大洛河谷段渗漏水止水灌浆技术探析

程　东

(本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁 本溪 117022)



大洛河谷段渗漏水止水灌浆技术探析

程东

(本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁 本溪 117022)

摘要：根据揭露的洞室水文地质情况，地下水发育，局部可能与地表河存在水力补给联系，洞内渗漏水量较大，为了改善洞内的施工条件，避免河谷段地表水沿裂隙继续向洞内渗流，改变河谷段地表水文环境，对该区域生活及农田灌溉造成不利影响，需对初期支护后存在渗漏水处进行止水灌浆。文章对大洛河谷段渗漏水止水灌浆技术进行了阐述，提出了灌浆方案、质量控制措施、安全生产保证措施等。

关键词：渗漏水；止水灌浆；质量控制；保证措施；大洛河谷段

1工程概况

TBM3-2段主洞全长9 568 m，该段洞线穿越大洛河谷、吴家堡子河谷等处，其中大洛河谷段有常年性水流通过，河谷全长约1 800 m，隧洞埋深较浅，最浅处埋深约50～60 m，该段地质条件较差，地下水发育，多为滴水—线流状态，也有多处呈涌水形式出现。TBM3-2段2006年11月30日开始TBM掘进， 现TBM已进入大洛河谷约1 300 m多。

根据目前揭露的洞室水文地质情况，地下水发育，局部可能与地表河存在水力补给联系，洞内渗漏水量较大，为了改善洞内的施工条件，避免河谷段地表水沿裂隙继续向洞内渗流，改变河谷段地表水文环境，对该区域生活及农田灌溉造成不利影响，需对初期支护后存在渗漏水处进行止水灌浆。

2本段施工地质及水文地质情况

大洛河谷段洞室埋深浅，多为50～60 m，风化裂隙及构造裂隙发育，裂隙常呈微张状为主，个别为张开状态，少数含泥质夹层，TBM施工中常存在一定的片帮、掉块和小坍塌。加上河谷段地表存在常年性流水，地下水又与地表水存在一定的水力联系，故TBM在河谷段掘进后，地下水十分发育，以桩号74+540上游河谷段最为突出。地下水常沿裂隙呈现大面积淋水情况，以线流状为主存在大量滴水点，局部洞段有大出水量的涌水点。

3提前进行止水灌浆的原因

TBM进入大洛河谷，根据已揭露的段的水文地质情况，洞室内地下水呈大面积淋水、线流状，并伴随局部涌水，为后续施工、排水及环境造成较大影响：

1)进入河谷段，已揭露洞室段地下水沿裂隙渗漏量较大，洞内排水强度增加；并且大洛河谷段地下水与地表水存在水力联系，由于隧洞开挖，地表水位下降，大洛河谷地表河出现断流，TBM生产、生活供水井地表补给水位下降，补给量降低，TBM供水井供水量由50～60 m3/h减至6～9 m3/h左右，对TBM施工供水、排水均产生不利影响，破坏了16#洞地区水文地质环境。

2)大洛河谷下洞室地下水发育，TBM揭露围岩呈大面积淋水、线流状，给初期混凝土喷锚支护带来较大困难，在淋水段喷射的混凝土出现脱落，影响了洞室的安全及初期支护喷射混凝土质量。

3)为保证衬砌混凝土施工质量，对大洛河谷段洞室渗漏水处需进行止水处理。

鉴于上述原因，对大洛河谷段洞室地下水发育，出现渗漏水部位进行止水灌浆。由于洞室内渗漏水量较大，呈大面积淋水、线流状，局部有涌水出现，并带有一定水压，采用普通水泥浆液止水灌浆材料消耗大、时间长、止水效果不理想。而HSC浆液在流动度、结石率上均优于普通水泥浆液，同时HSC浆液又具有高强、早强、抗分散、高可注性等性能，适合大洛河谷地下渗漏水发育特点。准备采用HSC特种注浆材料代替普通水泥浆液进行阻水灌浆。

4灌浆方案

4.1原材料

4.1.1注浆材料

注浆材料选用河北唐山北极熊特种水泥有限责任公司生产的HSC特种注浆材料。主要由特制硫铝酸盐水泥、专用外加剂组成，经过粉磨，混拌工艺加工而成。根据洞内渗漏水特点，选用HSC(含水细砂型)特种注浆材料。

技术指标：

粒径：6-8um；

结石率：98～100%；

流动度：400m。

4.1.2水

浆液拌制用水，符合JGJ63-89第3.0.4条的规定，制浆使用的水温在40℃以下。

4.2灌浆设备布置

4.2.1灌浆设备的选择

1)灌浆泵采用SGD6—10、100/100型进行灌浆，100L/min为最大排量，10MPa为最大压力，注浆压力与排浆量可以随意调整，这样才能满足在不同压力下的灌浆施工。

