超前地表阻水灌浆在引绰济辽工程5#隧洞第一段中的应用

邹宇1, 高娃2, 白丽丽3 

内蒙古引绰济辽供水有限责任公司    内蒙古自治区   137400

摘要：引绰济辽工程5号隧洞第一段采用钻爆法和一台φ4720mm的TBM施工。自TBM始发以来，在掘进过程中出露大面积涌水及淋水洞段，随掘进长度的不断增长，日排水量也呈正比例直线增加，对现场施工造成了严重的影响。为确保施工质量加快施工进度，受制于隧洞断面较小，隧洞内空间有限，采用了地表超前阻水灌浆的方法，有效地解决了隧洞的涌水，保证了后续施工的进行。

关键词：水利水电工程；隧洞涌水；小直径TBM；地表阻水灌浆；超前灌浆

1 工程概况

引绰济辽输水工程5#隧洞第一段，主要工程包括5#输水隧洞主洞及三条施工支洞。

已掘进段出露多处涌水点，多沿裂隙面呈股状及大面积淋水出露。出现了大幅增长的情况，造成了TBM停机。TBM停机期间，项目组织人员对已开挖洞段进行了洞内阻水灌浆施工，综合基岩裂隙水的衰减规律，TBM在恢复掘进时，日排水量虽然较停机前有所降低，但日排水量仍呈上升状态。

2 灌浆方式选择

2.1 掌子面超前阻水灌浆

掘进段出露多处涌水点，多沿裂隙面呈股状及大面积淋水出露且出水点多集中在掌子面后方400m（已掘进段）范围内。TBM设备全长317m且开挖直径仅4720mm，刀盘内空间狭小不具备洞内超前阻水灌浆条件。

2.2 洞内径向定点灌浆

掌子面后方由于TBM设备较多，可用空间较小，进行径向定点阻水灌浆施工困难。径向定点阻水灌浆施工过程与TBM掘进施工干扰较大。针对隧洞底部120°范围内的出水点，需拆除轨道TBM停机等待阻水灌浆施工，影响施工进度。且洞内径向阻水灌浆需在出水点揭露后距掌子面40m左右才有施作空间，如短时间内有较大规模涌水出露安全风险较大。

2.3 超前地表阻水灌浆

地表阻水灌浆针对隧底埋深不大于100m的洞段阻水效果较好，施工难度相对较小不受空间限制。且可以超前进行，能够有效预防突涌水情况出现，从而降低施工风险。

3 超前地表阻水灌浆的施工

3.1 地表补充勘察

在进行超前地表阻水灌浆施工前，必须进行较为详细的地表补充勘察，以便准确掌握隧洞穿越段地下水丰富位置较为准确的施工桩号。

5#隧洞第一段针对隧底埋深小于100m的洞段，采用了地表瞬变电磁法和高密度电阻率法沿隧洞轴线进行了地表物理补1充勘察。针对物理补充勘察异常段，又施做了地表补充勘察孔、抽水试验孔和孔内电视等方式对物理勘察结果进行验证，使得补充勘察的结果更为准确。

3.2 钻孔施工

超前地表阻水灌浆孔位沿隧洞轴线及两侧布置5排/3排灌浆孔，自下游向上游方向施工，灌浆范围为洞顶以上2～5m至隧底以下2m。灌浆孔间距、排距均为3m，先施工第外排孔形成封闭边界，再施工次排孔，最后施工轴线排孔；排内分为2序孔实施，先Ⅰ序后Ⅱ序。

3.3 灌浆施工

灌浆采用孔口封闭法孔内循环全孔一次灌浆法。灌浆顺序为由外及内，分两序孔施工，相邻先序孔施工完即可施工后序孔。灌浆压力不大于1.5MPa。

灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。注浆材料采用水泥单液浆，灌浆浆液水灰比采用0.8:1、0.5:1等两个比级。注浆前应先选取试验段进行灌浆现场工艺试验，灌浆参数应通过现场试验注浆效果进行调整。

当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显着，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30L/min时，根据具体情况越级变浓。灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，立即查明原因，将浆液浓度变回到原来浓度继续灌注。

3.4 灌浆结束及封孔

灌浆结束标准：灌浆段在最大试验设计压力下注入率不大于2L/min。

封孔采用“置换和压力灌浆封孔法”：全孔终孔段灌浆结束后，用灌浆泵向导管内泵入水灰比为0.5:1的水泥浆，直至孔口返出浓浆为止；封孔灌浆的压力采用最大灌浆压力，灌浆持续时间不小于40min。当进行封孔灌浆时的注入量大于2L/min时，应按正常灌浆过程进行灌浆，直至达到要求的结束条件。

地表灌浆结束后，割除导管和PVC管高出地面部分，并将灌浆孔进行回填。

3.5 特殊情况处理

①窜浆：如串浆孔具备灌浆条件，可同时进行灌浆，否则应进行封堵。

②灌浆中断：灌浆应连续进行，如因故中断，应及早恢复灌浆，否则应根据实际情况，对钻孔进行冲洗或扫孔后恢复灌浆；恢复灌浆后的水灰比和灌注压力可采用中断前数值。

③当地质条件复杂、地下水流速大、注入量较大、灌浆压力较低时，持续灌注的时间应适当延长。

3.6 灌浆质量检查

⑴地表灌浆的压水试验检查应在该部位灌浆结束14天后进行，检查孔应自上而下分段钻进，分段阻塞，分段压水试验；压水试验采用单点法。

⑵检查孔的数量不少于灌浆孔总数的5%，且每单元不少于1个。检查孔的透水率不高于10Lu，即为合格；检查孔的透水率大于10Lu时，必须进行补充灌浆。灌浆钻孔及检查孔应封填密实。

4 灌浆质量保证措施

浆液的配合比一定要严格按最终确定配合比进行搅制，不得随意改变掺量，配浆时最大误差为：水泥、水±5%。浆液搅拌应均匀，不得有结块现象，未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。水泥浆搅拌时间为3～5分钟，但不得超过30分钟。

注浆过程中，应保持注浆管路畅通，防止因管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。一台泵发生故障时，应立即换上备用泵继续注浆，保证注浆的连续性。

5 地表灌浆后效果

在进行地表超前阻水灌浆施工前，先导孔压水试验透水率17～35Lu。灌浆后检查孔透水率均小于10Lu，符合设计要求。

洞内掘进揭露情况观察，裂隙面有明显浆脉痕迹，浆脉表现为自岩石缝隙填充，封堵水路，填充饱满；经灌浆后整体地下水呈滴水～局部线状流水状态。对局部围岩破碎的地段起到了地层加固作用，提高了施工安全系数，阻水效果明显。

6 结语

经过地表超前阻水灌浆后，对富水段导水裂隙的封堵效果明显；对局部围岩破碎的地段起到了地层加固作用，提高了施工安全系数。洞内排水量得到了有效的限制，洞内作业环境明显改善，TBM前方清渣量大幅减少，各工序衔接顺畅，TBM掘进速度有了大幅的提升。

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