化学注浆在引汉济渭秦岭输水隧洞施工过程中的应用研究

张鹏 ZHANG Peng

（中铁十七局集团第二工程有限公司，西安 710000）

0 引言

水工隧洞开挖施工过程中地下水和松软岩层是两大尤为棘手的问题，它们不仅影响了隧洞的稳定性，还可能引发一系列的安全隐患。因此，如何有效治理地下水和松软岩层[1-2]这两大工程病害问题，一直是水工隧洞工程施工的主要难题之一。

在水工隧洞中涌水、渗漏及岩层稳定工程病害问题若不得当处理，不仅影响工程进度与质量，更可能带来严重的安全隐患。目前，注浆堵漏技术已经广泛应用于隧道施工中的涌水治理、变形缝渗漏控制以及漏水维修加固等多个方面。化学注浆堵水技术[3-4]以其独特的优势，如高渗透性、快速凝固和优秀的封堵效果等，扮演着至关重要的角色。在隧道施工中[5]，该技术能够有效封堵地下水涌入，保障施工的安全与顺利进行；在变形缝渗漏治理中[6]，注浆材料能够填充缝隙，形成有效的止水屏障；而在漏水维修加固中[7-8]，注浆技术则能够强化结构，提高耐久性。然而，尽管化学注浆堵水技术在多个领域得到了广泛应用，但在输水隧洞施工过程中的具体应用仍显得相对零散，缺乏系统深入的研究。

以引汉济渭秦岭输水隧洞工程K67+163.517～K75+286 段为背景，针对K68+835～K68+851 段开挖掌子面挖穿透水带，导致掌子面及边墙涌水问题，提出采用化学注浆技术进行涌水堵漏处理，以解决输水隧洞施工中涌水问题。

1 工程概况

引汉济渭秦岭输水隧洞工程起点K67+163.517，终点K75+286，全长8.122km，隧洞设计流量70m3/s，结构横断面形式为弧形仰拱平底结构。初期支护采用锚喷支护，C30 钢筋混凝土衬砌。开挖掌子面挖穿透水带，位于隧洞K68+835～K68+851 约16m 范围，节理密集部出现环状透水带；多处点片状渗漏，顺水流方向左侧底板距边墙1.5m左右成管状外涌，出水量约300m3/h，涌水压力约1.5MPa；右侧边墙起拱线以上1.6m 处片状出水，出水量约90～100 m3/h，涌水压力约1.0MPa；右侧边墙1.0m 左右，成片状外喷，出水量约250～300m3/h，涌水压力约1.0MPa；掌子面大部零星散状分布较小挂帘渗漏点，漏量较小，出水量约30～90m3/h 左右，渗漏总体出水量约800～1000m3/h 左右。透水源头估计为地表及山体含水，透水量经过近一年流失，出水点集中在底板16m 范围内，整个透水环带各主要漏水点不排除相互串通可能。

针对隧洞K68+835～K68+851 段开挖掌子面及边墙涌水问题，提出采用化学注浆技术来进行堵漏处理。首先通过对节理密集带2m 宽初支进行凿除，准确揭示密集带，并将节理密集带2m 宽范围划分为I 区，其余范围划分为Ⅱ区。Ⅰ区土建部分先行实施，Ⅱ区注浆布孔9 环，共309孔，单环布设26 至40 孔，孔排距0.93m×2.05m，孔径90mm，钻孔方向垂直岩面。Ⅰ、Ⅱ区化学注浆孔布置示意图如图1 所示。

图1 Ⅰ、Ⅱ区化学注浆孔布置示意图

2 浆液制备关键技术研究

化学注浆堵水技术的关键在于注浆管的精确埋设、化学浆液的高质量制备以及注浆过程的细致实施。以引汉济渭秦岭输水隧洞K68+835～K68+851 段为例，提出涌水堵漏处理关键技术，包括精确布设注浆管、优化制备化学浆液和精细实施注浆过程，以确保有效封堵涌水，保障隧洞安全。

2.1 注浆材料

单液为亲水性速凝快胀注浆液，密度1.185g/cm3，抗压强度55MPa，凝固时间155s，闭缝精钢水不漏，初凝55s，终凝1.2min，1 小时抗压强度40.5MPa，抗折6.2MPa，3d 抗压强度71.9MPa，抗折12.MPa，7d 抗渗＞1.5MPa；硅酸钠溶液，密度1.32g/cm3，波美度35Be，缓凝剂掺量2%；普通硅酸盐水泥PO42.5。

2.2 浆液制备

浆液制备主要步骤如下：①集中制浆台车供应标准浆液，水灰比0.5:1，通过专业管路即时送至注浆台车，制浆台车就近设置，确保供浆迅速且满足需求；②严格控制固相材料称量误差在5%以内，保障浆液质量；③高速搅拌普通浆液至少30 秒，输浆流速1.4～2.0m/s，使用NB-1 型泥浆比重仪监测浆液密度，并根据需求调整水灰比；④浆液使用前过筛，标准浆液使用时间不超过4 小时，细水泥和稳定浆液在2 小时内使用完毕，且保持浆液温度在5℃～40℃之间，确保浆液性能稳定。

3 化学注浆关键技术及工艺

3.1 注浆关键技术

3.1.1初支刻槽

密集带堵水处理长度27m，需要注浆处理的长度为16m，注浆结束后再进行二次衬砌。节理密集带中心部位，沿发育方向刻槽，底板采用履带式破碎锤凿除，边墙顶拱部位采用人工电镐凿除，向缝隙两侧各延伸1m，垂直凿深30cm，形成一条宽2m，深30cm 带状沟槽，揭露出完整的节理带，使用高压水枪清洗沟槽裂隙至岩面干净。