2)高速制浆机的型号是ZJY400，1000r/min为搅拌转速，储浆搅拌机配备与高速制浆机相配套，储浆搅拌机的型号是J600。

3)高压胶管作为灌浆的管路，这样才能在1.5倍的最大灌浆压力下保证其能承受能力。压力表安装在灌浆泵、灌浆孔口处的位置上，压力表与管路之间需要设置一个隔浆装置。

4)采用YT—28型凿岩进行灌浆钻孔机，电动空压机供风为3 m3/min。

4.2.2灌浆的布置及设备

TBM平行作业与止水灌浆，考虑TBM系统出渣、材料运输要求，采用脚手架制作灌浆平台，灌浆平台搭设成门字型，下部空间满足机车、混凝土罐车的通过、运输要求。灌浆台架在完成台架控制范围内的渗漏水部位灌浆后，需要移设台架，由于大洛河谷段渗漏水部位较多，灌浆台架移设频率高，并且由于洞内无大型起吊、牵引设备，灌浆台架由人工移设、就位。

止水灌浆与TBM平行作业，由于洞内空间有限，考虑TBM材料运输要求，止水灌浆设备(包括灌浆泵、制浆机、储浆筒、空压机等)需沿右侧洞壁摆放，在右侧洞壁制作钢结构平台，平台通过锚杆固定在洞壁。灌浆设备每40m移设一次，平台及灌浆设备移设采用在洞壁钻设起吊锚杆，通过5t手动葫芦移至板车上，电瓶机车牵引至下一灌浆区域安装。

4.3水、电布置

4.3.1施工供水

止水灌浆施工用水与TBM系统共用一条供水管路，每200 m设一个φ50 mm带闸阀支管，采用2英寸胶管引至灌浆工作面，以满足止水灌浆施工用水的需要。

4.3.2施工排水

隧洞内止水灌浆产生废水、废浆等在工作面经初步沉淀，采用2英寸泥浆泵抽排至洞内主排水管道内，由洞内排水系统抽排到洞外的沉淀池内，经沉淀过滤后排到天然河道内[1]。

4.3.3施工供电

洞内沿线变压器容量为80 KVA，主要考虑洞内沿线的排水、照明，并同时考虑阻水灌浆的用电情况。此变压器安设初始位置在桩号75+000m，固定在右侧洞壁，供电半径为750 m，两端各设750 m低压电缆，在低压电缆上每隔100 m设一配电盘，内装漏电保护器、插座、闸刀等设备。 变压器每隔1 500 m移设一次。

4.4灌浆方案

4.4.1灌浆工艺

大洛河谷下洞室地下水发育段止水处理采用HSC注浆材料进行止水灌浆，对呈大面积淋水、线流及单点涌水部位灌浆工艺如图1所示。

4.4.2灌浆方法

4.4.2.1注浆孔布置

根据大洛段已揭露洞室渗漏水情况，地下水发育、渗漏水严重部位主要呈现为：

1)大的基岩裂隙出水。

2)节理密集带大面积淋水、线流。

3)单点涌水。

图1HSC注浆材料止水灌浆工艺流程图

针对洞室围岩的3种出水情况，注浆孔布置方案如下：

1)基岩裂隙出水：

对于岩石完整，单纯基岩裂隙出水情况，沿裂隙两侧布置灌浆孔，灌浆孔与基岩裂隙相交，并在裂隙部位钻设2～3个导水孔，集中引排水、卸压。注浆孔间距1.5-2.0m，孔深3.5-5.0m,钻孔直径φ42mm；导水孔沿裂隙出水点布置，导水孔深3.5 m，孔径φ42mm，安装导水管集中引水。

2)节理密集带大面积淋水、线流出水：

对于节理密集带淋水、线流出水情况，沿节理、裂隙密集带梅花形布孔，布孔排距1.5～2.0m，孔深3.5～5.0m，钻孔直径φ42mm；导水孔在节理裂隙出水点布置，导水孔深3.5 m，孔径φ42mm，安装导水管集中引水。

3)单点涌水布孔：

对于单点涌水情况，沿涌水点周围梅花形布置注浆孔，布孔间距1.5-2.0m，孔深5.0m，孔径φ42mm，在出水点安装导水管排水。

4.4.2.2钻孔、清洗

灌浆孔的钻孔利用自制灌浆平台人工YT28钻机进行钻孔，孔径为φ42，孔深为3.5～5.0m，孔间排距为1.5～2m。

钻孔结束后采用压力清水对钻孔进行冲洗，冲净孔内岩粉、杂质，直到回水清净为止。清水压力采用80%的灌浆压力，但≤1.0MPa。地质条件复杂钻孔是否需要冲洗以及如何冲洗，通过现场试验确定。

4.4.2.3裂隙封堵

对于构造裂隙发育，裂隙常呈微张状、张开状态的部位出水，为保证止水灌浆效果、减少漏浆，在灌浆前，对裂隙采用清水及压缩空气冲洗干净，利用水玻璃或堵漏剂封堵裂隙。

4.4.2.4注浆管、止浆塞制作、安装

1)注浆管制作：

注浆管采用φ32无缝热轧钢管加工而成，长3.5～5.0m，注浆管前端加工成锥形，以便插打，并防止注浆时浆液前冲。管壁每隔10～20cm交错钻溢浆孔(梅花形布置)，以防止出现死角，孔眼直径为6～8mm，尾部1.0m范围内不钻孔以防止漏浆。注浆管末端焊φ6环形箍筋，以防止打设时开裂，影响注浆管联接[2]。

