注浆堵水加固设计及施工工艺

引汉济渭调水工程是针对关中地区缺水问题提出的省内南水北调工程的骨干调水线路，也是陕西省委、省政府提出的“两引八库”重点水源工程之一，该项工程地跨黄河、长江两大流域，穿越秦岭屏障，主要由黄金峡水利枢纽、秦岭输水隧洞和三河口水利枢纽等三大部分组成。本工程项目所担负的隧洞段地处西安水源地上游敏感位置为引汉济渭秦岭输水隧道的越岭段，是决定整体工期的关键线路，隧洞处于中等富水区，预测涌水量较大，渗漏水现象比较严重，分布有较多的断层破碎带及影响段，断裂构造纵横交错，裂隙发育，同时原生层理也发育，各种成因的节理、裂隙互相切割成网络状，构造作用强烈，岩体裂隙贯通性强，这些因素的地段将会给隧道施工各工序及水处理带来较大困难。因此，为确保施工安全进度，在裂隙发育、渗漏水情况较严重、围岩稳定性较差的部分地段设计采取洞内注浆堵水加固技术，来降低围岩的渗透系数，提高围岩自稳能力，确保隧洞建设与运营的安全。

　　1 工程概况

　　引汉济渭工程中秦岭输水隧洞全长 98. 30km，处于秦岭岭北中低山区，围岩为角闪石英片岩、千枚岩夹角闪石英片岩，微风化 ～ 未风化，受地质构造影响较重～ 严重，节理裂隙较发育 ～ 发育，呈块状及中厚层状结构，隧洞埋深为 350 ～ 700m( 属深埋越岭隧洞) ，角闪石英片岩以Ⅲ类围岩为主，fk= 800kPa; 千枚岩以Ⅳ类围岩为主，fk= 700kPa。本区域内断层带主要物质为碎裂岩、糜棱岩、断层角砾，Ⅴ 类围岩，fk= 300 ～500kPa。施工中在断层带可能产生围岩失稳、突然涌水; 在炭质千枚岩分布带局部可能产生坍塌变形。在引水隧洞穿越富水标段过程中，洞壁与掌子面出现的滴水、渗水现象均较为严重，甚至在局部洞内壁出现小股水流。

　　目前，本段日常涌水量约 7000m3/ d，其中下游主要涌水里程段分别为 K66 + 280 ～ K66 + 290( 涌水量约 500m3/ d) 、K66 + 529. 5 ～ K66 + 544. 5 ( 涌水量约2000m3/ d) 、K66 + 710 ～ K66 + 730( 涌水量约 2800m3/d) ; 上游主要涌水里程段分别为 K64 + 880 ～ K64 +860( 涌水量约 300m3/ d) 、K64 + 690 ～ K64 + 680( 涌水量约 200m3/ d ) 、K64 + 640 ～ K64 + 630 ( 涌水量约320m3/d) 、及 K64 + 500 ～ K64 + 350( 涌水量约 500m3/d) ，预测隧洞可能出现的最大涌水量 32040m3/ d。裂隙水非常发育，并呈长流水状况，对施工造成严重干扰，尤其是该隧洞处于水资源保护地，为尽可能减少涌水量，实施堵水注浆加固施工。

　　2 注浆堵水加固设计
　　
　　2. 1 设计原则

　　本段堵水为施工期注浆堵水加固，主要是实现减少隧洞涌水量，保证隧道人员及机械设备安全，并且对于保护水资源环境意义重大。基于对此洞段地下涌水特征分析，属于较大水量出水口且具有承压力的地下水封堵，张性节理较多，且平行发育，沿张性节理分布的裂隙走向范围较广，再结合此洞段的锚喷支护型式，综合考虑确定此洞段堵水注浆的布孔形式及孔深。

