隧洞淋水段施工处理措施浅析

2014-03-26

水利建设与管理 2014年2期

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166)

1 工程概况

大伙房输水一期工程主体为85.32km的连续输水隧洞，采取TBM为主，钻爆法为辅的施工方法。开挖洞径8m，成洞洞径7.16m。其中，TBM1段位于桓仁和新宾两县交界处的双山头—疙疤寨地段，总长22.68km。

TBM1段工程地质条件复杂，穿越了太古代及中生代地层，主要出露三大岩组：中生代燕山晚期侵入体(ξπ53(1))、太古代早期混合花岗岩(Mr1)和太古代早期混合岩(M1)。由于主洞埋深不一，沟谷段多破碎且节理裂隙发育，洞室多段淋水较为严重(多呈线状流水)。施工过程中，虽然采取了相应的技术处理措施，控制了渗水段、滴水段，但局部裂隙发育洞段锚喷过后洞室表面仍存在淋水现象。为确保洞室结构安全稳定，经过对地质情况的分析和技术比较，决定采用阻水灌浆进行处理。

2 水泥—水玻璃浆液配比试验

2.1 注浆材料优点

a.水泥、水玻璃浆液料源丰富，无毒，不污染环境，可灌性好，易于配制，且注浆设备简单。

b.浆液在受压岩层中具有良好的渗入性，结石率可达100%，结石体抗压强度可达10～20MPa，结石体渗透系数为10～3cm/s，具有一定强度和黏结力。

c.浆液具有良好的稳定性，可准确调节浆液的凝固时间，控制浆液的扩散范围。

2.2 材料基本成分、性能、适用范围参数

材料基本成分、性能、适用范围参数见下页表1。

表1 材料基本成分、性能、适用范围参数

2.3 注浆材料浓度

注浆材料浓度见表2。

表2 注浆材料浓度

注1.水灰比为质量比，外加剂用量为占水泥质量的百分数;

2.破碎岩层无水时，采用水泥浆掺入外加剂浆液较适宜，水灰比为0.8∶1～0.6∶1;

3.浆液浓度为起始浓度，可在注浆过程中根据实际情况改变。

2.4 注浆浆液配置

加入少量(小于3%)磷酸或磷酸氢二钠，浆液即缓凝；加入少量(小于15%)白灰或增加浆液温度，浆液即速凝。

2.4.1 浆液配置

水泥—水玻璃浆液的配方应综合考虑凝结时间、结石体强度以及施工操作等因素，在施工中根据实际情况进行调制。水泥—水玻璃浆液组成及配置参照表3。

表3 水泥—水玻璃浆液组成及配置

2.4.2 影响浆液凝结时间的因素

a.水泥品种和有效时间：含硅酸三钙多的水泥和存放时间短的水泥活性高、凝结时间短。

b.水泥浆的水灰比：水灰比越小，凝结时间越短。

c.水玻璃浓度：采用35°Be′，浓度越低凝结时间越短。

d.水泥浆和水玻璃体积比：在1∶0.5～1∶1的范围内，水玻璃用量越少，凝结时间越短。

e.温度：温度越高，凝结时间越短。

3 施工方法

3.1 淋水段统计

对各支洞洞室内的淋水段进行统计、整理归类，合理进行分段。

3.2 施工准备

在进行施工前，作好注浆设备、材料、人员进场及详细的技术交底等准备工作。

3.3 阻水灌浆施工

3.3.1 孔位布置

布孔依据通知单技术要求根据地下水情况、岩层裂隙状态、浆液有效扩散半径、注浆孔密度和偏斜率等条件具体而定。

根据各淋水围岩破碎程度、节理裂隙发育程度情况，为有效堵水防坍，施工时注浆孔主要布置于边、拱出水附近，孔位等距进行布设。当出水部位面域较大时，可视现场情况适当进行加密注浆孔。

