某隧道涌水处理技术研究及应用

陈稳科

(中国葛洲坝集团建设工程有限公司，云南 昆明 650217)

0 引言

涌水是水电站的进场公路隧道、引水隧洞等施工中常见的水文地质现象，大量的涌水会造成施工人员被困，给工程施工带来困难，甚至引发严重安全事故，给后续工程运行带来一定的安全隐患。隧道涌水受水压力、气候(降水)条件、地质构造、地应力、岩体结构及施工扰动等诸多因素的影响。在涌水处理方面，已总结出许多施工方法，而岩溶地下水具有不均一性，涌水成因复杂，各个工程处理方案也不尽相同，处理效果各异。

本文以四川某隧道作为工程实例，分析其涌水原因，采用堵水和排水相结合的措施，进行点面统筹处理，利用水泥—水玻璃双浆液进行压浆固结，达到快速截断涌水通道的目的。灌浆后出水点如仍有少量水流渗出，则将渗水引至中央排水沟，确保隧道表面干燥，保证隧道施工及运行安全。

1 涌水情况

该隧道地处四川沉降盆地与龙门山，受龙门山断裂带影响，洞身围岩节理裂隙发育，隧道部分段落地下水丰富，出现中小规模的涌突水几率较大。

该隧道出口段在掘进至K7+485时，在右侧壁约2 m高处出现一个直径约20 cm的涌水点，涌水流量170 m3/h左右。随着隧道的掘进，涌水点又出现在K7+445隧道底面左侧仰拱处，涌水直径约25 cm，涌水流量约200 m3/h，原K7+485涌水点停止涌水。当隧道继续向前掘进2.5 m，至K7+442.5时，涌水点又向前移动2.2 m，出现在掌子面前左下角边墙部位K7+442.8处，涌水流量约220 m3/h。隧道掘进贯通后，涌水点固定在K7+442.8处，暴雨天气时该点涌水流量可达900 m3/h以上。

2 涌水原因分析

经勘查分析，导致涌水现象的原因主要包括三个方面：①工程地质复杂。该隧道岩性基本为砂岩、粉砂岩、砂质泥岩为主，节理裂隙发育，层间结合差。隧道K7+485～K7+442段洞身周围岩溶较发育，爆破开挖后封堵岩层暴露，便形成突水；②通过涌水点连续变化的观察，判断来水方向在隧道左侧后方。该涌水水源为较大的地下潜水、山体裂隙水并且与大气降水相通，涌水通道与山体外表面相通，受暴雨影响，涌水流量突变；③施工原因。在施工中对溶洞、突水问题不够重视，施工过程没有进行隧道侧壁及拱脚处的超前钻探、红外探水、超前注浆等防突水措施。

3 处理措施

隧道涌水处理方式主要有截水法、排水法和止水法，遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则。

隧道涌水处理要考虑施工现场地形、地貌、水文、气象和地质等因素。根据该隧道涌水情况分析，选择采用堵水和排水相结合的措施。在K7+442.8处左边墙脚部位、K7+445左侧仰拱中部、K7+448左侧底板等有涌水点的部位利用水泥—水玻璃双浆液进行压浆固结，提高岩体的整体性及弹性模量值，达到截断涌水通道的目的。灌浆后出水点如仍有水流出，则选用内径为100～150 mm的PVC管，将渗水引至中央排水沟。

涌水处理主要包括灌浆封堵施工和引水管安装施工，具体施工工艺流程如图1所示。

图1 涌水处理施工工艺流程图

4 灌浆参数选择

灌浆参数主要包括钻孔间距、钻孔直径、灌浆材料和灌浆压力。

1)钻孔间距按1 000 mm，梅花型布置。

2)钻孔直径按150 mm，孔深5.0 m。

3)灌浆材料选取可灌性强、凝结时间可调、无毒、价格便宜、结石强度高的水泥—水玻璃双浆液，该灌浆材料以水泥和水玻璃作为主剂，性能取决于水泥浆的水灰比、水玻璃模数和浓度。试验表明，该灌浆材料在同等条件下，水玻璃模数较大，水泥浆浓度较高，水玻璃浓度较小，凝结时间缩短，结石强度高；反之亦然。

结合试验成果，该隧道在涌水处理时选用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，水灰比W：C在1：1～0.5：1之间。水玻璃模数在2.4～3.2之间，浓度为35 Be，水玻璃与水泥体积比为0.8：1。

