深埋长距离隧洞施工涌水处理技术

张俊文 李久源

摘要：基于隧洞施工地质条件复杂、地下水资源丰富等特点，主要阐述了深埋长距离隧洞施工过程中处理突发涌水的施工方法。提出了将超前帷幕注浆、开挖后注浆、局部注浆及补注浆等施工技术方法相结合的一套涌水处理施工技术。灌浆结果表明：该方法切实可行、经济实用，可有效封堵渗水部位，降低安全风险，保证了工程安全顺利施工。

关键词：隧洞施工;涌水处理;灌浆;深埋长距离隧洞

中图法分类号：TV554

文献标志码：A

文章编号：1006-0081（2020）12-0022-04

1概述

针对地质条件复杂、施工技术难度较大的基础工程施工，尤其是对突发涌水不良地质段的处理，必须提前做好相关处理准备工作，防止出现突发涌水等对工程建设造成严重影响，从而确保施工安全。

GSRQ工程规模为大（1）型，合理使用年限为100a，建筑物等级为I级。根据设计地质资料，该隧洞埋深315～795m，隧洞最大总涌水量为2886m³/h，涌水处理对该工程影响较大。

2涌水处理总体思路

（1）以堵为主、以排为辅、堵排结合。当物探及超前钻孔确定有渗涌水时，监测其水压、流量并估算水量，根据地质、监测水压、流量及水量等情况，确定堵水处理方案，并提前准备好排水设施进行渗涌水处理。

（2）系统超前堵水。根据地质预报和地下水探测结果，对隧洞进行系统超前止水帷幕封堵、局部增加不同深度和角度的随机钻孔，开挖后对零星渗水部位二次堵水。

（3）局部专项处理。在系统超前封堵和隧洞开挖前未进行超前灌浆堵水或已实施了超前灌浆，但又因施工导致渗涌水情况，采取局部专项堵水处理。

3堵水注浆工艺及方法

3.1堵水灌浆工艺原理

在施工过程中，根据渗水部位、渗水量及现场施工情况，采用开挖前超前帷幕注浆、开挖后注浆、局部注浆及补注浆相结合的方式进行堵水灌浆。

3.2超前止水帷幕灌浆

3.2.1超前灌浆施工要求

（1）为确保施工安全，在特殊不良地质洞段，应根据掌子面前方超前地质预报判断的围岩破碎和赋水情况，提出针对性的开挖支护措施及必要的超前处理措施。

（2）超前灌浆根据掌子面前围岩情况可对掌子面前方围岩周圈、周圈局部、部分断面或全断面进行超前灌浆。

（3）超前灌浆施工前，根据设计地质资料和超前地质预报信息，掌握地质情况以及地下水分布部位和特点，采取相应的超前灌浆材料和灌浆工艺。

（4）根据地质、涌水及施工条件等情况，采用以下2种方式设置止浆墙：①当掌子面地质条件较好、涌水量小且压力不大时，选用化学灌浆形成止浆墙;②当掌子面岩层较破碎或已经出现明显集中涌水或化学灌浆制浆墙无法实施时，浇筑混凝土止浆墙。

（5）在止浆墙上采用预埋孔口管，在混凝土浇筑前应在灌浆部位预埋加厚玻璃纤维管，牢固定位，以防混凝土浇筑过程中移动，并做好有效标识。

（6）后续洞段超前灌浆利用前一循环灌浆时的搭接段作为岩体止浆墙。

3.2.2超前灌浆施工准备

（1）孔位布置及深度。超前灌浆孔沿掌子面外围轮廓单排或双排布置，中间均匀布置6～10个钻孔，钻孔深度约7～30m。超前灌浆孔布置见图1。

（2）灌浆材料。选用P.MSR 42.5低碱中抗硫水泥;选用液体硅酸钠型的水玻璃;化学灌浆材料为高分子聚合物。堵水材料适用条件详见表1。

对于出水量较小的孔 （≤5m³/h），采用2：1纯水泥浆灌注，随着注入量增加逐步增加浓度至0.5：1;对于出水量较大的孔（5m³/h<出水量≤100m³/h），采用0.8：1水泥浆掺加10%～25%水玻璃灌注;涌水较大且外漏较严重时采用高分子聚合物进行堵水。

