高压富水隧洞硬岩地层径向注浆堵水施工工法.docx

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1、高压富水隧洞硬岩地层径向注浆堵水施工工法1 .前言近年来，随着地下工程施工技术的飞速发展，国内众多大型水利水电、交通隧道等工程建设逐步进入深埋地层施工，从安全、质量、工期等方面综合考虑，TBM被越来越多的应用其中。由于深埋隧洞地质条件复杂，地勘难度大，高压大流量地下涌水极易造成淹井事故，严重制约现场施工安全、进度和成本。硬岩地层选取适宜的堵水注浆工艺，以实现对突涌水的成功封堵，从而改善作业环境，是摆在工程建设人员面前的一道难题。在XX工程XX隧洞TBM施工段XX工程施工中，由于各种成因的节理、裂隙互相切割成网络状，构造作用强烈，岩体节理裂隙贯通性强，隧洞总涌水量高达82700md,突涌水量大、

2、压力高、治理难度大。中铁隧道局集团有限公司依托XX工程XX隧洞创新采用“钻孔分流+表面嵌缝+浅层封堵+深层加固”为主要施工工艺的隧道断面分流与加固方案，辅以聚合物纤维、水下抗分散剂等特殊浆材，实现了隧洞硬岩地层突涌水的成功封堵，最终形成了高压富水隧洞硬岩地层径向注浆堵水施工工法，为以后类似工程提供借鉴实例。2 .工法特点2.1 行之有效的隧洞涌水封堵工艺。采用了“引、排、截、堵、固”的突涌水处理方针和“钻孔分流+表面嵌缝+浅层封堵+深层加固”的径向注浆工艺。2.2 特殊材料的动态运用。利用水玻璃、水下抗分散剂、聚合物纤维等特殊灌浆材料，根据涌水量灵活配比，针对治理。2.3 注浆顺序创新。按照“

3、先无水后有水、先小水后大水、先浅层后深层、先两端后中间、先拱脚（仰拱块附近）后顶拱再边墙”的顺序依次进行灌注，涌水封堵率达到89.5%。3 .适用范围本工法适用于高压富水隧洞硬岩地层径向注浆堵水施工。4 .工艺原理在隧洞涌水地段，按照“引、排、截、堵、固”为主的渗、涌水处理方针，采取“钻孔分流+表面嵌缝+浅层封培+深层加固”为主要施工工艺的径向注浆方法，辅以聚合物纤维、水下抗分散剂、速凝剂等特殊材料，根据渗、涌水特点按照特定配比，在TBM设备后部对渗、涌水进行处理，实现了隧洞硬岩地层突涌水的成功封堵。从而降低了由于断电等突发状况下，隧洞涌水无法抽排导致TBM设备被淹的风险，同时也改善了洞内作业

4、环境，提高施工进度，保证了施工人员和设备的安全。5 .施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程以“引、排、截、堵、固为主的渗、涌水治理的基本方针，采取“钻孔分流+表面嵌缝+浅层封堵+深层加固”的径向注浆方法，按照“先无水后有水、先小水后大水、先浅层后深层、先两端后中间、先拱脚（仰拱块附近）后顶拱再边墙，最后集中封堵涌水孔”的灌浆顺序对突涌水进行封堵，其工艺流程见图5.1。图5.1径向注浆堵水施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 钻孔分流全方位截穿裂隙水，进行分流降压。根据出水量和水压大小，在裂缝两侧布置适量的钻孔，根据渗水量及压力大小由浅入深每处渗水可布置一定数量的分流孔，孔排距10m*

5、1.（）m,其作用是揭穿更多出水路径，开孔孔径根据裂隙出水量大小而定，一般不小于38mm钻孔尽量与主裂隙面或岩体结构面斜交，钻孔角度根据现场施工情况确定，原则上尽可能穿过较多的裂隙，分流更多裂隙水，孔深5m（可根据现场情况适当加深，但不宜超过6m）,分流孔可同时作为后期的集中封堵孔，如图5.2.1所示。图5.2.1裂隙水分流孔示意图5.2.2 表面嵌缝通过分流减压孔和集中引排孔的分流和减压作用，围岩表面的裂隙出水量势必减小，出水压力明显降低，具备进行表面嵌缝的条件。全面检查工作面范围的岩面裂隙和宽缝发育情况，使用嵌缝材料（堵漏王和锚固剂）对主裂隙及影响范围内的次生裂隙进行嵌堵，防止或减少灌浆时

6、出现串漏浆现象。施工过程按照切槽、打磨除尘、洗槽、封槽、灌浆等工序进行，切缝时尽量使封槽规则平整，打磨光滑，以利于浆液流动，确保浆液饱满；切缝两边需要封缝材料部位要打磨干净，以免封缝不紧密，导致漏浆，封灌结束后，要把粘在混凝土表面的物体清洗干净，尽量使用与原混凝土同批水泥制作水泥浆进行抹面，确保处理后的混凝土表面整洁美观。5.2.3 浅层注浆封堵针对大流量和散状发育的地下水，坚持系统处理原则，对集中大流量出水区域周边一定范围内无水和小水区域的洞段进行纵向和环向的系统浅层封堵灌浆，形成一定岩盘厚度的灌浆封堵区。在出水洞段两端边墙及拱顶范围各布置2排，孔间距1.0m*1.0m,孔深3.5m,孔径3

