小断面隧洞裂隙涌水灌浆封堵施工技术应用

任健伟

中铁五局集团路桥工程有限责任公司，广东 广州 511458

1 工程概况

贵州省贵阳市花溪输水隧洞主洞长7.225km，采用悬臂式挖掘机（非爆破）机械开挖，开挖断面为4.2m×4.1m城门洞型，设有的3个支洞（平洞）、6个施工作业面。隧洞最大埋深为85m，最小埋深为15m，均处于地下水位以下，最大外水头68m。隧洞位于地下水水位线以下，地下岩溶、暗河发育，洞内有各种涌水点。

工程区地表水系发育，区内分布的水库有花溪水库及阿哈湖水库。工程区位于珠江流域与长江流域分水岭带，地势较平缓，河谷较宽浅，丘陵起伏，为溶丘洼地地貌，溶丘最高海拔约为1286m，平原最低海拔约为1100m，地形高差＜100m。由于地形平缓，在低洼或冲沟位置分布有众多山塘。区内小河溪流众多，纵横交错。区内地表水系发育，地下水埋藏浅，普遍埋深为0～30m。强溶蚀风化岩体透水率普遍＞5Lu，岩体透水性为弱透水上带至强透水性；其下部弱溶蚀风化至微风溶蚀风化岩体透水率普遍＜5Lu，岩体透水性弱。

2 裂隙涌水灌浆封堵施工技术

2.1 钻孔施工

施工平台采用简易架管临时搭设，局部位置施工受限可在出渣车辆、开挖设备上，作业平台外侧设置安全防护架并挂网。作业平台简易，一次性搭设完成。受开挖断面狭小限制，钻孔施工可以选择支架式KQD小型潜孔钻机、YT28气腿凿岩机、履带式气动潜孔钻等，钻孔孔径为50～120mm，钻孔深度为100～800cm。钻孔分类主要分为表层孔、浅层孔、分流孔及主灌孔。

（1）表层孔。针对涌水点表层裂缝局部线状流水，渗漏明显的位置，出水量10m3/h，水压较小，出水点集中成股状。在出水区域采取顺水流方向钻孔，孔径为50～80mm，钻孔深度为100～200cm，在钻孔内安装相应孔径的基岩灌浆塞（或者安装钢花管带法兰盘）。

（2）浅层孔。水压较大，出水点不集中的成片漏水，出水量30m3/h。采取在出水点附近钻孔，钻孔数为2～3个，钻孔深度为100～300cm，要求钻孔确定与裂隙水源头连通。在钻孔内安装相应孔径的基岩灌浆塞（或者安装钢花管带法兰盘）[1]。

（3）分流孔、主灌孔。水压较大，出水点明显有裂隙大缺口，出水量100m3/h。采取在出水缺口附近用钻孔，钻孔数为3～5个，孔径为80～110mm，钻孔深度为300～800cm，要求钻孔确定与裂隙水源头连通。在钻孔内安装相应孔径的基岩灌浆塞（或者安装钢花管带法兰盘）。

（4）孔位布置及钻孔。根据涌水点位置进行钻孔数量、角度、深度、孔径等布设，钻孔需一次性成孔，对裂隙出水起到引排作用。如果灌浆时出现裂隙渗漏问题，立即暂停灌浆，同步进行渗水点封堵。①掌子面正前方：沿着掌子面方向和顺着掌子面四周，孔与掌子面呈外插角3°～5°，孔间距为1～1.5m，需根据具体施工情况确定。②边墙、顶拱及底板。钻孔是为了阻水灌浆，主要为浅层阻水孔，根据出水点区域的涌水情况布置钻孔。根据涌水量，钻孔设置分流孔及主灌浆孔，同时选择合适的钻机设备进行钻孔，孔径＞φ50mm。

2.2 安装灌浆（引排）管

灌浆管主要采用铁管及架管，根据钻孔孔径合理、快速选择材料进行制作。根据钻孔类型或孔径、孔深，止浆包用孔口段外包土工布（管外缠绕麻绳）制成，其长度根据压力值调整。孔内距离孔底20～50cm，孔内采用花管。灌浆管均提前安装法兰盘，用于安装阀门。

2.3 裂隙及周边封闭

压水或灌浆过程中新出现的裂隙，则采用能够快速凝结并有一定强度的特殊材料处理。对表层裂隙渗漏进行凿槽嵌缝的处理（槽上宽10cm、下宽15cm，深5cm）。如果仍然存在裂隙渗漏问题，则挂设钢筋网加强封堵，主要用双液法结合水溶性聚氨酯。同时，可以采用锚喷砼对渗流面积大的涌水部位进行封堵。有条件的施工单位可安设钢支撑进一步确保封堵牢固，保证灌浆压力，确保封堵范围，达到更好的封堵效果[2]。

