小洞径隧洞TBM不停机应急灌浆堵水施工研究

彭花珍

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

0 引言

随着我国基础设施建设的不断发展，采用“TBM全断面掘进机”的长隧洞越来越多。山西省水利建筑工程局承建的“东山供水十一标TBM 隧洞工程”全长约15.4 km，在隧洞施工约9.6 km 时，洞内富水段出现大量渗涌水，严重影响工程项目的推进，布置传统固结灌浆堵漏设备进行堵水施工，由于设备尺寸较大，洞内出渣运输火车不能通行，TBM 将被迫停机。在此情况下，加大了强排力度，洞内积水得到有效缓解，施工基本正常，此时洞内可利用空间已满、供电设备负荷已最大，但是随着工程的进展，新揭露的富水洞段继续增加，大量的渗水涌入，隧洞施工约13.0 km 时，经测量洞内积水流量每小时约800 m3/h，工程再次陷入困局，制定切实可行的隧洞堵水方案迫在眉睫。基于以上原因认真总结传统灌浆的不足，并结合本工程具体实际情况，总结形成一套TBM 小洞径不停机灌浆堵水的施工方法，具有TBM 作业下不停机堵漏、受作业空间影响较小、所用设备小型化利于运输布置、动力设备选择具有灵活性的特点。

1 工艺原理

TBM 隧洞小洞径不停机应急灌浆堵水施工是利用机械的高压动力（化学灌浆机）将高分子弹性堵漏剂、水性聚氨酯、油性聚氨酯按照2∶1∶1 的比例化灌材料注入漏水的安装孔和拼装缝中，当浆液遇到混凝土裂缝中的水分，会迅速发散、乳化、膨胀、固结，这样固结的弹性体填充混凝土所有裂缝，使得衬砌管片形成一个封闭的整体，将岩石中的渗水挡在衬砌管片之外，从而达到堵漏，最终达到减少洞内积水量的目的。

2 施工步骤及工艺流程

灌浆堵水分两步进行，第一步预制混凝土管片涌水安装孔堵水施工；第二步预制混凝土拼装缝漏水处理。

2.1 预制混凝土管片涌水安装孔堵水施工

2.1.1 施工工艺流程

搭设移动作业平台→清理安装孔（凿除安装孔封孔砂浆）→安装多孔灌浆咀→灌注发泡堵漏材料→CK 微膨胀砂浆修复。

2.1.2 操作要点

1）搭设移动作业平台

在隧洞一侧利用输水管，搭设移动作业平台。弯制Φ20 钢筋一端成圆弧形，圆弧直径大于输水管道直径，另一端向下弯制90°支腿，宽、高度适空间而定（不影响隧洞内运输火车通行），弯制数根，将弯制好的钢筋圆弧端挂至输水管上，另一端支腿支地。一排挂制数根，支腿横向利用钢筋连接，钢丝绑扎，上面铺上木板即可（图1）。

2）清理安装孔（凿除安装孔封孔砂浆）

清理安装孔分为两种情况，一种是安装孔内冒水量较大，未进行CK 砂浆（由水泥、砂子、锚固剂、水、减水剂等按试验配合比搅拌而成）封孔的，只需清理孔内、外杂物，将其清洗干净，做凿毛处理。

另一种，已使用CK 砂浆封孔，但由于各种原因，为能封闭严密，仍有渗流的，需将其封孔砂浆凿除，表面做凿毛处理。

3）安装灌浆咀

灌浆咀为自己特制的多孔灌浆咀（如图2），分为上下两部分，下部由外直径Φ45、内直径Φ38 mm、长260 mm 的钢管和一个阀门组成；上部主干和下部类似，只是多了四根直径Φ14 mm、长10 mm 的灌浆导管和与下部链接的丝扣。下部为一孔一个，上部可重复使用。

图1 移动作业平台

图2 自制多孔灌浆咀

安装灌浆咀，是将灌浆咀的下部插入已经清理凿毛的安装孔内，周围利用防水堵漏剂（水不漏）将其固定封堵。使漏水暂时由灌浆咀导出。

4）灌注发泡堵漏材料

化学灌浆方式为纯压式（即一次把料液压入孔中，料液单向从泵机向孔中流动的一种灌浆方式），压送浆液的方式为泵压式（即用灌浆泵压送浆液）。

（1）灌浆咀安装完毕，待防水堵漏剂（水不漏）粘结强度达到要求后（即四台化学注浆机同时注浆，压力都达到现场试验确定的压力值0.35 MPa 时，多孔灌浆咀不被顶出破坏，经现场试验需待凝时间不小于4 h），将灌浆咀上部利用丝扣与下部阀门连接在一起。

（2）安装化学灌浆设备，将四支直径Φ13 mm 的注浆针头插入灌浆导管孔内，旋转注浆针头，使其头部橡胶塞挤压膨胀，与灌浆导管挤压密实。

然后，将安装好的化学注浆针头与化学注浆机连接在一起，根据漏水量的大小，可选择单台或多台同时灌注，关闭灌浆咀上部阀门。

（3）配置灌浆材料，将高分子弹性堵漏剂、水性聚氨酯、油性聚氨酯按照2∶1∶1 的比例倒入单台或多台化学注浆机料筒内，开启化学注浆机进行灌注。

当多台化学注浆机灌注时，压力需都达到0.35 MPa以上时（经现场试验确定），可停止注浆，更换另一位置继续进行。

5）CK 微膨胀砂浆修复

灌浆结束10 天注入的灌浆材料可完全凝结（现场试验确定）。此时，可用敲击工具如锤子等，将灌浆咀及周围防水堵漏剂（水不漏）清除。使用CK 微膨胀砂浆把安装孔封堵密实，表面抹光压平。

