秦岭输水隧洞七号洞高压富水区帷幕注浆试验研究

王文添

(陕西省引汉济渭工程建设工程有限公司，陕西 西安 710100)

引汉济渭工程是陕西省重大引调水工程，隧洞横穿秦岭底部，地质条件复杂，涉及多处富水区及断层地带，施工难度极大[1]。在引水隧洞施工期间，不同地质段出现了形式多样的大涌水、流沙、突泥涌水等不利地质状况[2-3]。

随着国家逐步加大水利基础建设的投资，近些年类似的引调水工程相继实施，施工中遭遇到的超大涌水处理难题异常复杂，严重制约着工程建设进度，对施工安全和机械设备也造成了一定的威胁。为解决这一难题，对秦岭隧洞七号洞高压富水区分别采取不同材料的浆液及浆液配比进行帷幕注浆试验[4]，通过试验对比，选定注浆工艺、试验数据，最终确定注浆方案及参数，确保高压富水段的帷幕注浆施工顺利进行，为后续类似地质段施工积累了丰富的实践经验[5]。

1 工程概况

引汉济渭工程秦岭隧洞由黄三段和越岭段组成,越岭段全长81.999km,沿线布设10条支洞，7号支洞口位于周至县陈河镇黑河上游2km处右岸陡坡上，支洞长1877m，主洞全长8122m，上游长3569m，下游长4553m，隧洞最大埋深1230m，涌水段埋深约980m，属Ⅱ类围岩，岩性主要以花岗岩、闪长岩为主，节理、裂隙发育，节理面平直光滑，无擦痕，密闭，无填充。

在主洞上游掘进至K68+984时，在钻孔至3.5m深度时，拱顶突然爆发承压水，喷射距离18m，涌水发生后，在掌子面钻设8个直径42mm的探孔，均出现不同程度的喷射水流，经测算，日最大单孔涌水量达到43000m3，经1个月的抽排，涌水无明显的衰减迹象。本次涌水呈现水量大、水压高、岩性坚硬、岩层破碎的特点，给帷幕注浆堵水施工带来了很大的困难。

2 帷幕注浆试验及目的

根据涌水段地质、工程环境及出水状况，以“以堵为主、限量排放、堵排结合、排水降压”为原则，采用超前全断面帷幕注浆方式进行堵水处理，达到充填围岩裂隙、封堵裂隙水、提高围岩整体性、保证施工进度及安全的目的。

在帷幕注浆施工前应进行注浆试验，确定K68+988～K68+963段(第1循环含4m止浆墙，共5个循环)为注浆试验段，帷幕轴线长度25m，主要试验内容如下：

a.验证注浆设计参数的合理性，为后序施工提供适宜的注浆施工参数。

b.确定合理的注浆施工工艺及施工方案，尤其是在地层中出现大量跑浆、冒浆和注浆量大等情况时的注浆施工处理措施等。

c.通过对试验成果的分析，提出准确、充分的试验结论和成果建议，使帷幕注浆施工顺利完成，并满足工程建设的各项管理要求。

3 帷幕注浆试验施工工艺

3.1 试验孔布置

根据帷幕注浆设计技术要求和现场地质情况，分4个区间进行帷幕注浆试验。其作用一是探明前方水源情况；二是分区进行注浆参数试验；三是封闭止浆墙与围岩间的缝隙。选择第二排的B-4、B-7、B-14、B-17作为试验孔，采用不同比例的单液、双液浆进行试验，其孔位布置如图1所示。

图1 试验孔布置示意图

3.2 施工主要设备

帷幕注浆试验投入1台PRD-180C型地质钻机、2台KBY90/15-22型注浆泵、2台LJ-1000型搅拌机、1台注浆自动记录仪等。

3.3 试验孔施工顺序

施工顺序为：B-4孔→B-17孔→B-14孔→B-7孔，各次序孔在单个灌浆段灌浆结束且充填浆液材料终凝后，再进行下一段灌注。

3.4 试验孔钻孔及质量控制

3.4.1 钻孔

试验应严格按选定的孔位进行施工，并采用全站仪测量孔位，开孔孔位误差控制在10cm之内。钻机安装平整牢固，用仪器调整使天车、立轴、钻孔在一条铅垂线上，钻孔孔径为90mm，采用金刚石钻头钻进，在钻进过程中，严格按照操作规程，合理掌握钻进参数，遇到特殊情况，需采取措施后再进行钻进。开孔钻进时，轻压慢转钻进1m后，再按正常情况钻进。每个钻段结束，立即进行冲孔，直至回水变清后提钻。

3.4.2 成孔质量控制

注浆孔孔位与设计孔位偏差值不大于10cm，终孔孔深应满足设计要求，钻孔孔底最大偏差符合设计规定值。为保证钻孔质量，在施工中采取了以下防斜、纠斜措施：

a.钻进前钻机锚固稳定，按设计角度用专门仪器定好立轴角度。

b.钻进时合理掌握好钻进参数，钻压不要过大。

3.5 试验孔注浆

3.5.1 注浆压力及方法

注浆时应注意以下事项：

a.在注浆前需要进行孔口管埋设，孔口管埋设段位钻设130mm孔，采用高速锚固剂埋设108mm孔口管。

b.初始注浆压力值需参考涌水时测得的涌水压力值，一般较涌水压力大0.5～1MPa，注浆结束标准压力控制在5～6MPa。

c.注浆方法采取前进式分段注浆方法。

d.注浆管安设于孔口管尾端，螺栓锚固。

e.注浆浆液由稀到浓逐级变换。当注浆压力保持不变而注入率持续减少时，或当注入率不变而注浆压力持续升高时，不改变水灰比。当某一级水灰比灌入量达300L以上或灌注30min以上，压力与吸浆率仍无变化时，可以调高一级水灰比；吸浆率大于30L/min时可以越级提高水灰比。当水泥浆经过多次待凝后，仍然不能达到结束标准时，改为双液浆灌注。

