馮國軍　沈繼承　馮辰晨

(1.遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站， 遼寧 沈陽　110003;2.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽　110003;3.遼寧華寧招標(biāo)代理有限公司， 遼寧 沈陽　110002)

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大伙房輸水(二期)工程隧洞涌水阻水措施

馮國軍1沈繼承2馮辰晨3

(1.遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站， 遼寧 沈陽110003;2.遼寧省水利廳，遼寧 沈陽110003;3.遼寧華寧招標(biāo)代理有限公司， 遼寧 沈陽110002)

大伙房輸水(二期)工程8號隧洞在開挖過程中，掌子面出現(xiàn)大量涌水情況，建設(shè)單位經(jīng)過多方案比選，采取了超前灌漿、混凝土多層壓重和阻水灌漿等多措施結(jié)合的方案，歷時四個多月完成了涌水?dāng)嗝嬷顾幚怼?/p>

大伙房輸水工程； 涌水； 處理

1　工程簡介

大伙房水庫輸水(二期)工程是由大伙房水庫向遼寧省撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦和大連等七座城市輸水的一項(xiàng)大型輸水工程。工程由取水頭部、輸水遂洞、輸水管線、配水站、加壓泵站等建筑物組成。輸水隧洞為有壓洞，圓形斷面，洞徑6m，從取水頭部到劉山出口，全段總長為28.95km。輸水隧洞段以后為輸水管線，全長231.367km。

2　阻水方案選定

2.1掌子面涌水情況

8號支洞是(二期)工程隧洞的一個支洞，自開挖掘進(jìn)以來，上游掌子面在當(dāng)年4月18日掘進(jìn)時出現(xiàn)較大涌水，5月11日完成積水抽排、阻水灌漿、超前探孔作業(yè)并恢復(fù)開挖掘進(jìn)；5月20日掘進(jìn)時掌子面再次出現(xiàn)較大涌水，6月8日完成阻水灌漿后，分別在掌子面拱頂及左右拱腰部位鉆進(jìn)3個20～25m深超前探孔，確認(rèn)孔內(nèi)無水后恢復(fù)掌子面開挖；6月9日樁號38+792斷面爆破后發(fā)生大規(guī)模涌水，隧洞開挖掘進(jìn)停止施工，上游已開挖洞段2000m內(nèi)積水快速上漲，施工單位立即組織現(xiàn)場人員撤離洞內(nèi)施工設(shè)備，同時布設(shè)2臺37kW潛水泵(流量Q=50m3/h，揚(yáng)程H=40m)接力布設(shè)不間斷抽排洞內(nèi)積水，但由于涌水量大，水位上漲快，抽水效果不佳。6月24日又增加3臺大流量高揚(yáng)程水泵及電纜(185×3+95×1)700m，增加兩道抽排水管路(φ150mm)，在主支洞交叉部位安裝兩臺55kW污水潛水泵(Q=160m3/h，H=100m)，由洞內(nèi)向洞外抽排水。洞內(nèi)積水降低后現(xiàn)場查看，洞室拱腳部位揭露兩處出水點(diǎn)，呈泉涌狀。

2.2阻水方案選定

2.2.1阻水灌漿方案

針對拱腳部位泉涌狀出水，施工單位開始采用阻水灌漿方案，多次對出水點(diǎn)進(jìn)行阻水灌漿，但都無法封堵出水點(diǎn)。

2.2.2薄層混凝土壓重方案

單一的阻水灌漿方案不可行后，施工單位又采用了在出水部位預(yù)埋灌漿排水管路并澆筑1.0m厚混凝土壓蓋以封堵出水點(diǎn)，壓蓋混凝土強(qiáng)度上升后通過預(yù)埋載管灌漿，但在灌漿過程中，混凝土壓蓋出現(xiàn)抬動并產(chǎn)生縱橫方向的裂縫，阻水灌漿效果較差。