径向布孔参数：Ⅴ类围岩阻水灌浆孔排距2m，梅花形布置，深入围岩3.5m，孔径56mm；其他各类围岩固结灌浆的位置根据出水点的分布随机确定。

3.3.2 钻孔

径向加固注浆钻孔结合本工程中的机具等设备，施工中采用φ40mm合金钻头。径向注浆钻孔采用等长钻孔，钻孔时易垂直岩壁司钻，眼深3.5m/孔。

钻孔时严格按照孔眼方向、结构布置要求进行，严禁造成钻孔的过大偏斜而影响注浆质量。为防止串浆，钻进时司钻者须保证孔与孔之间的平行性。

钻孔结束后进行钻孔冲洗，冲净孔内岩粉、杂质。灌浆前用压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净时止。冲洗压力为灌浆压力的80%，压力大于1MPa时，采用1MPa。

3.3.3 注浆方式

本工程注浆施工，结合目前机具设备及钻孔涌水情况、裂隙发育程度及岩石破碎程度等，注浆施工采用分段下行式注浆：注浆孔钻进一段压一段，由外向里反复交替，直至全深。另外，为防止浆液串孔影响注浆效果，在注浆顺序上按照隔孔灌浆方式逐次施作。

分段下行式注浆优点是上段注浆后，下段注浆获得复压，堵水效果较好，特别适用于岩层破碎或裂隙极发育的条件。

3.3.4 压力的控制及浆液浓度、浆液的变换

3.3.4.1 压力的控制

注浆压力大小影响注浆效果，其大小决定于涌水压力(开挖工作面静水压力、突水的动压力)、裂隙大小和粗糙程度、浆液的性质和浓度、要求的扩散半径等。一般压力越高，浆液充填饱满，结石体强度高、不透水性好，越能增大扩散半径以减少注浆孔数。但压力过高，会使裂缝扩大，浆液流失过远及工作面冒浆等。

根据目前洞室已揭露的围岩，洞内出水点部位多是破碎～极破碎，节理裂隙发育，张开度较大，固结注浆时采用分级升压法较为适宜。注浆时，将压力分为几个阶段，逐级升到最终规定值。施工时先使用最低一级的压力压注，初始压力采用0.5MPa。随着浆液的不断注入，单位吸浆量减少到一定限度(下限)，则将压力升高一级，当单位吸浆量又减少到下限，再升高一级压力；如此直到在规定压力下，终压确定为1.5MPa。压至单位吸浆量减少到结束标准时即结束注浆。另外，施工中具体注浆压力大小可依据实际岩层裂隙大小而定，如图1所示。

图1 裂隙与注浆压力关系

3.3.4.2 浆液浓度的变换

由于各孔段裂隙大小、分布情况和疏密程度不同，每一注浆段中各种宽度的隙裂所占的比例也不相同。为适应大小不同的裂隙，灌浆浆液按由稀到浓的原则，逐级改变。一般是先压稀浆后压浓浆。先将较细的裂隙压注密实。浆液浓度的变换，是在同一浓度下注浆持续30min后，或压入量达到300L以上，而注浆压力、吸浆量均无显著改变时，即可加浓一级，若吸浆量大于30L/min时，可逐级变浓，若加浓后压力显著增大，或吸浆量突减，均说明浓度变换可能不当，应立即换原来浓度。

3.3.4.3 浆液变换

固结灌浆主要以灌注水泥浆为主，水灰比一般0.6∶1；在局部漏水比较集中的出水点可采用水泥—水玻璃双液浆进行封堵为主，主要使用于14号支洞掌子面附近漏水量较大的地段和已施工段漏水比较集中的地方，配合比一般采用1∶0.3～0.5，必要时根据实际情况进行调配。

3.3.5 注浆结束标准

注浆结束标准，采用两个技术指标来表示，一是最终吸浆量，二是达到预定设计压力(即终压)时的持续时间。在施工中结束标准采用：注浆压力达到设计终压；吸浆量不大于0.4L/min，稳定约10min即可结束。

3.3.6 注浆工艺流程

注浆工艺流程如图2所示。