小浪底引黄工程隧洞堵水施工技术

高胜杰

（山西小浪底引黄工程有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

小浪底引黄工程10号支洞位于闻喜县境内石门乡后川村李家庄，支洞全长927.779 m，支洞进口底高程为878.8 m，设计坡度为48.4%，与主洞交汇点里程为35+363，交汇点底标高为485.53 m，交角25.548°，洞断面为城门洞形，支洞井身段初支后断面尺寸（宽×高）4.2 m×4 m，与主洞衔接处设25 m平洞段。支洞出碴采用绞车运输。

10号支洞控制主洞主要通过涑水群卫家岭组混合岩化黑云斜长片麻岩夹多层斜长角闪岩、磁铁石英岩、大理岩，岩性较硬，多属坚硬岩，岩层及片麻理产状为N6～35。据桩号36+260段ZK12d-8号钻孔资料，在孔深260 m和孔深400 m段分布承压水。孔深260段承压水孔涌水在35 m3/h左右，孔深400 m以上段孔涌水量在60 m3/h左右，承压水高出孔口约6 m。

隧道实际施工中下游自里程36+553起隧洞开挖后涌水量逐渐增大。在里程36+598处发生较大涌水，出水压力达2 MPa，掌子面涌水量达80 m3/h。里程36+598—36+528段70 m范围内总涌水量50 m3/h，隧洞日排水量6 300 m3左右，超出当前隧洞设计的排水能力。涌水处理方案以堵为主，以排为辅，堵排结合，注浆堵水，减少隧洞出水量，增加抽水管路和水泵加强隧洞抽排水能力，保证隧洞施工安全。

2 堵水技术措施比选

采用水泥水玻璃双液浆注浆，对出水位置进行钻孔注浆，由于出水裂隙中含水量丰富，部分位置裂隙水有一定压力，水泥水玻璃混合浆液注入基岩后遇水，在双液浆初凝前被基岩中裂隙水稀释，水泥浆与水玻璃无法凝固，与裂隙水混合液从基岩面流出。如通过调整配合比缩短双液浆初凝时间[1]，则双液浆在混合管位置迅速初凝，容易造成堵管，达不到扩散效果，无法填充周边裂隙。水泥水玻璃双液浆注浆达不到注浆堵水效果。

采用有机化学材料双液浆进行注浆，利用其化学浆液不溶于水且双液混合后初凝时间在10 s左右，能达到扩散与堵水效果。但有机化学浆液混合反应生成物为乳黄色泡沫状固体，孔隙率较大，具有透水性，注浆完成24h后会有水从原初支面渗出，达不到堵水效果。

采用DS无机化学材料注浆，对出水位置进行钻孔引排，钻孔需保证穿过含水层，并能将裂隙中水引出，起到减少裂隙附近水量，使大部分裂隙水从导管处排出的目的。使用DS固体料对附近裂隙进行封堵抹面，将出水位置附近裂隙全部封堵抹面，确定抹面位置不再出水后，进行注浆作业。由水泥浆和DS液体料按不同顺序注浆，注浆后能封堵较为完整围岩90%的出水量，较破碎围岩50%的散状出水量。达到注浆堵水效果。三种不同注浆材料堵水方案比选结果见表1。

DS堵水剂A料（液体材料）与水泥浆按体积比1∶1进行注浆，水泥浆水灰比1∶1，两者混合后初凝时间35 s左右，初凝后迅速终凝，终凝时间50 s左右。DS堵水剂B料（固体材料）与水混合和成面团状时进行抹面封口，终凝时间2 min左右。

3 DS堵水剂堵水施工工艺控制

DS堵水剂隧洞注浆堵水施工工艺流程见图1。

3.1 施工准备

注浆材料：根据出水点围岩情况、出水大小预判所需注浆材料的需用量，提前将材料运至现场。

注浆设备：旭达ZBYS 45/10-15型液压双液注浆机进行注浆，YT 28手提式凿岩机钻孔，耿力Q/YXPJ 001-2007灰浆搅拌机拌合水泥浆。

表1 三种不同注浆材料堵水方案比选结果

图1 DS堵水剂隧洞注浆堵水流程示意图

施工工具：直径42 mm注浆导管、直径42 mm闸阀、管钳、锤子、大号一字平口改锥、麻叶等。

3.2 注浆孔位置选择

注浆孔位置应跟据涌水裂隙的走向、延伸长度、围岩破碎等情况综合考虑。钻孔应选择在围岩完整性较好的岩面上，以减轻下一步抹面封口的难度。钻孔应当与涌水裂隙走向有一定夹角穿过涌水裂隙，将涌水从钻孔中引出来。如钻孔打好后，涌水从钻孔中流出，之前涌水位置涌水量大大减少，则该钻孔为有效钻孔，可用于注浆堵水。能用于注浆堵水的钻孔应当及时安装注浆导管和闸阀开关[2]。注浆导管选用直径42 mm导管，长度根据打眼深度决定，一般比钻孔深度小50 cm。如果钻孔打好后，钻孔中不出水或引水量很小，则该钻孔作废，及时用锚固剂封堵，另选择钻孔位置，重新打眼。

