè)記涌水量與壓力，直接使用特種堵水注漿材料灌注至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，之后旁邊掃孔使用純水泥漿灌注至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

4.3注漿中斷處理

注漿工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，必須馬上處理，盡早恢復(fù)注漿。如被迫中斷時(shí)間超過30 min，則應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗；如沖洗無(wú)效，則應(yīng)掃孔?；謴?fù)注漿時(shí)應(yīng)使用水灰質(zhì)量比3∶1(無(wú)水孔、小水孔)或0.5∶1(股狀水)的水泥漿進(jìn)行灌注，若注入率為中斷前的90%及以上，應(yīng)逐級(jí)加濃漿液繼續(xù)灌注；若注入率為中斷前的70%～90%，可采用中斷前注漿水灰質(zhì)量比的水泥漿繼續(xù)灌注；若注入率小于中斷前的70%，且在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，則該段注漿應(yīng)視為不合格，需要重新掃孔、洗孔后復(fù)灌。

4.4串漿、冒漿、漏漿處理

注漿過程中發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況及時(shí)采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝等方法進(jìn)行處理。若漏水或漏稀漿時(shí)可繼續(xù)灌注；若漏濃漿則應(yīng)降低注漿壓力，直至漏漿停止，然后逐漸升壓至原來(lái)注漿壓力后繼續(xù)灌注。若降壓無(wú)效再變濃漿液灌注；若降壓和變濃均無(wú)效，且漏漿量接近注入量，應(yīng)停止灌注進(jìn)行待凝，待凝時(shí)間不少于8 h；若恢復(fù)注漿后吸漿量接近于零或停止吸漿，此段應(yīng)作為不合格孔段，需視情況進(jìn)行處理。

注漿過程中發(fā)生串漿時(shí)，若串漿孔具備注漿條件，可進(jìn)行并聯(lián)注漿，但并聯(lián)注漿孔不宜多于3個(gè)，否則應(yīng)塞住串漿孔，待注漿孔注漿結(jié)束后，再在串漿孔旁邊掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)或注漿。

4.5鉆孔漏水的處理

鉆孔過程中遇破碎帶不能成孔，或遇巖脈及影響帶導(dǎo)致鉆進(jìn)循環(huán)水漏失而不能繼續(xù)鉆孔時(shí)，可先進(jìn)行注漿加固處理，而后旁邊鉆孔進(jìn)行深部注漿。

4.6大耗漿孔段處理

為保證注漿質(zhì)量，無(wú)水孔和小水孔宜先采用純水泥漿進(jìn)行灌注。若單孔灌注量達(dá)到1.2 m3，流量、壓力均無(wú)明顯變化時(shí)，應(yīng)待終凝至少8 h后掃孔復(fù)注。若單孔注漿次數(shù)達(dá)到3次，壓力、流量仍無(wú)明顯變化，則應(yīng)改用特種堵水注漿材料進(jìn)行灌注，結(jié)束后再用純水泥漿復(fù)注，直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

5 注漿封堵質(zhì)量檢測(cè)

注漿封堵完畢后3～7 d內(nèi)進(jìn)行壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)布孔應(yīng)設(shè)置在耗漿量大、注漿不正常、地質(zhì)條件差的出水段，孔數(shù)不少于總孔數(shù)的5%。試驗(yàn)采用壓水試驗(yàn)法，其壓力控制在1.0 MPa。

壓水試驗(yàn)吸水量的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)： 壓力穩(wěn)定后，每3 min測(cè)讀一次壓入流量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時(shí)，本階段壓水試驗(yàn)結(jié)束。

壓水試驗(yàn)時(shí)，單位吸水率w≤3 Lu即為合格，孔段合格率應(yīng)在80%以上，不合格孔段的單位吸水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的50%且不集中，注漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。

6 封堵效果

引漢濟(jì)渭嶺南隧洞工程注漿封堵施工從2016年3月28日開始，截至2016年9月28日共計(jì)完成8個(gè)出水段的封堵工作，累計(jì)鉆孔1 191個(gè)，鉆孔總長(zhǎng)度為5 348 m；灌注水泥量共計(jì)400 t，特材A、特材B、特材C消耗共計(jì)30 t；檢查鉆孔178個(gè)進(jìn)行壓水試驗(yàn)。檢查結(jié)果表明： 注漿封堵效果良好，完全滿足規(guī)范要求，且洞內(nèi)出水量由原來(lái)的46 000 m3/d降至7 800 m3/d左右。注漿前后的效果對(duì)比如圖8所示。

