支洞控制段涌水处理及预防探讨

刘 朔

(辽宁西北供水有限责任公司，辽宁 铁岭 110000)

1 工程概况

辽西北供水二期工程柴河供水施工三标工程位于辽宁省铁岭市铁岭县境内，合同主体工程为输水隧洞工程、分水点事故检修闸门井工程、铁岭新城区支线出口阀井工程，隧洞全长14556.106m，控制桩号为S21+550.000-S28+550.000、T0+000.000-T7+556.106。本标段输水隧洞工程共分为两部分，第一部分输水隧洞控制桩号为S21+550.000-S28+550.000，长度7000.00m；第二部分为铁岭新城区支线隧洞，交叉点布置在桩号S24+591.968(T0+000.00)处，此部分隧洞控制桩号为T0+000.000-T7+556.106。铁岭新城区支线隧洞出口浅埋段设有150m钢衬，铁岭支线出口布置有75m钢管，其中DN3900钢管5m，DN1800钢管70m，以及检修阀井2座、调流阀室、排气阀井、流量计井各1座。主隧洞共设置两处分水点事故检修闸门井，控制桩号为T0+025.00-T0+034.00、S24+637.601-S24+646.601，深度分别为93m、94m。本工程共布置4条施工支洞，分别为1-9#、2-1#、3-1#、3-2#施工支洞，支洞投影长度分别为838.016m、856.524m、746.704m、447.335m，支洞断面为圆拱直墙型，成洞断面尺寸均为5.0m×5.0m(宽×高)。

3-1#施工支洞掌子面围岩岩性为白云岩，强度中硬到坚硬，节理不发育，多闭合，延伸较短，岩体较完整，3-1#支洞控制段主洞上游掌子面桩号T1+207.2处进行打设钻爆孔时拱顶部位瞬间出现涌水，有一定压力，黄褐色，混浊，此处埋深110m左右，距前期地质勘探f13、f14断层部位100余m，分析前方为构造影响范围，岩体溶蚀，存在一定规模的岩溶水，经综合判定围岩类别为Ⅲ类。由于出水量太大，无法采用流量计进行测量，水位逐渐从掌子面蔓延至桩号T1+370处，涉水区域包括一个避车洞，避车洞面积为75m2，涉水总面积为(1370m-1207.2m)×4.166m+75m2=753.225m2，现场实际测量水位平均深度为0.4m。

通过现场勘察和地质勘察，发现掌子面前方存在溶蚀构造，且该溶蚀构造距离掌子面很近，为了保证现场施工安全，采用先施工1m厚喷射混凝土止浆墙再进行阻水灌浆的涌水处理方案[1]。

2 支洞控制段涌水处理具体措施

2.1 止浆墙施工

在掌子面后方施工1m厚的模筑喷射混凝土止浆墙，止浆墙详见图1。止浆墙与周围岩石采用两排C22长度为1m的锚杆进行锚固，该锚杆入岩0.5m，外露0.5m；止浆墙内设置3层φ8@150×150的钢筋网片，止浆墙施工时，按照既定孔口管位置预埋入止浆墙内，并在孔口管上双排焊接钢板(400mm×400mm)，钢板与钢筋网片要有效连接，以保证孔口管止浆墙连接牢固，孔口管数量为三个，具体位置布置详见图2。

图1 止浆墙示意图

图2 孔口管布置图

2.2 对掌子面前方进行阻水灌浆

2.2.1 钻孔

由于孔口管所埋设位置是掌子面前方空腔位置，利用潜孔钻机通过所埋设的孔口管进行钻设，钻孔平行于洞轴线，钻设至出水时，关闭孔口管末端的阀门，待三个阻水灌浆孔全部打设完成之后，进行阻水灌浆[2]。

2.2.2 制浆

本工程制浆前必须进行制浆材料的称重处理，并确保称重误差控制在5%范围内，对于水泥等固相材料按照重量称量法称重；采用水泥单液浆进行配制，也就是先加水、后加料，再充分拌和，必须对所配置浆液拌和均匀后，再由试验人员检测并记录浆液密度、温度、黏度等参数指标，以这个作为浆液质量控制的基本依据。制浆过程中将水灰比设定为2∶1、1∶1、0.5∶1(重量比)三个比级，所使用的高速搅拌机应确保其转速至少为1200r/min，根据试验所确定的拌和时间为35-50s。

将所拌制而成的拌合料输送至搅拌罐，为确保拌合料性能，应不间断进行浆液的缓慢搅动，同时进行搅拌机内浆液变动情况的监测，只要搅拌机内拌合料充足，就持续进行该批料的拌合。如因特殊原因导致灌浆长时间停顿，在开始灌浆前，必须进行所有设备及输送管路的彻底清洗。

2.2.3 灌浆施工

本工程拟采用“孔口封闭、孔内循环”法的阻水灌浆施工工艺，选用直径Φ50mm的钢管为射浆管，管口距孔底应控制在50cm以内，最大灌浆压力应设定在超出比涌水压力0.5MPa的部分，安装压力表于孔口管处，以进行涌水压力的现场测定。灌浆压力表安装在孔口回浆管路上，并由压力表自动记录仪进行灌浆压力和灌浆量的记录。为稳定灌浆压力，还应在灌浆泵安装空气蓄能器以及适当量程的压力表。

