锦屏辅助洞全断面径向注浆堵水施工

陈 燕

(中铁二局第二工程有限公司,四川成都610091)

1 工程概况

锦屏辅助洞位于四川凉山彝族自治州雅砻江干流锦屏大河湾上，是锦屏一级、二级水电站前期工程的关键项目。辅助洞由A、B两孔平行的单车道隧洞组成，单洞全长约17.5 km，中心距离35 m，本标段隧洞A、B线各长9 765.5 m，独头掘进9 500 m以上。水压高、流量大、突涌水点多是辅助洞施工重难点之一，特别是A洞AK5+030～AK5+260段属较强岩溶化地层中第二富水区，为T2b中上部浅灰色厚层块状白云质大理岩，位于解放沟向斜SE翼与T31自灰黑色千枚状碳质板岩层毗邻，洞段内有三条NE-SW向压扭性断层，构成洞线规模较大的一个含水构造带。根据设计现场确认，AK5+030～260洞段内各涌水段(点)初揭露时，单孔最大涌水量约为50～100 L/s，压力2.0～4.0 MPa，单孔最大射程45m。当揭穿含水构造带时，地下水除在溶蚀宽缝、管道和溶洞呈股状涌水外，其余均呈雨淋状散流，尤其是在AK5+140～AK5+260段更是如此，该洞段水文地质条件复杂，裂隙贯通性较好，是灌浆封堵的重难点地段。

从本工程客观情况出发，结合地下水准确预报的局限性，在面对高压、大流量地下水灌浆处理等世界性技术难题还未完全解决的条件下，锦屏辅助洞西端对地下水的处理思路上作了重大的调整，即在确保安全的条件下，按照“预报在先，快速掘进，择机封堵”的原则组织施工。

2 堵水方案选择

根据辅助洞西端“防、排、堵、截相结合，因地制宜，综合治理”的防排水原则，针对地下水的处理采取以下措施。

(1)对涌水量较少、水压低的洞段采用“引排封堵”法；

(2)对集中涌水大、水压大的洞段采用“先引排封堵，再喷锚或浇筑混凝土止浆墙”堵水方案；

(3)对岩溶管道集中涌水部位周围进行钻孔，探明岩溶管道走向、水平范围，再根据实际岩溶管道状况，采用模袋灌浆技术、索囊灌浆技术以及特殊灌浆材料封堵技术，对各种岩溶管道加以处理的堵水方案；最终进行系统的隧洞高压固结灌浆复式方案，拟采用“开挖后加固圈6～15 m全断面径向注浆”。

3 引排封堵施工工艺

对于强富水区的较大渗水，在进行径向注浆前应先进行引排封堵。在钻进侧孔时，开口孔径要大于正常孔径一级，并根据岩石的完整情况开孔2～3 m，镶铸孔口管。新开的孔作为灌浆孔，涌水孔作为引水降压孔，还可以根据涌水压力情况决定是否增加引水降压孔。

4 注浆技术参数

4.1 注浆孔布置

注浆孔按浆液扩散半径R=3.0 m计算布设，并按梅花型布置，孔口环向间距约300 cm，孔底环向间距约700 cm，纵向间距250 cm。单孔注浆深度8.0 m，全断面布置注浆孔24个，注浆段总长192 m，平均每延米注浆孔8.6个，注浆总长68 m(图1、图2)。

图1 封堵灌浆正面布置(单位：cm)

图2 封堵灌浆平面布置(单位：cm)

注浆孔采用手持式风钻钻孔，方向为隧道断面径向，孔径为42 mm，比小导管外径大2 mm。钻孔孔位最大允许偏差为50 mm，钻孔偏斜率最大允许偏差为0.5%，即400 mm。

4.2 孔口管与孔口密闭器设计

孔口管采用φ50 mm(外径)、壁厚3.5 mm的热轧无缝钢管，钢管长1m。孔口管安设在孔口，用锚固剂锚固牢，外露10 cm以便于注浆操作。孔口封闭器安装在引水降压孔或φ100 mm及以上的导水孔内，直径比钻孔小1～2个级，管道长度控制在3～9 m ，要借助于地质钻机配合人工安装，采用双液浆固定。孔口管和孔口封闭器必须能够承受1～2倍灌浆压力。当压力小于1 MPa时，可以采用简易孔口管，直接利用地质钢管和普通球阀加工，丝扣连接；当水压在1～2 MPa时，同样采用地质钢管加工，其典型孔口管与孔口密封器如图3、图4所示；当压力大于2 MPa时，直接利用地质无缝钢管和高压闸阀加工，丝扣连接。

图3 孔口管结构示意

图4 孔口封闭器结构示意

4.3 注浆压力

注浆压力采用经验公式计算：

初压:P1=P0+(1～3)×0.1=1.3 MPa;

正常压力:P2=P0+(3～5)×0.1=1.5 MPa;

终压:P3=P0+(5～8)×0.1=1.7 MPa;