3.3 抹面封口

第一步，抹面封口工作从注浆导管向四周延伸，在注浆导管、闸阀安装完成后，首先要将注浆导管与钻孔之间的缝隙完全封堵。进行导管边缝封堵时，要将钻孔周围破碎岩石全部敲掉，然后将少量麻叶缠在导管上，用改锥和锤子将麻叶敲到注浆管与钻孔之间的缝隙里，最后用DS堵水剂B料进行抹面，直至不再有水流出为止。

第二步，导管边缝封堵完成后，关闭闸阀观察裂隙涌水段岩面的出水情况，记录每一处出水位置。如果出水位置周围围岩完整，打开闸阀减少出水压力后可直接用DS堵水剂B料进行抹面工作，将出水裂隙完全封堵住，直到不再有水流出为止。如果出水位置周围围岩较破碎，则一定要用锤子和改锥将出水口破碎岩石全部敲掉，直到找到一个相对完整的岩面再进行抹面工作。以此重复将所有出水位置全部封堵，以防注浆时漏浆。

第三步，抹面工作全部完成后，关闭闸阀观察整体抹面效果，如果岩面仍有出水，则对出水位置再次进行凿岩抹面工作，以此反复直至抹面后关闭闸阀不再有出水情况或出水量很小。

3.4 注浆

第一，注浆时抹面后的裂隙没有浆液外漏情况或浆液外漏很小。这种情况可持续注浆，并不断观测相邻出水裂隙出水情况是否发生变化，周围岩面有没有出现漏浆等情况。开始注浆一段时间后，停止注浆打开泄压阀，观测泄压阀中出水情况，如泄压阀仍旧出水则关闭泄压阀继续注浆，以上步骤每隔5 min左右重复一次，直到泄压阀中不再出水时注浆结束[3]。注浆结束后保持注浆管闸阀关闭，待第二个工作日打开闸阀查看注浆效果。

第二，注浆时抹面后的裂隙有少量浆液外漏，此时可先单注DS堵水剂A料1 min左右，然后再同时注水泥浆。当浆液外漏有变大趋势时，可短暂停止注浆，大约1 min左右继续注浆，此过程可根据实际情况循环操作。当漏浆处不再漏浆，重复第一种情况下的操作步骤，完成注浆。如果短时间停顿后再次注浆，漏浆情况不减反增，可持续注浆几分钟，然后关闭注浆管闸阀，打开泄压闸阀，用清水清洗注浆管路。注入的材料凝固，大约30 min后，再次注浆，观测浆液外漏情况。如果浆液外漏情况减少，则继续短时间内注浆、停顿、注浆的循环过程，直到情况与第一种情况相同时，按第一种情况的操作完成注浆。如果浆液外漏情况依旧增大，可持续注浆几分钟，观查漏浆情况，如果漏浆严重，达不到注浆效果，则停止注浆，再次进行抹面封口步骤。

第三，如果注浆时浆液大量外漏，相邻节理裂隙出现大量漏浆情况，此时直接停止注浆，清洗注浆管路，然后重新进行抹面封口工作。

以上三种情况在单孔注浆时可能都会出现，并不断变化，因此注浆时应当随时调整注浆方法。特别注意在注浆时，如果需要长时间停止注浆，则一定要清洗注浆管路，以防堵塞。

3.5 收尾工作

注浆完成后，应及时清洗注浆机、灰浆搅拌机，然后切断电源，确保用电安全。收集整理注浆机械、材料、工具并归纳存放。清除施工垃圾和外漏注浆材料，保持隧洞整洁。最后观测当日注浆后岩面出水情况，并做好记录。

4 结语

经过实践，DS堵水剂隧洞注浆堵水整体效果较好，能达到设计堵水要求。但是对于出水裂隙处不同的围岩情况、出水裂隙形式的不同堵水效果也不相同。主要可分为以下两种情况。

第一，涌水裂隙处岩石完整程度好、硬度较大且出水较集中时，注浆效果能达到90%以上，且一次注浆成功后，不会出现反复情况。第二，涌水裂隙处岩石较破碎且出水不集中，表现为岩面多处线状出水或渗水。对于这种出水情况DS堵水剂注浆堵水效果较差，只能达到50%左右，并且堵水完成后过一段时间会有不同程度的反复情况。