　　2. 2 设计参数

　　2. 2. 1 注浆孔布置堵水注浆孔布置根据不同里程段涌水形式、出水点位置及涌水量大小分别制定设计参数，里程段 K66+ 529. 5 ～ K66 + 544. 5、K66 + 710 ～ K66 + 730( 边墙及洞底均有出水点) 采用间排距 2. 2m × 1. 5m 均匀布孔方式( 图 1) ; K64 +880 ～ K66 +860、K64 +690 ～ K64 +680、K64 + 640 ～ K64 + 630 及 K66 + 280 ～ K66 + 290( 边墙局部有出水点) 采用间距1. 0m ×1. 0m 出水孔周边加密布置; K64 +500 ～ K64 +350( 拱墙大面积渗水)采用 3. 0m ×1. 5m 拱墙均匀布控方式( 图 2) ，注浆孔呈梅花型布置，孔向呈放射状，并在漏水部位适当加密注浆孔; 通过对主孔进行压水试验，在裂隙走向和倾向比较明确的情况下，根据裂隙结构面走向、产状位置有针对性的布孔，使钻孔尽量与裂隙面斜向相交。【图略】

　　2. 2. 2 孔深设计一般情况下径向注浆孔 5. 0m，顶水注浆孔 8. 0m，集中出水点 0. 5m 范围内加密注浆孔，加密径向注浆孔 3. 5m; 孔径 50mm。在实际施工中根据孔位的不同并通过现场试验进行合理的调整，以确保堵水注浆效果。

　　2. 2. 3 注浆压力设计按测定的主出水孔压力 1. 5MPa，或根据现场实际情况在出水孔压力 1. 5MPa 的状况下适当加大注浆压力，具体数值根据现场试验最终确定合理的注浆压力经验值。
　　
　　3 注浆堵水加固施工工艺
　　
　　根据施工现场实际情况及本次注浆目的，确定合理施工工艺，并按工艺流程严格执行，确保施工效果。具体施工工艺流程见图 3。【图略】

　　3. 1 钻孔方式及方法

　　3. 1. 1 布孔方式先根据现场潮湿的洞壁面，确定系统堵水注浆孔布设的范围，然后利用卷尺按 2. 2m × 1. 5m 的间排距进行等距布孔( 或根据现场施工需要合理调整孔间排距) ，绘出注浆孔布置图，依据环序原则施工。在靠近主裂隙附近的钻孔孔向斜向钻孔，使其与主裂隙斜向相交。

　　3. 1. 2 钻孔方法从下游向上游方向钻孔，一次性成孔，钻孔孔径?50mm，在钻孔后埋设模袋塞。

　　3. 2 注浆施工工艺

　　3. 2. 1 注浆材料采用 525 号普通硅酸盐水泥 － 水玻璃双液浆注浆、水玻璃及化学控制液( 水性聚氨酯) 等，串浆的裂隙表面采用快速堵漏剂( 速凝水不漏或锚固剂) ; 当在注浆过程中出现特殊情况时应结合水泥 － 化学控制双液( 水性聚氨酯) 等。

　　3. 2. 2 注浆方法根据实际情况，通过定位地质钻孔、清孔，安装孔口管，注浆机高速搅拌双液浆并由注浆泵加压注注，注浆材料采用普通硅酸盐水泥 － 水玻璃注注、水泥 － 化学控制液( 水性聚氨酯) 双液注注等综合的注浆方法。

　　一次性造孔至设计孔深，分排分序纯压式或循环式注浆。现场采用由下向上，由外向内，先单环再双环，环内先单数孔再双数孔逐渐加密原则进行施工，并先注底部孔，再注顶部孔。采用一次成孔、孔口卡塞( 模袋或水压塞) 一次注浆，注浆方法采用纯压式。

　　3. 2. 3 注浆浆液水灰比和变浆标准( 1) 水灰比。注浆水灰比拟采用 1. 5: 1、1: 1、0. 8: 1、0. 5: 1 二个比级，开注水灰比采用 1. 5: 1，浆液浓度由稀到浓逐级变化。钻孔冲洗过程中如果发现串浆冒浆现象，可采用较低级的浓浆注浆，并采用降压、限流、间歇注浆等措施，再无效时则加入 3% ～ 10% 的水玻璃等技术措施。( 2) 浆液变换标准。当注浆压力保持不变，注入率持续减少时，和注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比; 当某级浆液注入量大于 30L/min 或注入量已达 300L 以上或注浆时间已大于 30min，而注浆压力和注入率均无改变或改变不显着时，应改浓一级水灰比。

　　3. 2. 4 注浆结束标准注浆结束标准暂定为: 根据工地施工实际情况会同监理工程师确定或在注浆段设计压力下，当注入率不大于 1L/min 后，继续注注 10min，可结束注浆。