4)灌浆压力：根据测试水压，灌浆最终压力为水压的2～3倍。

5 灌浆封堵施工工艺流程

灌浆施工工艺流程为：施工准备→孔位放样→固结灌浆钻孔→孔壁冲洗→孔口阻塞→裂隙冲洗→压水实验→灌浆→封孔→质量检查。

5.1 施工准备

灌浆施工准备主要包括以下四个方面：

1)浇筑K7+438.8～K7+452段左侧仰拱作为灌浆压重混凝土，混凝土龄期达到7 d以上；

2)施工电源、水源引至灌浆点；

3)水泥、水玻璃、细砂、水等材料及钻孔、制浆、灌浆等设备准备到位；

4)布置并标记出各灌浆孔的位置，如图2和图3所示。

图2 隧道底板灌浆平面布置图

图3 隧道拱脚灌浆平面布置图

5.2 钻孔

固结灌浆孔位布置按图示进行。所有钻孔统一编号，并注明施工次序。固结灌浆孔钻孔按先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔的原则进行，利用孔径为150 mm的潜孔钻机进行成孔，孔深为5 m。钻孔时钻机安装平整稳固，保证钻孔垂直度且孔底偏差不大于1/40的孔深。

5.3 冲洗及压水试验

钻孔至设计深度后，采用大流量压力水脉动方式进行孔壁冲洗与裂隙冲洗，直至回水澄清并延续10 min结束，冲洗水压力为灌浆压力的80%，读值若大于1 MPa时，采用1 MPa。冲洗结束后，选择有代表性的孔段进行压水试验(试验孔数不小于总孔数的5%)，压水试验采用单点法，压水压力为灌浆压力的80%。

5.4 制浆

采用YJ-200双层搅拌桶。浆液采用P.O.42.5的普通硅酸盐水泥拌制，掺入水玻璃掺合剂，双液体积比(C：S)为1：0.8，制浆用水符合拌制混凝土用水标准。

制浆要求：制浆材料称量误差小于5%，浆液搅拌均匀并测定密度，制浆能力与灌浆速度相适应，匀速连续制浆。

5.5 灌浆施工

1)灌浆方法：灌浆泵采用双液灌浆泵，分序进行，采用全孔一次灌浆法灌浆。为防止混凝土面抬动，原则上采用一泵灌一孔。孔口利用机械栓塞加压封孔，孔内循环灌浆方法，整个灌浆过程采用手工记录。

2)灌浆压力：固结灌浆压力Ⅰ序孔采用0.1～0.3 MPa，Ⅱ序孔采用0.1～0.4 MPa。施灌过程中可根据压水试验成果调整灌浆压力，灌浆最终压力为水压力的2～3倍。

3)灌浆浆液：灌浆浆液水灰比采用1：1、0.8：1、0.6：1 和 0.5：1 这四个比级，固结压浆遵循“先稀后浓”的灌浆原则。

5.6 特殊情况处理

1)灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，应根据具体情况采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。

2)灌浆过程中发生串浆，如串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆，应一泵灌一孔；否则应将串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。

3)孔口有涌水的灌浆孔段，在灌浆前应测记涌水压力和涌水量，根据涌水情况可选用高压、浓浆结束、屏浆、闭浆、纯压式灌浆、掺加速凝剂、待凝、压力灌浆封孔措施处理。灌浆结束时采取屏浆措施，屏浆时间不少于1 h；闭浆待凝时间不少于48 h。

4)遇有大量耗浆孔段时，首先应降低灌浆压力，采用浓浆，减少并限制其注入率，并视耗浆量情况，采用浆液中掺中、细砂，速凝剂等。待该段耗灰量超过3 t/段，仍不见压力回升，地面又无漏浆的迹象，则应停止灌浆，待凝24 h后复灌。复灌时注入率逐渐减少，则应灌至正常结束。

5)灌浆过程中，若回浆变浓，应该稀释后继续灌注；若仍然无效，再改较稀的新浆灌注；若回浆仍然变浓，延续灌注30 min，即可结束灌浆。

5.7 封孔

当进浆量达到60～100 L/min及灌浆压力达到终压，且稳定10 min时，可终止灌浆。灌浆结束后，采用水灰比为0.5：1浆液置换孔内清浆，然后纯压灌注10 min，结束封孔。

6 引水管安装施工

灌浆后出水点比较分散，如果出水点仍有少量水流出，根据流量大小，选用直径为100～150 mm PVC管，将涌水引至中心排水沟排出。出水口设置锁口，锁口的大小根据排水管的直径确定，以防止孔口被水流扩大，且有利于同PVC管衔接、PVC管出口处，增加一道检查井。引水管安装示意图如图4所示。

图4 引水管安装示意图

7 结语

通过对隧道涌水处理技术研究，采用排、堵相结合的隧道涌水处理方法，选取合理的水泥—水玻璃配合比，现场实施过程中，加强灌浆施工质量控制，增强了隧道抗渗能力，保证了隧道运行后车辆通行的安全。

该隧道涌水处理历时8 d，水泥用量29.6 t，水玻璃用量28.8 t。施工结束2个月之后进行表面检查，涌水点处没有渗水，压浆固结周围表面干燥，隧道中央排水管排水量明显减少，说明此方法有效。