根据阻水灌浆施工经验，每一灌浆段浆液的水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1(重量比)三个比级。每段灌注的水泥浆初始浓度宜为2∶1。按照“由稀到浓”的原则逐渐改变阻水灌浆浆液的浓度并加强施工过程的控制。

当某一比级浆液注入量超过300L，或灌注时间超过30min，但是灌浆压力和注入率并无明显变化，则应该调整水灰比后再灌注浆液；若注入率超出30L/min，则应在施工条件允许下，越级调整水灰比使其快速变浓。在上述调整浆液浓度的过程中，如果出现灌浆压力陡增或注入率陡减，必须查明原因并采取相应措施后，调整至之前的浆液浓度后继续灌注。

在规定的注浆压力下，注入率不超过0.4L/min，则应持续灌浆10min后结束。灌浆结束后，采用0.5∶1的浓浆进行全孔封堵并在最大灌浆压力下闭浆待凝，待凝时间至少24h，待凝结束后，用砂浆封堵密实并抹平孔口。

2.3 灌浆质量检测

2.3.1 压水试验

在灌浆结束3-7d后安排进行阻水灌浆的压水试验质量检查，结束灌浆后，应将灌浆记录以及相关资料上报监理方，并由监理方进行检查孔孔位的检查。本工程采用单点法压水试验方法，所设置的检查孔数按灌浆孔总数5%及以上确定。压水试验段的透水率控制在5.0Lu范围内，若超出该范围，则视为压水试验不合格，应尽快采取监理方指示的措施处理。

2.3.2 检查孔应进行灌浆和封孔

在全部检查孔及所有孔段压水试验均合格的基础上，按0.5MPa的压力通过全孔方式一次灌浆并封孔。就封孔方法而言，检查孔应与普通灌浆孔封孔相同。仔细检查每段浆管，对于质量不合格的浆管立即作报废处理，灌浆封孔检查结束后再进行每段浆管丝扣接设情况的检查，防止由于浆管局部堵塞而导致整个浆管爆裂情况的发生[3]。

2.4 涌水预防措施

在开挖施工过程中，若再出现大量涌水现象，应在设计工程师指导下拟采用以下措施，并经监理工程师批准后实施。

2.4.1 超前预报及超前钻孔排水

为探明前方地质情况，采用水平钻超前钻孔，若发现地下水较活跃且规模较大，必须钻孔放水，防止涌水发生[4]。钻孔应采用轻型探水钻机或凿岩机，钻孔时应当将保护装置设于孔口，有效预防机械和人身事故，加强排水以确保钻孔过程中所排水能及时迅速排出洞外。采用超前钻孔排水方式下，必须在孔底超前开挖面1-2个循环进尺。

2.4.2 超前围岩预注浆法堵水

对于掌子面的开挖过程，可能遇到突水、涌水等现象，上述现象一般出现在岩溶及天然管道带；断层及断层影响带；主次断层交界处；地表补给、洞顶有较大冲沟等特殊地质洞段，而且上述岩层水流还必须符合达西定律的情况下，才有发生涌水、突水等的可能。如果渗水量较大，则必须设置超前注浆以加固掩体，若出现渗水量较大的情况，则进行超前注浆达到掩体加固的目的。按照洞径尺寸的1倍进行掌子面围岩全断面、全封闭的超前预注浆加固处理，并将岩溶前方压力较大、流量也大的地下水彻底阻挡在超前预注浆封闭范围之外，对于周围易坍塌的围岩也应进行加固处理。

应结合施工区域水文地质条件、涌水部位、涌水规模、现有处理能力等进行超前预注浆施工段长度的确定，本工程超前预注浆施工段长度控制在30-50m之间。钻孔及超前预注浆的次序由外而内进行，并以同一圈为一个施工单元间隔进行。注浆使用水泥浆液或水泥-水玻璃浆液[5]。当隧洞埋深超50m，必须通过在开挖面预注浆的方式堵水，否则，则应采用地面注浆。

2.4.3 承压水排放及高压水处理

预计隧洞开挖面如果存在承压水，在排水不对围岩稳定产生不利影响的情况下，应通过超前排水或辅助坑道排水降压后再注浆处理，在辅助坑道预留10-20m且不短于1-2倍掘进循环进尺长度的距离。隧洞承压水处理及开挖过程中，如遇高压水，应先通过排水待地下水压力降低至可接受程度后，再通过注浆法进行涌水的彻底封堵。

3 结 论

综上所述，辽西北供水二期工程柴河供水施工三标工程应在施工开始前，结合地勘文件及设计报告，充分估计地下水变动情势以及可能出现的涌水量，科学合理制定涌水预防及排水方案，并在施工过程中加强涌水情况的观测与记录，综合采取以堵为主，防、截、排、堵相结合的原则，因地制宜综合治理，即确保所选择的治水措施科学合理、经济有效，并能充分保证围岩稳定，保证隧洞初期支护及二次衬砌前，施工现场达到良好的施工条件。