式中：P0为静水压力。估计水头高120 m，P0=1.2 MPa(引排后降低了水压力),(1～8)为储备压力系数，取最小值，分别为1、 3、 5。

注浆初期选择：P1～P3=1.3～1.7 MPa作为参考使用值，转入正常注浆后，根据注浆中的具体情况再加以修正，选择合适的注浆压力。

4.4 注浆材料及设备

锦屏山隧道围岩主要特征为破碎、节理发育、地下水发育，因此选择结石强度高、结石率大、凝胶时间可控，无毒无污染的水泥——水玻璃双液浆。主要注浆材料和设备如下：

水 泥：P·O 42.5

水玻璃：浓度，35Be′(玻美度)

模数：n=2.4～2.6

缓凝剂：瑞帝牌缓凝剂

注浆机：KBY-50/70双液注浆机

以及模袋、索囊、各种特种灌浆材料、速凝剂、防冲剂、减水剂等灌浆材料 。

4.5 浆液配比

经现场试验初步确定，高压固结灌浆水灰比拟采用2∶1、1∶1、 0.8∶1、 0.5∶1四个比级，开灌时水灰比采用2：1，浆液浓度由稀到浓逐级变化[1]。浆液变换可按下述原则进行变换：

(1)当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

(2)当某一比级浆液的注入量已达到300 L以上或灌注时间已达到1 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。变浆后压力突增或注入率突减时，应立即查明原因，进行处理，并报告监理工程师。

(3)当注入率大于30 L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。

若洞壁串冒浆严重或孔内涌水量较大或孔内吸浆量较大，可采用0.5∶1∶0.25的水泥砂浆掺入特种灌浆材料或速凝剂进行灌注。

4.6 注浆量计算

单孔浆液注入量根据扩散半径及岩层裂隙率按下式计算：

Q=πR2Lηβ=

π×22×3×5%×0.9=1.7m3

式中：R为浆液扩散半径，取R=2.0 m；L为单孔深度，取L=3.0 m；η为围岩裂隙率，破碎带取η=5%；β为浆液在裂隙内的有效充填系数，取β=0.9。

4.7 主要工程数量

根据前述分析，获得主要工程数量表如表1所示，据此进行相应的灌浆止水施工。

表1 主要工程数量表

5 注浆工艺及质量控制

5.1 注浆施工工艺流程

具体的注浆施工工艺流程见图5所示。

图5 开挖后加固圈3～6 m全断面径向注浆流程

5.2 质量控制措施

质量控制措施主要在以下几点：

(1)钻孔孔位最大允许偏差为50 mm，钻孔偏斜率最大允许偏差为0.5%，即150 mm。

(2)小导管安设在孔口，外露10 cm以便于注浆操作，用

锚固剂锚固牢，必要时可在小导管附近及工作面补喷混凝土。

(3)压水试验：注浆之前检查机械运行情况、管路密封情况、进浆管的进浆情况。试验压力不低于1.3～1.5倍的终压，即2.2～2.6 MPa。压水试验进行三次，每次5 min，试验完成后，把水放掉。

(4)注浆顺序：沿隧道轴线由低到高、由下往上、先注边墙，后注隧道拱部，最后注底板孔；由少水处到多水孔，先注无水孔，后注有水孔；在股水处或流量大的地方，先四周后中间。

(5)单孔注浆结束条件：达到终压后并稳定10 min，且注浆量不小于设计注浆量的80%、进浆速度为开始进浆速度的1/4。

(6)注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化情况，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆。做好注浆记录，包括孔位、孔径、孔深、浆液配比、注浆压力、注浆量等，以便于分析注浆效果。

(7)注浆效果检查：注浆后在分析资料的基础上采用压水试验和现场观察法检查注浆效果。当初期支护表面有线状出水或面状渗水，或者压水试验时检查孔的吸水量大于1.0 L/(min·m)时，必须进行补充注浆。

(8)注浆结束后，及时将注浆孔和检查孔封堵密实。

6 注浆效果

针对部分洞段进行灌浆后钻孔取芯检查，结果表明：以往认为后注浆封堵效果很差，甚至堵不住水，但在特殊条件下，实施特殊的径向灌浆处理的效果明显。高压固结灌浆采用耐压无缝地质钢管，灌浆材料以纯水泥浆和水泥砂浆为主，固结灌浆形成的固结圈厚度不小于6 m，灌浆压力比渗水压力大1.5 MPa或是渗水压力的2～3倍。该方式可开展多工作面作业，对保证工期也是有利的。

7 结束语

隧道施工地质条件是千变万化的，用小导管注浆工艺的设计参数亦是多种多样的。具体施工中及时把握好各类注意事项，那么通过小导管注浆工艺是能达到隧道围岩固结和止水效果的，同时通过注浆量的理论推算和实际测量的比较可有效地评估实际注浆质量和控制工程费用。本文就锦屏水电工程辅助洞(西端)注浆堵水施工经验与体会予以总结，供类似工程施工参考。

[1] 孙钊．大坝基岩灌浆[M]．北京：中国水利水电出版社，2004

[2] SL 62-94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]

[3] 张景秀．坝基防渗与灌浆技术[M]．2版.北京：中国水利水电出版社，2002

[4] DL/T 5148-2001水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]