小断面隧洞涌水不良地质段堵水施工方案

2017-01-20李志成

山西水利 2016年6期

关键词：渗水量支洞孔口

李志成

（山西省水利建筑工程局，山西太原 030006）

小断面隧洞涌水不良地质段堵水施工方案

李志成

（山西省水利建筑工程局，山西太原 030006）

结合山西中部引黄工程引水隧洞施工实践，介绍了西干线19号支洞隧洞涌水不良地段开挖过程中的堵水处理措施，并对堵水施工方案进行了详细分析，在对施工配置介绍的基础上，探讨了施工过程中应注意的事项，为同类小断面隧洞堵水处理提供可借鉴的经验。

隧洞涌水；小断面堵水；施工方案

小断面隧洞施工作业空间有限、工序多、工序间干扰大，工序的衔接是保证开挖进度的关键。隧洞开挖过程若出现涌水或渗水量较大，如仅采取排水措施，水泵、管路布置对施工影响较大，易造成掌子面淹没等风险，同时抽排水降低周边水位，会对附近村民饮水等造成影响，因此有必要采取堵水措施。增加堵水环节，直接影响开挖进度，因此做好小断面隧洞不良地质段开挖过程中的堵水是保证隧洞顺利施工的前提。

1 工程概况

山西中部引黄工程由取水工程和输水工程两部分组成。取水口位于黄河干流天桥水电站附近，取水泵站为地下式，泵站布置7台机组（5台工作，2台备用）提水，总装机容量9.6万kW，设计取水流量23.55m3/s，扬程200m。输水线路分总干线和东干线、西干线以及各支线，输水线路总长383.5km，施工支洞和主洞隧洞施工总长度485km，隧洞断面12～27m2，属小断面隧洞开挖。隧洞沿线涉及天桥泉、柳林泉、郭庄泉3个泉域，最大埋深694m，局部为富水段隧洞开挖。

19号施工支洞位于中部引黄输水线路西干线，支洞长973m，坡度31%，主洞开挖断面为城门型，开挖断面尺寸3.2m×3.6m，主洞与洞口地面高差301m，上下游控制主洞施工各1.9km。经前期勘测，围岩以Ⅲ，Ⅳ类砂岩、泥岩、砂质泥岩为主，地下水位位于洞顶以上，部分洞段可能产生涌水、突水，多具承压性。

2 施工方案

施工支洞在桩号0+000—0+095段为土层、卵石混合土段，根据前期地质勘探资料，在施工支洞0+ 400附近，围岩破碎、裂隙发育，可能存在渗水。支洞开挖至桩号0+405时，在钻超前勘探孔时孔内出现压力水，喷射距离5m，渗水量达150m3/h，经过连续抽排，渗水量无明显减小。为此，采用TSP203超前地质预报系统进行超前地质预报，一次预报长度150m。

根据二维视图分析及工程地质资料判断，掌子面前方0+405—0+431段岩体较破碎，节理裂隙较发育，裂隙水较发育，在0+455—0+499段，0+540—0+555段裂隙水可能较发育，整体趋势围岩强度变化不大。

根据勘察地质资料，隧洞前方存在不良地质段，有必要制定切实可行的堵水方案，确保隧洞开挖顺利进行。根据隧洞特点、围岩情况、渗水量、现场实际情况，采取“以堵为主，限量排放”的堵排水方案。对不良地质段进行TSP超前地质预报，并超前钻孔，以确定采取的堵水处理措施。

围岩裂隙较发育、裂隙连续、渗水量大于100m3/h，且经过连续抽排渗水量无明显减小的洞段，采用超前预注浆方案堵水；围岩较完整、裂隙较小且不集中、渗水量较小的洞段采用排堵结合，小导管局部注浆方案堵水。

3 堵水方案

3.1 超前注浆堵水

超前注浆采用潜孔钻钻孔，孔口封闭，孔内循环注浆。施工程序为：封闭掌子面、钻孔定位、钻孔（5m）、安孔口管、注双液浆、钻孔至终孔、压水、注水泥浆、检查、加密孔钻灌。

3.1.1 施工方法

第一，封闭掌子面。掌子面挂直径8mm钢筋网片，网片尺寸20cm×20cm，网片与岩体采用直径20mm锚杆连接，锚杆深度30cm，间排距1m，喷C20混凝土，厚度20cm，封闭岩面。