　　3. 2. 5 注浆效果检验采用堵水注浆前对流量测试方法，对注浆后的流量进行测定。每 30m 长渗漏水洞段在堵水注浆完成后，残余渗漏水总量不大于 3L/S，单点集中出水点不大于 0. 5L/S，从而满足隧洞锚喷支护或混凝土衬砌施工条件和施工质量。

　　3. 2. 6 注浆孔封孔( 1) 注浆工作完成后及时封孔，对于未漏水的孔与小流量孔时可在封孔前排除孔内稀浆，将孔内污物冲洗干净; 堵水注浆封孔应采用“全孔注浆封孔法”; 封孔材料采用水泥浆或水泥砂浆，水泥浆的水灰比不大于 0. 5: 1。( 2) 如使用模袋塞注浆，在注浆达到结束标准后关闭闸阀进行闭浆，直到压力归零，孔口无返浆为止。

　　3. 3 特殊情况处理

　　3. 3. 1 串浆处理在注浆过程中，为防止浆液从其它钻孔内流出，采取如下措施:

　　( 1) 适当地增长相邻两个次序孔先后施工的间隔时间，使前一次序孔注注的浆液基本上已经凝固后，再开始后一次序孔的钻注工作，防止新注入的浆液前期已注入到裂隙中的浆液结石冲开一条通路由已注的或其它钻孔中串出。

　　( 2) 当串浆孔为正在钻进钻孔时，应立即停钻，在串浆孔内漏浆处以上部位安设注浆塞，堵塞严密，在注浆孔中依据施工技术要求正常地进行注浆，待注浆结束后，串浆孔间恢复正常钻进。

　　3. 3. 2 漏浆孔段的处理发生大量漏浆，一般可按下述原则进行处理:

　　( 1) 降低注浆压力。用低压甚至用自流式注浆，待裂隙逐渐充满足注浆，降低流动性后，再逐渐升高压力，按正常的施工要求进行注浆。

　　( 2) 增大浆液浓度。使用浓度大的浆液，或使用掺加细砂的浓浆注注，降低浆液的流动性，同时再适当地降低压力，可以限制浆液的流动范围。

　　( 3) 间歇注浆。注浆过程中，每连续注注一定时间，或在注入一定数量的干料后，就暂时停注，待凝一定时间，而后再注，这种有目的时注时停的注浆就是间歇注浆。

　　4 材料设备及人员配置

　　合理的资源配置能提高隧洞渗、漏水治理的效率，同时还能节省部分材料消耗、降低施工成本及时间。

　　4. 1 人员配置

　　本次堵水注浆人员安排: 管理人员 4 人，技术工人12 人，根据工程量及工期需要，人员可随时增加，以满足工程需要。

　　4. 2 材料及设备配置

　　根据现场实际需要配备材料及设备，以满足堵水注浆施工，堵水注浆施工主要设备材料配置见表 1 和表 2 所示。【表1-2】

　　
　　5 结语

　　在输水隧洞开挖过程期间，采用注浆堵水加固技术可对裂隙发育、洞壁与掌子面出现的滴水、渗水现象较为严重的破碎围岩进行加固处理，经过注浆堵水加固处理后的隧洞段，可减少地下水排放量、降低渗水率，能有效防治隧洞穿越不良岩层时出现突水塌方等地质灾害，提高围岩自稳能力，确保其施工人员及隧洞建设与运营的安全。

　　秦岭段输水隧洞注浆堵水加固实践表明，下游主要涌水里程段 K66 + 280 ～ K66 + 290、K66 + 529. 5 ～K66 + 544. 5、K66 + 529. 5 ～ K66 + 544. 5、K66 + 710 ～K66 + 730 段、上游主要涌水里程段 K64 + 880 ～ K64 +860、K64 + 690 ～ K64 + 680、K64 + 640 ～ K64 + 630 和K64 + 500 ～ K64 + 350 段，在未注浆前地下水的总流量预计达到 32040m3/ d，采用以上方法注浆后，地下水的总流量降低至设计要求，止水效率达到 92%，收到了预期的效果。
　　
　　参考文献
　　
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