圖8注漿前后對(duì)比

Fig. 8 Grouting effect

7 結(jié)論與建議

引漢濟(jì)渭嶺南工程TBM施工段遭遇裂隙水壓高、流量大的不良地質(zhì)，為正常施工帶來(lái)了巨大的困難。針對(duì)上述問題，本文提出了高壓富水隧洞硬巖地層徑向注漿堵水施工技術(shù)，提出“鉆孔分流+表面嵌縫+淺層封堵+深層加固”的裂隙注漿堵水處理措施，配合新型的注漿材料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓富水裂隙滲流出水的有效封堵。同時(shí)，結(jié)合引漢濟(jì)渭嶺南工程的滲流出水情況，給出裂縫寬度、注漿量、注漿壓力的計(jì)算公式以及注漿過程控制標(biāo)準(zhǔn)。通過在嶺南工程的注漿封堵實(shí)踐，表明該技術(shù)具有良好的封堵效果，值得推廣應(yīng)用。

1)加入特種注漿材料(水下抗分散劑、聚合物纖維、液態(tài)速凝劑)的一定配比的堵水材料對(duì)高水壓、大水量的裂隙涌水具有良好的注漿封堵作用。

2)應(yīng)根據(jù)隧道斷面不同的出水量、出水面積、地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育等情況設(shè)計(jì)注漿封堵方案。根據(jù)出水量的大小對(duì)隧道斷面劃分區(qū)域，針對(duì)不同區(qū)域采取不同封堵措施，包括鉆孔分流、表面嵌縫、淺層封堵、深層加固等，合理布置各類鉆孔位置。

3)對(duì)于水壓高、流量大的隧道斷面應(yīng)堅(jiān)持“鉆孔分流+深層加固”的深部處理原則，根據(jù)隧道斷面、節(jié)理裂隙面等確定鉆孔方向，根據(jù)出水量大小、裂隙寬度等確定鉆孔深度、注漿量等。

4)對(duì)于隧道斷面出水特殊情況應(yīng)采取特殊處理措施，從注漿材料、注漿時(shí)間、注漿控制等方面進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

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Radial-groutingWater-stopTechnologyandItsApplicationtoHigh-pressureWater-richHardRockTunnel

SUN Zhenchuan1, 2, YOU Jinhu2

(1.StateKeyLaboratoryofShieldMachineandBoringTechnology,Zhengzhou450001,Henan,China; 2.ChinaRailwayTunnelStockCo.,Ltd.,Zhengzhou450001,Henan,China)

The TBM-bored Lingnan Tunnel of Hanjiang River-Weihe River Water Conveyance Project crosses high pressure and water-rich fractured zones; and high-pressure water inrush is serious during TBM construction. As a result, the fissure radial grouting technology, i.e. grouting diffluence + surface caulking + shallow plugging + deep reinforcement, is put forward. By adopting the radial grouting technology and new type of grouting material, the high pressure water inrush from the fissure has been effectively controlled and stopped. The calculation formulas for crack width, grouting volume and grouting pressure and control standards for grouting process are provided by taking the water inrush situation of Lingnan Tunnel for example. The application result of the technology, the water inrush volume of 7 800 m3/d (original one of 46 000 m3/d), indicates that the technology adopted is effective. The results can provide reference for radial grouting of similar high-pressure water-rich fractured ground.

hard rock ground; high pressure water-rich fractured zone; TBM construction; water inrush; radial grouting

2017-03-29;

2017-10-16

孫振川(1972—)，男，陜西韓城人， 2009年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院，土木與建筑專業(yè)，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)從事隧道與地下工程技術(shù)創(chuàng)新與管理工作。E-mail： szcwyf@vip.163.com。

10.3973/j.issn.2096-4498.2017.11.015

U 455.43

B

2096-4498(2017)11-1455-07