2)止浆塞：

止浆塞采用螺杆压缩式胶球灌浆塞，胶球塞的膨胀部分由实体天然橡胶材料构成，通过设置在孔口的螺杆装置对胶球施加压力，迫使胶球止浆。

3)注浆管、止浆塞安装

钻孔、冲孔结束，将注浆管与螺杆压缩式胶球灌浆塞连接插入灌浆孔内，止浆塞达到设计位置，旋紧螺杆使胶塞膨胀，与注浆孔孔壁挤压紧实，防止漏浆。

4.4.2.5HSC浆液拌制

HSC浆液(含水细砂型)主要采用的是高速制浆机拌制，1000～1 200 转/min为制浆机的转速。 0.8～1.2(重量比)作为水灰比，2～3 min的浆液搅拌时间，搅拌的时间不能低于或高于这个时间。采用重量称量法对浆液进行称重，误差要<5%在制浆材料的称重过程中。

水泥单液浆的主要配制方法为先加水之后加料拌制，浆液必须进行均匀的搅拌，还要及时的测定浆液的浓度，注浆材料的配制要严格的把握水灰比、制浆机及制浆时间。拌制好的浆液一定要进行持续的缓慢搅动，并要及时的监测搅拌机内的浆液量，搅拌机内的拌合料一定保证其新鲜，如果灌浆出现较长停顿之后，在开始继续灌浆之前，需要将所有的设备和输送管路进行彻底的清洗。

4.4.2.6灌浆

1)灌浆的方法：止水注浆采用孔口封闭的全孔一次性纯压式单液灌注，浆液采用HSC含水细砂型注浆新材料，在注浆过程中及时的观察浆液的凝结时间，控制在45min以内的灌浆时间。

2)灌浆压力：灌浆压力需要进行实验才能进一步确定，在大于出水压力0.5MPa范围内控制在最大灌浆压力，在灌浆过程之中我们要将灌浆压力尽快达到规定的设计压力这样才能保证连续灌浆。

3)灌浆顺序：止水灌浆顺序采取的是由远及近、由上而下，先压注无水孔，后压注有水孔，最后灌浆封闭导水孔。

4)灌浆结束标准：当灌浆压力达到设计压力或试验后确定的最佳灌浆压力后，灌浆段的吸浆量≤10 L/min ，可再持续灌注15 min结束；导水孔最后进行封孔灌浆，灌浆压力为0.5 MPa，灌浆段的吸浆量≤10 L/min，可再持续灌注10 min结束。

4.4.3灌浆的注意事项

由于本阻水灌浆与TBM开挖同时进行，在灌浆需避开洞顶φ2200的风筒、洞左侧皮带架等进行施工。

5质量控制措施

5.1超前检测

施工前对注浆进行检测，超前选配好浆液配合比。灌浆材料要满足灌浆质量要求，浆液材料必须具有出厂合格证和检验报告单。灌浆用HSC注浆材料要求新鲜，受潮结块的不准使用；出厂时间超过3个月的HSC注浆材料经检验合格后方可使用。

5.2跟踪检测

施工中安排试验人员跟班作业，及时取样，跟踪检测，对灌浆工艺实行全过程跟踪检测。保证施工质量检验频率。

5.3记录制度

实行施工工序验收三检制，所有检测项目均按监理工程师要求进行记录(如实填写监理公司下发的灌浆记录表，请现场监理工程师确认)，保证记录完整，汇总形成报告，并及时上报，采用灌浆记录仪将灌注的浆液自动记录。

5.4质量控制

加强施工现场控制，安排专职质检人员对注浆施工质量进行控制，认真执行现场施工技术规程，精心组织施工，对违章施工者严格按照施工质量奖罚条例对责任者进行处罚，情节严重者调离工作岗位，特别严重者除给予处分外将被清除现场。

6安全生产、文明施工保证措施

建立健全安全生产组织管理体系，设置项目安全管理小组，组长由行政一把手担任，副组长主管生产、安全。要设立专门的安全人员，对施工的现场进行定期的检查，发现问题及时处理。施工现场必须保证用电的安全，配电盘和配电柜必须配备有效的防护设置，所有需要使用电的设备均应设备漏电保护器。灌浆等污水、废浆经常用压力水冲洗，保持作业面清洁；废水、废浆经洞内排水系统，集中汇集到集水井内，由水泵抽排至洞外的污水处理池。

参考文献：

[1]孙丽娜.富水带TBM施工处理措施[J].现代农业，2012(06):106-107.

[2]谷凤涛.超细水泥在大伙房水库输水工程中隧洞止水注浆上的应用[J].水利技术监督, 2015, 23(02):76-78.

中图分类号：TV554

文献标识码：B

[作者简介]程东(1982-)，男，辽宁本溪人，工程师，从事水利水电工程工作。

[收稿日期]2015-10-25

文章编号：1007-7596(2016)01-0064-04