3.5.2 浆液制备及质量控制

现场使用的注浆材料中，水、水泥、水玻璃等必须经进场检测合格后方能投入使用。现场按照配比配制浆液，其配制流程见图2。所制浆液必须搅拌均匀并测定浆液比重，浆液从开始制备到用完，耗时小于1h，注浆配比按照表1、表2配比制备，浆液温度必须保持在5～40℃之间。为保证浆液性能，每班(8h)由现场技术人员用浆液比重计至少测试3次浆液密度。在变换浆液水灰比时要求测试浆液密度，以确保浆液质量的可靠性。

图2 浆液配制流程

表1 水泥浆配比

表2 水泥-水玻璃双浆液配比

在试验孔注浆结束后，打开预埋管闸阀，结合对施工记录、成果资料的分析，进行注浆质量评定，评定标准以注浆后涌水量为主。在注浆结束3天后，采用原位钻孔法进行检查，以检查段单孔涌水量小于5L/m·min为合格判定标准，如果注浆质量不合格，则重新进行注浆处理；如果依然不合格，则对注浆孔进行加密，重新进行质量检查。

3.5.3 注浆中特殊情况处理

在注浆试验过程中，根据注浆规范的要求或现场监理的指示，对所遇到的注浆特殊情况，采取合理有效的措施进行处理，主要包括以下几种情况：

a.B-17号孔注浆过程中与已钻设的B-16号孔串浆，采取的处理手段为：封堵B-16号孔，B-17号孔正常注浆，待注浆试验结束后，B-16号孔再扫孔重新钻进。

b.注浆过程中遇吃浆量大难以结束时，采取低压、浓浆、限流、间歇等措施处理。

c.对于单孔涌水量和注浆吃浆量大且不起压的孔，一次注浆水泥量超过10t，反复待凝3～5次后，仍然无法达到灌浆结束标准时，采用双液灌注。

帷幕注浆试验孔施工工艺流程见图3。

图3 帷幕注浆试验孔施工工艺流程

4 试验孔注浆成果分析

注浆试验工作结束后，根据各孔的钻孔、注浆等现场记录汇总成果，按照《水工建筑物水泥注浆施工技术规范》(SL 62—2014)中注浆成果分析的要求，对本次注浆试验的注浆效果进行分析。

4.1 试验孔涌水量分析

帷幕注浆试验孔注浆结束后，待凝3天后进行原位钻孔检查，帷幕注浆质量合格标准为单孔涌水量小于5L/(m·min)。根据现场检测结果，单孔涌水量最大为4L/(m·min)，最小为2.2L/(m·min)，平均单孔涌水量为3.05L/(m·min)，本次试验孔注浆结果为合格。

4.2 注浆量及注浆压力分析

试验孔各序孔平均单位注入量统计见表3。

表3 试验孔各序孔平均单位注入量统计

从表3可以看出，注浆试验中注浆区域不同，注入量也不同。单孔每延米注入量最大为1537.5kg，注入量最小为1229.2kg，平均注入量为1402.6kg。分析各孔注浆规律如下：

a.随着试验孔长度的增加，注浆终止压力相应增加。

b.对于双液浆，随着水玻璃比例的增加，注浆压力随之上升，注浆量随之下降。

c.对于单液浆，随着水泥浆浓度的降低，注浆量随之升高。

4.3 试验孔成果分析

通过对试验孔位置分布、注浆效果及注浆质量等进行综合分析得到以下规律：

a.注浆试验孔孔深6～9m，分布于掌子面上下左右4个区域，上部孔每延米平均注入量为1501.4kg，下部孔每延米平均注入量为1304.9kg，各试验孔平均单位注入量随着注浆孔位标高的降低而递减，上部孔位注浆量均大于下部孔位注浆量。

b.从试验孔注浆效果来看，水泥-水玻璃(35Bé)双液浆的优选比例为1∶1.25(体积比)，水泥单液浆的优选比例为0.8∶1(质量比)。

c.从检查孔的单孔涌水量来看，均在4L/m·min以内，达到了设计标准。

d.注浆试验孔孔深6～9m，最小终止压力为5MPa，最大终止压力为8MPa，随着注浆段长度的增加，注浆压力相应增加，由此推断，后期在深孔注浆时，实际终止压力会高于设计压力。

e.根据单位注浆量统计情况分析，前方围岩节理裂隙较为发育，在长孔注浆时，存在大量吃浆的可能。

5 结 论

a.由注浆试验分析可知，采用试验中所用的施工工艺和施工参数，保证了注浆质量及注浆施工的顺利进行，注浆效果能满足设计要求。

b.注浆孔相互串浆时，可立即封堵串浆孔，待注浆孔注浆结束后，串浆孔二次钻孔后继续注浆。同时为防止出现串浆，适当加长相邻两个次序孔先后施工的时间间隔，或者采用隔孔施工方法。

c.分析试验所选用的配比得出，为了降低浆液注入量，可视情况调整为小一级的水灰比或适当调高水玻璃用量。