2.2.3阻水灌漿結(jié)合多層混凝土壓重方案

在阻水灌漿和薄層壓重方案效果均不理想情況下，參建各方請專家多方論證后，確定阻水灌漿結(jié)合多層混凝土壓重方案，方案總體思路為：從掌子面后退15m范圍洞室進(jìn)行徑向固結(jié)灌漿補(bǔ)強(qiáng)，而后沿出水側(cè)洞壁布設(shè)定向鉆孔并預(yù)埋孔口管進(jìn)行分流泄壓，同時對前期已澆筑壓蓋混凝土端頭部位進(jìn)行人工清理呈齒槽狀，洞內(nèi)涌水采取預(yù)埋灌漿排水管路引排，距掌子面7m隧洞軸線范圍分三層呈臺階狀澆筑C30混凝土作為壓蓋，壓蓋混凝土滿足強(qiáng)度后對涌水部位通過預(yù)埋的灌漿排水管路進(jìn)行封堵灌漿處理，出水側(cè)洞壁布設(shè)定向鉆孔作為備用灌漿孔，涌水部位封堵灌漿處理，經(jīng)聯(lián)合檢查合格后，挖除或爆破拆除壓蓋混凝土再向上游方向開挖掘進(jìn)。

3　方案實(shí)施

3.1固結(jié)灌漿施工

對樁號38+807～38+792段洞室進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，固結(jié)灌漿孔環(huán)距為1.5m，每環(huán)按照36°范圍垂直均布在隧洞初期支護(hù)斷面上(圖1)，灌漿孔每環(huán)間隔1.5m，共11環(huán)，梅花形布置，灌漿孔徑向深入洞壁圍巖5m，孔徑42mm(圖2)；采用3SNS型灌漿泵配JJS-2B型漿液攪拌機(jī)連接循環(huán)式灌漿管路進(jìn)行固結(jié)灌漿，HT-2型灌漿自動記錄儀監(jiān)控。

圖1　樁號38+807～38+792洞室段固結(jié)灌漿孔位

圖2　樁號38+807～38+792洞室段固結(jié)灌漿孔位展開

3.2排水孔施工

樁號38+807～38+792段洞室固結(jié)灌漿結(jié)束后，采用ZGYX410型液壓鉆機(jī)由樁號38+807位置向掌子面方向，以2.0m間距沿洞壁向出水點(diǎn)方向斜向前鉆孔并埋設(shè)孔口管，孔徑90mm，孔向與洞壁呈30°夾角斜交，豎向以10°豎直角間隔交錯(圖3)，孔口距洞室底板齒槽底部1.25m，孔深以切入出水部位的源頭直至鉆孔出水為止(圖4)；孔口安裝φ80焊接鋼管(δ=4mm)作為孔口管進(jìn)行封閉，后期作為阻水灌漿孔和排氣孔使用。套管尾端配套安裝閘閥控制，涌水經(jīng)由孔口管接引至附近布設(shè)的排水溝或永久集水坑內(nèi)。

圖3　樁號38+807～38+792洞室段定向孔橫剖面

圖4　樁號38+807～38+792洞室段定向孔平面

3.3混凝土壓重施工

人工清理掌子面前8m范圍已澆筑壓蓋混凝土，將7月3日所澆筑原混凝土蓋板表面雜物清除沖洗干凈；距掌子面8m位置采用人工清理基礎(chǔ)至基巖，形成齒槽狀，采用磚砌筑1.0m厚的墻體作混凝土澆筑擋頭模板，磚墻高出隧洞設(shè)計(jì)底板開挖線2.5m，先前掌子面灌漿鉆孔及出水部位鉆孔均安裝φ100套管將水引排至砌墻范圍之外。在掌子面與磚墻間滿倉澆筑混凝土作為第一層蓋板混凝土，澆筑高度與磚墻頂面平；在第一層混凝土蓋板距掌子面4.0m處安裝擋頭鋼模板澆筑第二層蓋板混凝土，澆筑高度2.0m；在第二層混凝土蓋板上距掌子面2.0m處安裝擋頭鋼模板澆筑第三層蓋板混凝土，澆筑高度至洞頂，將掌子面外露部分全部封閉(圖5)；蓋板混凝土澆筑過程中保證鉆孔及出水部位鉆孔接引至墻外的套管穩(wěn)定，同時在出水側(cè)洞壁布鉆的定向孔口套管并引至蓋板混凝土體外；待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后(≥75%設(shè)計(jì)強(qiáng)度)，套管尾端安裝的閘閥逐孔關(guān)閉，進(jìn)行封堵灌漿處理。蓋板混凝土標(biāo)號為C30，考慮洞室斷面存在超挖，混凝土澆筑前應(yīng)充分考慮混凝土用量，為防止后期灌漿過程中蓋板混凝土產(chǎn)生裂縫，在底層混凝土蓋板頂面及中層混凝土蓋板頂面10cm處各鋪設(shè)一層20cm×20cm的φ8鋼筋網(wǎng)片(見圖6)。

