小斷面隧洞灌漿堵水施工措施

劉彩花 昝伯陽 陳 超

（山西中部引黃工程建設管理有限公司 山西太原 030000）

1 工程概況

山西省中部引黃工程某標段輸水隧洞斷面型式為馬蹄形，洞高3.4 m，洞寬3.4 m。隧洞使用銑挖機進行開挖，圍巖為低液限黏土層，施工過程中隧洞底板出現(xiàn)涌水，涌水量約50 m3/h，同時有細粉砂伴隨涌水涌出，初步判斷隧洞底部有粉砂層。涌水及粉砂造成開挖段底部形成泥水混合物，銑挖行駛和作業(yè)困難，嚴重影響開挖作業(yè)效率，此外長期的涌水有可能會影響隧洞后期的穩(wěn)定性，增加施工安全風險。

2 灌漿試驗及灌漿方案的確定

2.1 灌漿試驗

水玻璃為改性水玻璃，即酸性水玻璃。改性水玻璃漿液是采用料源廣、價格低、無污染的普通水玻璃和硫酸為主要原料，摻入少量外加劑配制成的粘度低、可靠性好、凝膠時間可控、穩(wěn)定性好的漿液。水玻璃模數(shù)在2.4～3.2 之間，其濃度為40 波美度。

先配置水泥-水玻璃漿液，采用水玻璃作為添加劑調(diào)節(jié)注漿液的初凝時間，水泥漿的水灰比1：1，水玻璃稀釋比例為1：1，注漿前做配比凝固時間試驗。根據(jù)壓漿試驗，發(fā)現(xiàn)進漿量很小，泵的壓力升高較快，漿液凝膠時間可選用5～6 min，經(jīng)現(xiàn)場試驗調(diào)整，確定漿液配比為：水泥漿的水灰比1：0.6，水玻璃摻量為水泥用量的12%～18%。

試驗時，注漿壓力控制在0.3～3.0 MPa 以內(nèi)，從上部往下分孔注漿，先灌注水泥-水玻璃漿液。水泥漿必須經(jīng)過攪拌機攪拌均勻后，才能開始壓注，并在注漿過程中不停頓地緩慢攪拌；注漿壓力一般為0.3～3.0 MPa，漿液在泵送前經(jīng)過篩網(wǎng)過濾，在噴口處與水玻璃混合，注漿施工采用跳孔間隔注漿，保證注漿質量。

2.2 灌漿方案

鑒于隧洞滲水中含有粉細砂，需通過灌漿在隧洞掌子面和底板范圍內(nèi)形成一道止水帷幕。灌漿漿液滲透擴散至圍巖孔隙中并快速凝固，與周圍巖體結成具有一定強度的結石體，形成一個堵水帷幕，切斷地下水流通路，同時利用灌漿時的高壓對土體進行填充和擠壓，使得土體更加密實，從而達到固結圍巖和止水、保持圍巖穩(wěn)定、保障施工安全的目的[1]。

其次，隧洞斷面小，鉆孔操作不方便，鉆孔施工應分序進行，先掌子面后地板。掌子面鉆孔時，先鉆中心線任一孔，鉆孔后要根據(jù)出水情況，確定繼續(xù)鉆孔的位置，中心線孔若出水，說明內(nèi)部透水層在掌子面中心線以上，則往掌子面上部鉆孔，若不出水，則往掌子面下部鉆孔，灌漿試驗發(fā)現(xiàn)掌子面中心、底部均有不同程度出水情況，決定采用全斷面灌漿。此外，底板與隧洞兩側的孔位角度可根據(jù)現(xiàn)場操作條件進行微調(diào)。

堵水方案是：對隧洞掌子面及距掌子面25 m 范圍內(nèi)底板進行超前、加固復合灌漿[2]，鉆孔深度20～25 m，灌注材料為水泥-水玻璃灌漿料或丙烯酸鹽灌漿料。灌漿堵水時先使用水泥-水玻璃灌漿料，若遇到粉砂層，水泥-水玻璃進漿料少或不能有效止水，則灌注丙烯酸鹽灌漿料。丙烯酸鹽灌漿料具有黏度低、流動性好、吸水膨脹等特點，漿液可以注入粉細砂層中擴散凝膠，把松散的砂粒固結成一個強度適中的塊體，在隧洞周圍形成一個防坍塌、防涌水的固結圈，從而達到加固和防水的目的。