（3）灌浆方法与顺序。灌浆全部采用全孔一次性压力灌浆，并按照“先无水后有水、先小水后大水、先浅层后深层、先两端后中间、先仰拱块后顶拱再边墙”的顺序依次进行灌注。具体可根据出水情况调整灌浆顺序。

3.2.3钻孔施工

（1）根据施工图纸布置孔位标记。

（2）开孔控制：预注浆孔的开孔孔位与设计偏差不得大于10cm。

（3）角度控制：灌浆孔和注浆孔孔底偏差都应不大于1/40孔深。

（4）钻孔设备：TBM段采用100B轻型潜孔钻进行钻孔，孔径为70～90mm。先将TBM后退4～5m，施工人员通过刀盘进人孔（直径55cm）将钻机、脚手架管等材料转运至掌子面。采用脚手架管搭设临时钻孔台架，采用1m的钻杆接钎进行钻孔。

（5）钻孔方式：根据地下水实际情况确定钻孔分段方式。

（6）钻孔结束后进行孔深、孔向、孔位的测试，确定钻孔是否合格，并对已完成钻孔进行加塞保护。

（7）对整个钻孔施工过程进行详细记录（钻孔记录）。

3.2.4超前灌浆施工

（1）灌浆要求。在进行超前灌浆孔灌浆时，若开挖掌子面有渗水，应先对渗水部位进行封堵，封堵方式包括棉纱表面嵌缝、聚氨酯浅层堵漏等，再进行灌浆。

（2）灌浆顺序与灌浆方式为：①灌浆加固过程中，对于无水孔和出水量小的孔及时进行灌注，涌水量大的孔預留作为该部位的分流减压孔，待周边加固完善后再进行封堵。②根据地下水实际情况确定灌浆分段与灌浆方式。

（3）灌浆水灰比。具体根据现场灌浆试验和监理人指示确定。

（4）灌浆压力。具体根据现场灌浆试验和监理人指示确定。

（5）封孔。由于灌浆孔全部镶铸膜袋塞或安装孔口封闭器，使用孔口封闭。

4开挖后渗、涌水处理措施

4.1处理原则

在隧洞开挖后，由于前期未进行超前灌浆堵水，或已实施了超前灌浆，但因刀盘转动导致渗涌水的情况，其总体思路和原则是“预防第一、以堵为主、堵排结合、限量排放，统筹兼顾”。

（1）散状小流量渗水遵循“汇集导流、加强观测、衬砌后灌浆处理”的思路。

（2）股状中流量涌水遵循“表面及侧向有序引排、周边浅层固结、深部灌浆封堵”的思路。

（3）股状大流量突涌水遵循“表面有序引排、深部泄水降压、灌注止浆墙、浅层固结、择机封堵或可控排放”的思路。

（4）由于渗涌水处理施工与隧洞开挖、支护、混凝土衬砌等工序存在施工干扰，在实施治理方案时应统筹兼顾对其他工序的影响，同时考虑整体排水能力以及特殊工况下的施工安全等情况。

4.2处理方法

4.2.1原孔灌浆封堵法

安设灌浆塞，采用纯水泥浆灌注时灌浆压力一般为涌水压力+（0.3～0.8）MPa，采用水泥水玻璃浆液灌注时，灌浆压力一般为涌水压力+（0.5～2.0）mPa，但最高不宜超过3.0mPa。

4.2.2引水分流封堵法

考虑灌浆后仍需要TBM掘进施工，为了防止钢铁硬件造成刀具损坏，孔口管采用厚壁玻璃纤维管埋设，新开的孔作为灌浆孔兼作分流降压，待压力下降后对涌水孔安装止浆塞。灌浆工艺与原孔灌浆封堵法相同。

4.2.3围岩少量散状渗水的处理

当洞壁岩面或初期支护面散状渗水，渗水量较大时，采用局部注浆方案堵水减排，以確保后期衬砌混凝土能顺利施工。

4.2.4隧洞突涌水（泥）的处理

在隧洞开挖施工后涌水、突泥的情况大多出现在掌子面底部、侧墙、顶拱部位，包括未衬砌部位的集中股状渗水。

（1）有序集中引排涌水。底板突涌水时，在涌水点中心部位安装数根大直径过滤花管，根据涌水规模确定花管开眼大小和数量，花管后端采用同直径钢管连接至附近积水坑，然后在涌水点周围用沙袋、黏土堆码确保涌水全部从引水管流至泵站积水坑。如果涌水点高程低于附近的泵站积水坑，则在引水管内安装多级水泵抽排至泵站积水坑。

