有压引水隧洞岩溶注浆加固处理方案

唐伍一

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130000）

1 工程概况

吉林省中部城市引松供水工程TBM3 施工段位于吉林市永吉县境内岔路河至饮马河之间，线路总体走向由北东向南西，地貌为低山丘陵和相间沟谷。沿线地形起伏，植被较发育，高程范围264.0～484.0m，洞室最大埋深260m。沟谷累计长度约3229m，设计坡度1/4300。根据现场地质素描结果及实际开挖揭露地质情况：TBM3 施工掘进段穿越灰岩地层起止实际桩号为71+131～63+210，总长度7921m，溶蚀现象发育。

2 工程地质

2.1 地形地貌

本段行政区划属吉林市黄榆乡，途径拐脖子沟、小河沿、碱草甸子，线路总体走向由北东向南西，地势东南高西北低。地貌为丘陵及沟谷，山势较陡，山脊岩石裸露，植被不发育，沟谷季节性流水。岩性主要石炭系中下统磨盘山组灰岩，泥盆系中下统碱草甸子-常家街组灰岩。山体走向NE。山、谷交替出现，海拔在270～420m 左右，最高海拔412m，隧洞埋深最低22m。地貌单元按形态为中低山丘陵。

2.2 地层岩性

TBM3 施工段穿越灰岩段（71+131～63+210）岩性主要是石炭系中下统磨盘山组灰岩，泥盆系中下统碱草甸子-常家街组灰岩。在灰岩中局部分布有砂岩及岩脉。

本段根据掘进期间揭露的地质情况，灰岩地层起止实际桩号为71+131～63+210，总长度7921m。溶蚀现象发育，开挖过程中揭露大小溶洞共52 个。其中大型溶洞（>10m）约占10%，中型溶洞（5～10m）约占8%，小型溶洞（2.5～5m）约占12%，溶蚀宽缝（0.5～2.5m 条带状溶蚀）约占33%，溶蚀裂隙（0.1～0.5m 沿裂隙发育）约占12%，溶孔、小溶腔（呈孔状、腔体发育的溶蚀）约占25%。

2.3 地质构造

工作区主要位于在灰岩段。灰岩岩溶较发育，垂直分带性不明显，溶洞多沿沟谷、断层呈北东或南北向分布，洞径大小不一，多充填，沿沟谷地表水发育，多溶洞。

2.4 水文地质

线路区地表水由松花江水系控制，地表水总体由东南向西北、南向北流。该段有两条地表径流，其中石门子河流量较大，河水流量季节变化大。地下水主要靠大气降水补给，枯水期地表径流接受地下水补给，丰水期河水短时补给地下水，地下水以浅循环为主。

该段埋深较浅，岩石主要以弱风化为主，地下水主要以裂隙水为主，位埋深与风化及构造影响程度紧密相连，以网状风化裂隙水及深部块状构造裂隙水为主要形式，在冲沟和低洼地带以泉水形式排泄，靠大气降水入渗补给，水量贫富差异很大，水位、水量随季节变化。

3 岩溶注浆处理设计方案

为满足隧洞衬砌后与岩体联合受力的结构设计要求；保证隧洞衬砌工程质量，确保工程引水运行期间的输水安全，需对灰岩段围岩在隧洞开挖洞径2 倍洞径范围内的溶洞、溶腔、溶蚀裂隙等岩溶进行回填注浆加固处理。

根据工程实际情况，遵循技术先进、科学合理、经济适用的原则，采取多种治理措施。根据岩溶的不同规模及填充情况，注浆加固设计方案如下：

3.1 溶洞

对无填充的溶洞首先采用C20 细石混凝土，在隧洞开挖2倍洞径范围内由远及近进行填充，然后采用水泥浆灌浆加固；

对半填充的溶洞采用水泥砂浆进行填充；

对全填充的溶洞采用水泥浆进行加固。

3.2 溶蚀宽缝、溶蚀裂隙

对无填充的溶蚀裂隙、溶蚀宽缝采用水泥砂浆进行填充；

对半填充及全填充的溶蚀裂隙、溶蚀宽缝采用水泥浆进行加固。

3.3 溶孔、小溶腔

对溶孔、小溶腔采用水泥浆进行加固。

3.4 对出水量较大、水泥-水玻璃双液浆注浆效果差的岩溶出水点，采用水泥浆结合化学浆液进行注浆堵水。

4 施工技术要求

由于所掌握的溶洞尺寸是根据现场地质素描结果及实际开挖揭露地质情况确定的，隧洞具体岩溶情况采用灌浆钻孔钻进时，边钻边探的原则进行。应根据钻探结果及结合设计要求，进行具体分析，采取不同的处理手段及施工工艺和施工顺序进行灌浆加固处理。