3 施工工藝

3.1 掌子面和底板灌漿孔布置

3.1.1 掌子面布孔

沿隧洞掌子面中心設置三排注漿孔，孔徑為50mm，注漿孔間距為1.2 m，排距為1.2 m，成孔深度20～25 m，梅花形布孔，孔號分別為1#～9#；在隧洞掌子面與底板交匯處分三列分別以與底板夾角30°和60°布孔，孔號分別為10#～15#；在隧洞掌子面邊墻兩側與底板相交處布孔，孔號分別為16#、17#。隧洞掌子面布孔示意圖詳見圖1。

3.1.2 底板布孔

掌子面灌漿施工前，為確保施工操作時底板穩(wěn)定，可根據(jù)底板出水情況，提前對底板進行灌漿處理，處理范圍為距掌子面25 m 范圍內(nèi)底板，間距1.2 m，深度20 m，中間注漿孔垂直于底板，兩側的注漿孔與中間孔夾角20°。隧洞底板布孔平面示意圖詳見圖2。

圖2 隧洞底板布孔平面示意圖

3.2 灌漿施工

3.2.1 鉆孔

根據(jù)設計圖紙孔位、鉆孔參數(shù)，在工作面上放出鉆孔位置[3]。調(diào)整鉆桿的仰角和水平角，移動鉆機，將鉆頭對準所標孔位，檢查并調(diào)整好鉆桿的姿態(tài)，按照孔位和設計間距進行鉆孔，掌子面沿隧洞軸線鉆孔剖面示意圖詳見圖3。鉆孔過程中記錄每個孔的出水和地質情況，并插入管徑40 mm 鋼管作為注漿管。

圖3 掌子面沿隧洞軸線鉆孔剖面示意圖

3.2.2 配置漿液

水泥-水玻璃灌漿材料，采用水玻璃作為添加劑調(diào)節(jié)注漿液的初凝時間，水玻璃摻量為水泥用量的12%～18%，漿液粘度應為80 s～90 s，水泥漿的水灰比1：0.6，注漿的流量為8 L/min。

丙烯酸鹽灌漿材料為雙組份材料，使用時一般按A 組份：B 組份=1：1（質量比）比例混合。A 組份含主劑、促進劑、交聯(lián)劑等組分；B 組份包括引發(fā)劑、膨脹劑、溶劑等組分；兩種組分按比例混合后形成漿液。

3.2.3 注漿

自上而下分孔注漿，先灌注水泥-水玻璃漿液。其中，水泥漿必須經(jīng)攪拌機攪拌均勻后，才能開始壓注，并在注漿過程中不停頓地緩慢攪拌；注漿壓力一般為0.3～2.0 MPa，漿液在泵送前經(jīng)過篩網(wǎng)過濾，在噴口處與水玻璃混合，注漿施工采用跳孔間隔注漿，保證注漿質量，注漿段在規(guī)定的最大壓力下，注入率不大于0.4 L/min 后繼續(xù)灌注10 min 即可結束灌漿，或注入率不大于1 L/min 后繼續(xù)灌注15 min 即可結束灌漿。

當水泥-水玻璃進漿料小或不能有效止水時，采用丙烯酸鹽材料灌漿，灌漿壓力0.3～2.0 MPa，當相鄰灌漿管冒漿或壓力恒定5 min 視為灌漿結束。

壓漿完成后，待漿液凝固后及時清除孔內(nèi)浮漿和污水，采用水泥砂漿將注漿孔填塞密實。

4 結語

為確保兩種灌漿材料的合理使用，在實際操作過程中，要特別注意鉆孔時對孔內(nèi)圍巖的觀察和判斷，灌漿過程中，根據(jù)進漿量和止水效果，適時更換灌漿材料[4]。通過現(xiàn)場科學的施工安排和嚴格的質量控制，本工程灌漿施工洞段，能夠較為有效的形成隔離透水層帷幕，滲水量顯著下降，掌子面施工條件有了明顯改善。小斷面隧洞灌漿施工由于操作空間有限，鉆孔施工具有一定難度，本文通過對現(xiàn)場經(jīng)驗的介紹，旨在提供一種小斷面隧洞布孔方式的參考，為其他工程提供借鑒。