3.1.2聚流

根据造孔漏点渗流量情况，大漏点采用直径φ50mm～φ90mm，小漏点采用直径φ25mm～φ50mm 无缝厚壁钢管，管长1.5m，一端带螺纹，以便于后期安设变径管节实施注浆，预埋化学注浆管示意图如图2 所示。

图2 注浆管埋设示示意图

当漏点水流过大导致预埋注浆管难以实施时，须准备单层纯压气囊式栓塞应急处理备选方案，迫使水流汇聚至栓塞芯管流出，栓塞周边的小漏点使用快硬水泥进行封闭，气囊塞样式示意图如图3 所示。对于较大漏点难以埋设预埋管时，采用模袋法埋设预埋管，注浆模袋示意图如图4 所示。

图3 气囊塞示意图

图4 注浆模袋示意图

3.1.3闭缝

预埋完毕注浆管之后须闭缝，对仍有局部细流或可能被注浆击穿的薄弱部位须进行二次封闭，同封闭预埋管周边散流方法一致。

3.1.4锁缝锚杆及网片施工

顺节理刻槽环带裂隙走向，向外侧50cm 距离布置锁缝锚杆，锚杆排距1.0m，间距1m×1m，锚杆布置数量依据现场节理走向确定，锚杆孔造孔过程中可能出现涌水情况，须使用快硬锚固剂进行锚杆安设，节理密集带共布设66 根锚杆，与钢筋网片牢靠焊接，锚杆布置示意图如图5所示。

图5 锁缝锚杆布置示意图

3.1.5封闭混凝土施工

在不侵占二次衬砌截面的情况下，Ⅰ区边顶刻槽采用电镐凿除加喷射混凝土方法实施，最后一次喷射完毕之后用不锈钢平板搓板在喷混凝土表面提浆抹平，使喷锚料尽量平顺光滑，以起到止浆效果。

3.2 注浆工艺

3.2.1注浆准备

搭设四个施工平台存储化灌材料、水泥浆液拌制、注浆机具摆设及注浆管头安装。应在作业面附近搭设专门的存储平台，防雨布覆盖，化学注浆材料防止长时间裸露于空气而凝结失效。

3.2.2注浆参数

注浆压力2～3MPa，纯水泥浆液水灰比2：1、1:1、0.5:1（质量比），双液（体积比）1:1，结束注浆屏浆时间10min。当注浆材料连续灌注达3t/m 时，采取间歇注浆，让注入到节理裂中的浆液适当回头沉淀填充，避免浪费材料，间歇时间1 小时。

4 注浆技术应用及效果

4.1 Ⅱ区注浆

依据监测的涌水数据安装孔口压力表，测试涌水压力及流量，确定注浆压力。根据测得的涌水压力及涌水量的大小，确定采用单液纯水泥浆液、快速膨胀单液还是双液浆。双液注浆采用两台机具同时灌注两种不同的浆液材料，在孔内汇合，两种材料在裂隙内汇合延伸渗流快速凝固。注浆时预埋管栓塞部位徐值班人员值班，与高压泥浆泵操作手配合，启动泥浆泵，同时开启管头闸阀，时刻关注注浆压力及进浆量，压水灌浆测控系统自动采集压力、流量、密度等数据，每5min 记录一次读数，Ⅱ区未渗水的孔段，采用较稀浆液开灌，注浆压力不变。

4.2 Ⅰ区注浆

Ⅱ区注浆实施结束之后，开始Ⅰ区注浆，主要实施方法同Ⅱ区，待止浆墙混凝土达到80%强度之后即可进行。注浆开始，无压力无回浆时，不得随意终止注浆，易导致注浆事故。开注浆时根据涌水压力及涌水量，注浆压力较涌水压力大0.3～0.5MPa 进行灌注，保障浆液顺利推进，有效控制浆液扩散半径，大吸浆率孔段进浆量控制在30～70L/min。相邻或者较低部位管头出现冒浆，且浆液返浓时，关闭冒浆管头闸阀进行屏浆，待施灌管头达到结束标准时，冒浆管头视为达到结束标准，结束注浆。

4.3 注浆结束标准

压力逐步上升直至设计最大压力，回浆流量逐渐增大，吸浆率逐渐减少，吸浆率小于等于5L/min，压力达到2～3MPa 时，闭浆10min 即可结束注浆。

5 结论

通过开展化学注浆在引汉济渭秦岭输水隧洞施工过程中的应用研究，给出了化学注浆技术在输水隧洞施工过程中进行涌水堵漏处理的主要方法。首先，对节理密集带2m 宽初支进行凿除，准确揭示密集带，并将节理密集带2m 宽范围划分为I 区，其余范围划分为Ⅱ区。其次，给出了先完成Ⅱ区后I 区以及I、Ⅱ区拱顶、边墙、底板的注浆顺序。最后，对化学注浆堵漏涌水工程病害问题完成后的效果做了科学的评估，结果已达到预期目标。

通过化学注浆在引汉济渭秦岭输水隧洞开挖掌子面及边墙涌水问题处理中的成功应用，说明该技术可以做到用于指导化学注浆在输水隧洞施工过程中涌水堵漏处理，为今后类似输水隧洞工程中的涌水堵漏处理提供借鉴。