灌浆应在衬砌混凝土达70%设计强度后进行。注浆前先进行注浆现场试验，通过现场试验在实际施工中根据具体情况及时调整注浆材料及注浆参数，以获得较好的注浆加固效果。

钻孔孔径不宜小于38mm，孔深按照揭露岩溶现场情况确定，不超过2 倍隧洞开挖直径长度。

浆液的水灰比为0.5 或0.6。

灌浆结束条件：在规定压力下灌浆孔停止吸浆后，延续灌注10 分钟，即可结束灌浆。

灌浆孔完成灌浆后，应使用干硬性水泥砂浆封填密实，孔口压实齐平。

注浆压力控制在0.5MPa～1.0MPa（具体的注浆参数通过现场试验最终确定）。

一旦发现有围岩松动、跑（漏）浆、注浆压力突然骤降等异常情况，应立即停止注浆，查明原因，采取措施后才可恢复注浆。

采用C20 细石混凝土进行回填时，C20 细石混凝土塌落度满足120-180 范围，钻孔插入Φ89 钢管，钻孔布设根据溶洞具体情况确定。

围岩加固灌浆工程质量检查，以测定灌后岩体弹性波波速为主，压水试验透水率为辅。弹性波波速测试宜采用声波法或地震波法。压水试验为单点法。

围岩弹性波波速测试应在该部位灌浆结束14d 后进行。

5 施工过程中重难点及控制措施

5.1 施工过程中遇围岩破碎带、塌腔溶洞、富水区时，回填注浆量较大，长时间无法到达终止注浆压力。如何保证注浆质量、节约项目成本，将是本段施工重点。

解决措施：根据施钻手钻孔时对围岩判断及开挖时实际围岩情况，调整浆液水灰比，按设计量进行注入，同时未达到设计压力，及时通知相关参建单位现场实际查看，并共同制定解决措施。

5.2 根据掘进期间揭露的地质情况，灰岩地层起止实际桩号为71+131～63+210，总长度7921m，开挖过程中已经揭露的溶洞共52 个，但对小河沿、碱草甸子钻爆段及在开挖洞径2 倍洞径内未揭露出的隐伏溶腔、溶洞等未知，对工期、进度计划、施工难度等有较大的影响，如何合理安排灰岩段注浆是本段施工重点。

解决措施：对于已经揭露的溶洞在回填灌浆时直接灌浆处理，对于隐伏溶腔、溶洞等未知段根据施钻手利用固结灌浆钻孔，同时根据现场实际情况，研究采用超声波CT 层析和地质雷达等物探手段进行勘探的可行性，再根据勘探结果确定处理措施。

5.3 本段灌浆施工为小河沿至碱草甸子及碱草甸子至出口，双作业面进行，并且灌浆与主洞衬砌同步施工，因此如何合理组织施工，保证物料运输正常进行，将是本段施工难点。

解决措施：通过了解现场施工组织、施工方法、进度及优缺点，结合施工现场情况及施工条件，通过经济、工期、安全等相关方面一一对比，制定有效解决措施。

6 岩溶注浆施工方案

灰岩段岩溶灌浆施工工艺流程如图1。

图1 灰岩段岩溶灌浆施工工艺流程图

注浆顺序采取由外到内约束－开放型方式，即先注溶洞最外侧后注内侧，分层交替进行，以控制浆液扩散范围，保证注浆效果。

注浆孔采用风钻在台架钻孔，并垂直于衬砌净空面，钻孔直径大于38mm，孔深根据溶腔位置、大小的不同钻孔深度不同，台架如图2。

图2 灌浆台架

本方案主要针对已经给出TBM 掘进过程中揭露的52 个的溶腔、溶洞进行注浆处理，同时结合固结灌浆施工发现的小河沿及碱草甸子钻爆段的溶腔、溶洞和在TBM 施工段开挖洞径2倍洞径内未揭露出的隐伏溶腔、溶洞等，按照本方案进行处理。根据灰岩段岩溶区位置、边界条件及项目实际施工情况、总体工期安排，灰岩段岩溶注浆加固处理施工共分为3 段进行组织。

第一段碱草甸子至出口：该段灰岩段岩溶注浆加固施工与回填、固结灌浆同步施工，主要考虑固结灌浆施工过程中可以发现隐伏溶腔、溶洞，在注浆加固处理时及时进行处理，避免二次组织。同时该段施工要充分考虑正洞衬砌施工条件，要保证不影响正洞衬砌施工前提下进行组织。提前组装两个台架（8m）（底部可以行走机车），前方台架放置两个钻机、空压机、变压器；后方台架放置注浆机、储料罐、制浆机、注浆材料。材料运输及台架移动均通过内燃机车牵引，人员上下班与主洞衬砌施工同步。具体的施工平面示意图见图3。

图3 碱草甸子至出口段灰岩段岩溶注浆施工工艺流程图

第二段小河沿至碱草甸子：该段根据设计院提供的开挖揭露溶洞统计表共有溶腔、溶洞18 个，首先针对已揭露的进行处理，施工过程中要充分利用小河沿竖井进行组织，首先在洞外将注浆设备及注浆材料准备齐全，运输至施工部位。洞内重新拼装注浆台架作为施工平台，在台架左侧放置一台空压机进行供风，在台架右侧放置一台变压器进行供电，采用YT-28 风钻钻孔，孔径不得小于38mm，使用双液注浆机注浆；大部分灰岩段已经完成衬砌，故注浆行走过程中需要重新在已浇筑段铺设电缆，以保证洞内正常供电；采用牵引车+胶轮平板+灌浆台架的运输方式完成灰岩段溶腔溶洞灌浆施工，施工人员从小河沿竖井上下班。小河沿至8#方向施工与上同步。

具体的施工平面示意图见图4。第三段小河沿至8 号工区：该段根据设计院提供的开挖揭露溶洞统计表共有溶腔、溶洞6个，考虑现场实际施工情况，考虑8 号大里程接应段施工完成后，充分利用该段回填、固结灌浆施工时期进行处理。

图4 小河沿至碱草甸子段灰岩段岩溶注浆施工工艺流程图

7 结论

文章主要根据工程现场实际情况，对引水隧洞穿灰岩区开挖揭露的溶洞、溶腔进行注浆加固处理，以满足有压引水隧洞衬砌后与岩体联合受力的结构设计要求；保证隧洞衬砌工程质量，确保工程通水运行期间的输水安全。