对于边顶拱的涌水，先采用加厚防雨布将涌水汇集至底板附近，再参照上述方法集中引排。

（2）钻孔泄水降压。深部引排孔的目的是在涌水点的深部截穿地下水进行泄水降压。根据渗水量及压力大小布置泄水孔数量和部位。漏水点围岩较完整时，泄水孔深5～8m;围岩较破碎时，应尽量选择附近相对较完整围岩段钻孔，钻孔2m后埋设孔口管;其中TBM掘进段采用加厚玻璃纤维管埋设，然后继续钻进至富水构造内，此时钻孔深度可增至10～25m，深部引排孔可同时作为后期的集中封堵孔。

（3）加强围岩支护。由于发生突涌水后需要进行灌浆封堵，为确保灌浆时围岩的稳定和封闭，采取周向固结灌浆加固。

（4）表面裂隙封堵。在通过分流减压孔和集中引排孔的分流和减压后，使用速凝嵌缝材料或棉纱等对主裂隙及影响范围内的次生裂隙进行嵌堵。

（5）混凝土浇筑止浆墙。

（6）填充灌浆。系统灌浆前先对涌水突泥形成的空洞进行填充。模袋灌浆中模袋采用丙纶细股纱，其平织密度大、厚道薄、重量轻、强度高。模袋大小及强度根据灌浆需要进行选用。模袋下设时采用细铅丝或麻绳捆绑，捆绑时不折叠模袋，以免影响模袋注浆。

（7）浅层固结灌浆。浅层固结灌浆施工主要是对裂隙发育且破碎的围岩段进行固结，提高围岩的整体性，增加高压灌浆时的岩石盖重，确保后期高压封堵灌浆时不至于围岩失稳破坏。单孔注浆深度为3.0～6.0m，当地层破碎严重无法成孔时，可以采用锚固钻机跟管钻进工艺，跟管直径为108mm。

（8）深部封堵钻孔灌浆。完成上述相关工序后择机进行深部封堵钻孔灌浆，溶洞区域回填后也根据实际情况予以灌浆处理。灌浆孔布置原则为：①钻孔孔位选择涌水点附近较完整的基岩段，深度一般为10～20m;钻孔角度尽可能与裂隙在深部相交;钻孔直径40～110mm。②钻孔数量根据涌水规模及实际地质情况综合确定，一般要确保在涌水点附近10m范围内布置适量的钻孔。③钻孔一般采用冲击回转钻进，但是地层破碎无法成孔时需采用跟管钻进工艺。钻孔施工顺序为由上至下，由外圈到内圈，分序加密。④根据地层特点和涌水量大小，综合选用液压栓塞、机械栓塞、封孔膜袋栓塞、预埋孔口管等方法进行孔口封闭。⑤一次性钻至设计深度的采用全孔一次性灌浆。⑥灌浆加固过程中，对于无水孔和出水量小的孔及时进行灌注，涌水量大的孔预留作为该部位的分流减压孔，待周边加固完善后再进行封堵。⑦渗水量较小且分散，采用普通水泥浆由稀至浓逐级灌注;渗水量较大且集中，采用双液浆，掺加量逐渐增加;表面渗漏严重无法封堵时，可增设表层浅孔灌注聚氨酯;地下水流速过快时，聚氨酯和水泥水玻璃双液灌浆;大型裂缝或溶腔，采用模袋灌浆工艺结合灌注砂浆或浇筑不分散混凝土。⑧其他灌浆工艺参考超前止水帷幕灌浆相关要求。

4.3灌浆效果

堵水灌浆完毕后，在突水点中间部位或可能存在渗水隐患的部位布设3个探水检查孔，探测孔深度比系统灌浆孔小1～2m，若单孔出水量满足设计要求可不进行处理;若还存在较大渗水，则再结合前期的钻孔灌浆情况有针对性地随机加密钻孔和灌浆封堵，直至封堵满足要求。

5结语

TBM施工采用以堵为主、以排为辅、堵排结合，系统超前堵水，局部专项处理的涌水处理方法。该方法可有效处置突发涌水，降低安全风险，保证工程安全顺利施工。

（编辑：李晓濛）