第二，钻孔。注浆孔沿隧道周边布置，间距1m，沿洞线外偏5°～10°，注浆孔直径110mm，注浆孔深度20m。钻孔分两次钻进，第一次钻进5m后灌浆，以封闭孔口周边裂隙，待凝后进行扫孔钻进至终孔。钻孔分两序进行，由下至上，先钻灌Ⅰ序孔，再钻灌Ⅱ序孔。

第三，镶孔口管。孔口管为直径108mm，壁厚5mm，长2m的热轧无缝钢管，外露50cm，管壁与孔口接触处用堵水剂封闭。

第四，压水。清除钻孔中的残存岩粉，岩石裂隙中所填充的杂物，确定灌浆压力，初步估灌浆量。压水方式采用压力骤升骤减的放水方式。

第五，注浆。采用孔口封闭压入式注浆，顺序为由下至上，先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，先注孔口5m段，再全孔注浆。孔口5m段采用水泥—水玻璃浆液，5～20m段采用水泥浆，水泥浆水灰比0.8∶1～1∶1，水泥采用425号普通硅酸盐水泥，水泥细度要求通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。水泥浆与水玻璃体积比1∶1～1∶0.5。注浆压力为静水压力的2～3倍，注浆压力2～3MPa。

孔注浆结束标准为：注浆压力逐步升高至设计终压，注浆结束时的进浆量小于5L/min。注浆全段结束标准为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；注浆后涌水量小于1m3/m·d。

第六，钻孔检查。灌浆结束待凝24h后，在注浆量较大的灌浆孔附近钻孔进行检查，钻孔深度15m，如渗水量大于1m3/m·d，进行加密孔注浆，加密孔设在两孔中间，至检查孔渗水满足要求，不再加密。

3.1.2 特殊情况处理

掌子面渗水较大难以封闭时，先在出水较集中的部位埋设排水管，排水管设阀门，保证渗水由排水管排出，灌浆过程排水管有水泥浆排出时关闭阀门。钻孔过程中遇到泥夹层或涌水，立即停止钻孔，采取钻一段注一段的分段前进式注浆，直至终孔。如已开挖洞段出现漏浆或注入量较大，加大浆液浓度，采取间歇注浆。采用水泥—水玻璃浆液注浆，注浆停止后应立即清洗管路，防止浆液在管路凝结。

3.1.3 质量与安全措施

第一，对孔位精确测量定位，重点控制钻孔角度，钻机固定牢固，确保钻孔外偏角度符合精度要求。第二，孔口段注浆时，随时注意灌浆压力，防止压力突然升高掌子面破坏。第三，注浆泵及高压管路必须试运转，确保机械性能和各种阀门管路、压力表完好后方可施工。第四，注浆时应注意观察洞身变化和围岩动态，发现异常情况，应立即停止注浆或调整注浆压力。第五，在实施注浆过程中的异常情况进行分析，并制定处理措施。第六，钻孔中若发生涌水，应集中全力采取措施，及时注浆封堵。

3.1.4 设备配置

采用YQ100F型气动潜孔钻，WDSY100型双液注浆泵注浆，排量10m3/h，工作压力0～16MPa。1m3高速搅拌桶制浆液。

3.2 小导管注浆堵水

局部注浆采用小导管注浆，可环向或径向布孔。在喷混凝土时预留排水管，临时由排水管将渗水排出，排水管采用直径42mm的钢管，管口设阀门。采用手风钻钻孔，孔径直径50mm，根据渗水情况随机布设，钻孔深度1.5～3.0m。小导管外径42mm，管壁周围设8mm注浆孔，孔距10cm，尾部加工成尖状，导管深入孔内0.5～1.0m，小导管外露20cm，并有连接丝扣。注浆材料为水泥—水玻璃浆液，水泥浆水灰比0.6∶1～1∶1，水泥浆与水玻璃体积比1∶1～1∶0.5。注浆压力根据压水试验确定，灌浆压力大于水压力0.5MPa。

局部注浆堵水施工工序为施工准备、钢管加工、钻孔、安装钢管、压力注浆、空口封闭。