圖5　樁號38+799～38+792洞室段混凝土蓋板澆筑橫剖面

3.4洞內(nèi)抽排水

封堵灌漿和后續(xù)開挖掘進(jìn)過程中加強(qiáng)抽水，洞內(nèi)共配備4臺污水潛水泵，分為兩道管線(兩道φ150和兩道φ100)向洞外抽水，其中兩臺55kW污水潛水泵(Q=160m3/h，H=100m)布設(shè)于主支洞交叉部位，兩臺37kW潛水泵(流量Q=50m3/h，揚(yáng)程H=40m)接力抽排，不間斷抽排洞內(nèi)積水以控制其上漲，避免積水影響封堵灌漿和開挖掘進(jìn)施工。一臺55kW污水潛水泵(Q=160m3/h，H=100m)作為備用和替換。

圖6　 樁號38+799～38+792洞室段混凝土蓋板澆筑縱剖面

3.5灌漿處理

隧洞封堵灌漿施工工藝及灌漿系統(tǒng)施工布置分別如圖7和圖8所示。

圖7　隧洞止水灌漿施工工藝流程

圖8　灌漿系統(tǒng)施工布置

3.5.1灌漿設(shè)備

a.制漿設(shè)備：ZJ-800型高速制漿機(jī)，轉(zhuǎn)速1200～1600r/min，漿液攪拌時間不少于30s。

b.灌漿設(shè)備：采用3SNS型三柱塞灌漿泵，排量不小于100L/min，滿足要求。

c.儲漿設(shè)備：灌漿泵配備JJS-2B型低速漿液攪拌機(jī)，防止?jié){液沉淀。

3.5.2灌漿材料

a.灌漿材料選用。止水灌漿根據(jù)掌子面涌水量，擬選用普通硅酸鹽水泥或HSC特種水泥，特種水泥有兩種，一種為HSC(防滲帷幕型)注漿材料，另一種為HSC(含水細(xì)砂型)注漿材料。

b.性能特點(diǎn)。HSC(防滲帷幕型)注漿材料，該漿液(呈膠狀)具有抗沖刷、凝結(jié)時間易于控制、強(qiáng)度高等特點(diǎn)?？稍?.5～1.0m/s流速的水中凝固，留存率大于95%，一般用于流動水的堵漏灌漿。HSC(含水細(xì)砂型)注漿材料，該漿液(屬超細(xì)水泥)具有可灌注性好，凝結(jié)時間易于控制、強(qiáng)度高、對地層擾動小等特點(diǎn)。既可注入細(xì)小縫隙，又可避免圍巖承壓水對留存漿液的移位，適用于難注入地層(含水粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)、高應(yīng)力軟弱破碎圍巖等)的加固注漿。

c.技術(shù)指標(biāo)，如下表所列。

HSC特種灌漿材料性能指標(biāo)表

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況并參考HSC特種灌漿材料性能指標(biāo)，封堵灌漿可選用含水細(xì)砂型特種灌漿材料。前期徑向固結(jié)灌漿采用普通硅酸鹽水泥進(jìn)行灌注。

3.5.3制漿方式

a.制漿材料必須稱重，稱重誤差應(yīng)小于5%。水泥等固相材料宜采用重量稱量法。

b.水泥液漿配制方法，先加水后加料拌制。各類漿液必須攪拌均勻并測定漿液密度。開灌水灰比初選1∶1(特殊情況時可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整)，然后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況逐漸變級(0.8∶1、0.6∶1)。

c.拌制HSC(防滲帷幕型)材料的水灰比0.6～1.0(重量比)，制漿機(jī)轉(zhuǎn)速1200～1800r/min，漿液攪拌時間3min以上。HSC(防滲帷幕型)漿材用來處理較大的涌水情況。

d.拌制HSC(含水細(xì)砂型)材料的水灰比0.8～1.0(重量比)，制漿機(jī)轉(zhuǎn)速1200～2000r/min，漿液攪拌時間2～3min，注意不要超過攪拌時間。HSC(含水細(xì)砂型)漿材是用來處理較小的涌水情況，是主要用來堵水、加固的注漿材料。