2.4 涌水压力及涌水量测定

灌浆施工前需要对已经引排后集中出水量进行测定，便于指导判定裂隙封堵措施的效果，指导后续灌浆施工，确保灌浆封堵成功率（每一轮灌浆、待凝、检查用时约36h）。

2.5 灌浆

（1）制浆及外加剂、封堵材料的使用。采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥在洞口露天集中制备水泥浆，通过管道泵送至灌浆作业点。在作业点按比例加入膨胀剂、速凝剂、水玻璃、机制砂等外掺剂辅助，再添加化学控制液（阻水专用液），适用于注入量较大及封堵表层裂隙渗漏。在涌水较大、封堵困难的情况下，可以采用高压3SNS灌浆泵、止水针头及单向阀止回浆。其他涉及的材料主要为堵漏王、无水氯化钙、Sika l02止水砂浆（速凝水泥）及水溶性聚氨酯等，可以用于应急封堵灌浆过程中出现的渗漏。

（2）灌浆。阻水灌浆工艺主要为孔口混合灌注，按“先围后堵”的方式进行纯水泥浆液模带（塞）和水泥-化学控制液双液模带（塞）的施工。在灌前进行试压及压水试验，检测岩石表层是否出现渗漏，如出现裂隙渗漏问题，则采用不同级别的水灰比配置的水泥，保证阻水效果。水玻璃双液灌注时，按体积比1∶0.03～1∶0.1控制水泥浆液与化学控制液掺量，添加剂量按照3%～10%的水泥重量，灌浆效果水玻璃掺量不宜过高。

（3）灌浆方法。①灌浆原则。灌浆顺序：灌无水孔→灌出水量小的孔→灌出水量大的孔。灌浆原则按照“先表面封堵，然后浅层封堵，最后分流孔、主灌孔灌浆”进行，即形成约束区，以封堵散水方法限制地下水窜流，集中封堵灌浆。施灌工艺遵循从散状出水段两端逐步向中间靠拢的原则，在灌注顶部孔后灌底部孔。如果封堵裂隙过程中出现新的渗漏出水点，应及时停止封堵灌浆，并浅层灌浆新出现的出水点，处理新的渗漏出水点后再恢复该孔的封堵灌浆工作。②表层孔灌浆。线状、滴状和局部股状渗水是掌子面及边顶拱裂隙渗水的主要形式。如果嵌缝方式无法封堵部分涌水压力较大的表层渗漏，则采取表层灌浆孔措施，严密封堵。灌浆采用水泥灌浆专用液，水泥浆与灌浆专用液的体积比为1∶0.05～1∶0.1，双液孔口混合直接灌注或手提式灌浆泵灌注水溶性聚氨酯，双液灌浆水灰比为0.5∶1，灌浆最大控制压力为0.5MPa。③浅层孔灌浆。为了快速阻水及在表层形成一定厚度的“止水盖重带”，灌浆时采用纯压式的模袋卡塞，灌浆控制压力为0.5MPa。灌注纯水泥浆液至孔内，中途使用双液灌浆需根据具体施工情况，灌浆水灰比为0.5∶1，水泥浆与阻水灌浆专用液的体积比为1∶0.03～1∶0.1，及时封堵表面裂隙，直至该孔灌注作业完成，再进行下一个作业。关闭孔口强行待凝前，需要灌注水泥-化学控制液水泥量达到灌浆10t的限量标准。待凝后打开控制闸阀，如无涌水则孔灌浆完成，即进行下一孔灌浆，仍有涌水则继续灌注[3]。④分流孔、主灌浆孔灌浆。封堵表层和浅层灌浆结束后，汇集分散的涌水至主水孔，再灌注纯水泥浆液，灌入一定水泥量后如果压力和流量没有出现明显变化，则灌注水泥-化学控制液双液，通过单液-双液交替灌注等工艺措施可以明显提升灌注效果，直至该孔灌注结束。在灌注过程中，施工人员需根据流量压力变化调整双液配比，如果灌注双液过程中出现明显的流量降低（小于30L/min）、压力升高情况，则再次灌注纯水泥浆液。

为了控制浅层孔灌浆的施工成本，实际灌浆时可以根据灌前测量的涌水流量调整用量。灌浆压力相比渗水压力大0.3～0.5MPa，根据现场实际情况可以适当加大或减小灌浆压力，一般调整0.5～1.0MPa。

3 裂隙涌水灌浆封堵成果分析

灌浆结束12h后，进行钻孔检查。钻孔主要针对裂隙出水区域走边范围布设，通过钻孔判断灌浆效果，满足要求即可恢复施工。同时，有条件的可以进行压水试验，根据压水透水率分析判断灌浆封堵效果。

4 结束语

在小断面隧洞开挖施工过程中，掌子面容易出现裂隙涌水问题，是施工过程中的难题之一。涌水量小、压力小的情况处理比较容易。涌水量巨大、压力大的情况影响也较大，受空间限制，大型设施无法使用，涌水处理不及时可能造成人员伤亡、隧洞淹没等，从而造成工程项目暂停，后续处理难度大、用时长。涌水对狭小施工工作面产生负面影响，严重制约现场施工进度，亦造成施工成本增加。为此，提出使用高效灌浆封堵施工技术，可以有效减少涌水量，同时增强围岩稳定性，使施工得以快速恢复。