2.2 预制混凝土拼装缝漏水处理

洞壁岩石裂隙发育是随机不可透视的，在大量涌水堵漏之后，可能会有一部分水从管片拼装缝中渗流出来，出现这种情况，需对拼装缝进一步做化学灌浆处理。

2.2.1 施工工艺流程

确定漏水点→设置截水点→钻孔并安装化学注浆针头及导流管→清理渗漏基面→灌注发泡堵漏材料→拆除化学注浆针头并修复管片缝。

2.2.2 操作要点

1）确定漏水点

观察确定管片拼装缝漏水点的真实部位。

2）设置截水点

根据确定的管片拼装缝漏水点情况，设定截流点（即为截断控制漏水而做的断点）。截水点应设定在漏水区域的两侧，管片拼装缝无破损处，钻骑缝孔插入截流棒（如图3所示）。A 点为环缝漏水点，B 点为纵缝漏水点，在漏水点上下、左右管片缝各钻骑缝孔2 个，孔径Φ14 mm，深度为管片厚度，清除孔内灰尘，安装直径为Φ13 mm 截流棒（木制圆棒）。

3）钻孔并安装化学注浆针头及导流管

化学灌浆方式为纯压式，顺序由下而上一次灌注。

以图3中A 漏水点为例，应在下方截流点内侧钻孔安装化学注浆针头，上方截流点内侧开槽埋设导流铝管，利用防水堵漏剂（水不漏）封堵管片拼装缝后，水流暂时由此导出。钻孔、开槽位置应与截流点保持一定距离，保证截流点不被损坏即可。

具体操作，在P 点处钻孔，孔径Φ14 mm，安装Φ13 mm 的化学注浆针头备用。在G 点处开“A”型槽（比别的槽型，施工方便快捷、简单实用），槽深50 mm、宽50 mm、长度视现场情况而定（例如:遇破损处，开槽长度应大于或等于破损长度，以便破损处修复）。埋设孔径Φ8 mm、长度根据开槽长度要求外露50 mm的铝管，为导流管。

图3 截水点的布置

4）清理渗漏基面

沿管片拼装缝用小圆钢刷清理采用防水堵漏剂（水不漏）封堵上下或左右截水点之间的拼装缝。拼装缝要求填充密实，表面平整，保证管片外观质量。

5）灌注发泡堵漏材料

化学灌浆压送浆液的方式为泵压式（即用灌浆泵压送浆液）。

防水堵漏剂（水不漏）封堵的拼装缝粘结强度达到要求后（即化学注浆机注浆压力达到现场试验确定的压力值0.35 MPa 时，封堵的拼装缝不被破坏，经现场试验需待凝时间不小于4 h），将安装好的化学注浆针头与注浆机连接在一起。

材料配置，将高分子弹性堵漏剂、水性聚氨酯、油性聚氨酯按照2∶1∶1 的比例倒入注浆机料筒内，启动注浆机进行灌注。待导流铝管出料后封闭（用手钳用力夹住挤压封闭），压力到达0.35 MPa（经现场试验确定）时，可停止注浆，更换另一位置继续进行。

如遇个别位置出现返漏现象，应进行二次或多次注浆，以确保质量。

6）拆除化学注浆针头并修复管片缝

灌浆结束10 天注入的灌浆材料可完全凝结（现场试验确定）。此时，可用敲击工具如锤子等，将化学注浆针头及导流管去除，然后用防水堵漏剂（水不漏）抹平即可。

3 材料与设备

3.1 主要材料

上述化学灌浆类别为聚氨酯类，主要材料为高分子弹性堵漏剂、水性聚氨酯、油性聚氨酯、防水堵漏剂（水不漏）、CK 微膨胀砂浆等。

3.2 设备

本工法中使用的主要设备及器具见表1。

4 质量控制

4.1 原材料质量控制

高分子弹性堵漏剂和水、油性聚氨酯等材料应有产品合格证、说明书和技术报告，经现场抽样检验合格后方可使用，绝不使用伪劣产品。

表1 主要设备器具

防水堵漏剂（水不漏）产品必须有厂家的“出厂试验报告书”，工地按相关规范进行抽检，经检验合格后方可用于施工。

4.2 施工工艺质量控制

切实做好工程施工前的准备工作，施工员、技术骨干必须熟悉并掌握施工规范、规程和技术标准，领会设计意图，确保施工质量优良。

加强施工中的质量控制和检查工作。

认真做好各工种与工序、工序与工序之间的自检、互检交检工作，并做好记录，实行工序交接传递制度，对达不到合格标准的工序，不得进入下道工序施工。

加强技术资料的同步性，各工种管理人员管理人员对各种施工资料的管理和收集、确保工程资料的完整和准确。

在施工过程中质检人员发现有严重违反技术规范、规程和质量问题时，有权当场制止和限期纠正或处理。

4.3 质量检查

采用表面观察法达到不渗、不漏即为合格。

5 结论

采用了该施工方法在山西晋中东山供水9#隧洞部分出水较大洞段进行了堵水施工，洞内积水流量降至500 m3/h，改善了作业环境，工程得已顺利推进，实现了不停机状态堵水施工，降低了工程施工成本，加快了施工进度，保障了施工安全，为隧洞的顺利贯通奠定了基础。