e.漿液拌制備至用完間隔時間不得超過4h。

f.制漿用水應(yīng)符合JGJ63-89第3.0.4條的規(guī)定。寒冷季節(jié)施工應(yīng)做好設(shè)備及灌漿管路的防寒保暖工作，若用熱水制漿，水溫不得超過40℃。

g.灌漿較長時間停頓后，在開始繼續(xù)灌漿之前，要求徹底清洗所有設(shè)備和輸送管路。

3.5.4灌漿方法

封堵灌漿Ⅰ、Ⅱ序孔均采用純壓式灌漿。灌漿采用“低進(jìn)高出”原則進(jìn)行灌注施工。

3.5.5特殊情況處理

a.串漿。如多個孔出現(xiàn)串漿，串漿孔又具備灌漿條件時，可同時進(jìn)行灌漿。否則應(yīng)封閉連通孔中的灌漿塞閥。

b.灌漿中斷，灌漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如因故中斷，應(yīng)及早恢復(fù)灌漿，否則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對鉆孔進(jìn)行沖洗或掃孔后恢復(fù)灌漿?；謴?fù)灌漿后的灌注壓力可采用中斷前的數(shù)值。

c.漏漿。灌漿過程中如巖石裂隙或炮孔出現(xiàn)漏漿的現(xiàn)象，漿液水灰比調(diào)至最濃比級灌注，低壓循環(huán)灌注，待漏漿部位出現(xiàn)濃漿時，采用木楔、棉絮等材料進(jìn)行封堵。

d.灌漿段注入量大，灌漿難于結(jié)束時，應(yīng)采取限壓、限流、間歇等灌注措施。

3.5.6灌漿檢查

隧洞封堵終孔后，經(jīng)各方驗(yàn)收后確定檢查孔的布設(shè)位置、數(shù)量和孔深。檢查孔鉆進(jìn)過程如果還有出水現(xiàn)象，采取補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理；如果檢查孔無水，可轉(zhuǎn)序到隧洞開挖掘進(jìn)施工。

4　結(jié)　語

該洞段施工難點(diǎn)是涌水量大，涌水導(dǎo)致開挖掘進(jìn)無法進(jìn)行，如不采取措施迅速有效阻水，可能導(dǎo)致開挖完成洞段塌方，施工進(jìn)度無法保證。建設(shè)單位分別采用灌漿、薄層壓重混凝土和以上兩個方案結(jié)合施工的方法進(jìn)行施工，經(jīng)過近四個多月完成該段阻水任務(wù)，后期襯砌混凝土施工前又采用破碎錘將混凝土拆除，從而完成了隧洞混凝土襯砌任務(wù)。

[1]路廣平，趙麗麗，韓靚靚.固結(jié)灌漿技術(shù)在大伙房輸水工程六河不良地質(zhì)段的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2009(11):67-69.

[2]王藝翔.隧洞襯砌施工質(zhì)量控制[J].水利建設(shè)與管理,2014(4):27-28.

[3]韓志遠(yuǎn)，趙玉華，張效春.大伙房水庫輸水工程大理巖段隧洞多發(fā)涌水現(xiàn)象分析及處理方式[J].水利建設(shè)與管理,2007(5):34-35.

Tunnel water gushing resistance measures in Dahuofang Water Conveyance (Stage II) Project

FENG Guojun1, SHEN Jicheng2, FENG Chenchen3

(1. Liaoning Water Conservancy Project Construction Quality and Safety Supervision Central Station,Shenyang110003,China;2.LiaoningProvincialWaterResourcesDepartment,Shenyang110003,China;3.LiaoningHuaningBiddingAgentCo.,Ltd.,Shenyang110002,China)

Serious water gushing condition is discovered in the tunnel face during the excavation process of Dahuofang Water Conveyance (Stage II) Project No.8 tunnel. After comparing many plans, the construction unit adopts the plan of combining various measures such as advanced grouting, concrete multi-layer loading and water resistance grouting, etc. The water resistance treatment of water gushing cross section is completed for more than four months.

Dahuofang Water Conveyance Project; water gushing; treatment

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.003

TV554

B

1005- 4774(2016)08- 0008- 05