7、850mm,孔向根据围岩裂隙发育情况现场确定。通过浅层封堵灌浆，可以防止集中出水区域封堵之后，地下水沿着周围浅层裂隙流出，形成新的出水带或通道。5.2.4 深层注浆加固为防止集中大流量地下水封堵实施阶段，地下水通过深层发育的裂隙向周边扩散，增加封堵难度，应在大流量出水点周边布置深层加固孔，孔间距().5m*().5m,孔深5.0m,孔径385()mm,孔向根据围岩裂隙发育情况现场确定，采用具有抗压强度和抗渗能力的聚合物纤维、水下抗分散剂、速凝剂等特殊灌浆材料，按照特定配比对集中出水区域进行注浆加固，形成深层的灌浆封堵区，为分流减压孔封堵灌浆提供条件。此外，为防止地下水通过裂隙向底板扩散，应该先

8、施工仰拱块至隧洞腰线范围的孔，之后再施工出水点周边的孔，如下图5.2.4所示。图524出水区灌浆孔断面示意图钻孔冲洗及钻孔过程中如出现钻孔漏水、涌水等，采用以下方法处理：1、钻孔冲洗：采用自孔底通入大流量水由孔口将岩粉带出，至孔口回水变清即可。钻孔冲洗压力为IMPa；冲洗至回水澄清或总时间不大于20min时可结束钻孔冲洗。2、钻孔遇渗、涌水处理：若钻孔过程中遇小流量出水，则继续钻进至目的孔深后进行灌浆；若遇大流量涌水，则停止钻进并进行灌浆封堵，完成之后继续钻进，如此反复，直至达到目的孔深。出水孔应请监理人到场后对流量和压力进行测定和确认。3、钻孔漏水处理：钻孔过程中遇破碎带不能成孔或遇岩脉及影

9、响带，导致钻进介质水漏失而不能继续钻孔的特殊孔段时，可先进行灌浆加固处理，之后旁边钻孔进行深部灌浆。5.2.5 闭水试验在进行分流减压孔灌浆之前，应先进行闭水试验，即全部关闭预留的分流减压孔的控制闸阀24h,检查是否还有未发现的次生裂隙或出水现象，若没有发现新的出水点，才能进行最终封堵。5.2.6 顶水封堵注浆在浅层封堵和深层加固施工结束之后，只剩余几个出水流量大、压力高的分流减压孔，此时应由浅孔(或离裂隙近的孔)开始灌浆，向深孔(或离裂隙远的孔)推进，灌浆浆液采用防扩散、可控股凝时间的特种浆液，过程中部分引排孔阀门打开，观察串浆情况，待所串浆液达一定浓度后逐步关闭串浆孔。如此，逐步将浆液由裂

10、隙口向深部堆积填充，达到完全封堵裂隙的目的。封堵过程中如发生串浆、漏浆等特殊情况，应及时予以处理。1、涌水孔灌浆处理1）小涌水孔处理方法：采用纯压式灌浆法，并提高灌浆压力（设计压力+涌水压力），灌浆结束后屏浆不少于Ih,之后进行闭浆待凝，待凝时间不少于8h。2）大涌水孔处理方法：大涌水孔应测记涌水量与压力，直接使用特种堵水灌浆材料灌注至结束标准，之后旁边扫孔使用纯水泥浆灌注至结束标准。2、灌浆中断处理灌浆工作必须连续进行，若因故中断，必须马上处理，尽早恢复灌浆。如果由于施工原因被迫中断时间超过30min,则应进行钻孔冲洗；如冲洗无效，则应扫孔。恢到灌浆时应使用开灌比级的水泥浆进行灌注，若注入率

11、为中断前的90%及以上，即可采用中断前水泥浆的比级继续灌注;若注入率为中断前的7090%,应逐级加浓浆液继续灌注；若注入率小于中断前的70%,且在短时间内停止吸浆，则该段灌浆应视为不合格，需要重新扫孔、洗孔后复灌。3、串浆、冒浆、漏浆处理灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，应根据具体情况及时采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法进行处理。若漏水或稀浆时可继续灌注。若漏浓浆则应降低灌浆压力，直至漏浆停止，然后采用逐渐升压至原来灌浆压力继续灌注。如降压无效再变浓浆液灌注，如降压和变浓均无效，且漏浆量接近注入量，应停止灌注进行待凝，待凝时间不少于8h：如恢复灌浆后吸浆量接近于零或停止吸

12、浆时，此段作为不合格孔段，须视情况进行处理。灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可进行并联灌浆，但并联灌浆孔不宜多于3个，否则应塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再在串浆孔旁边扫孔、冲洗，而后继续钻进或灌浆。4、大耗浆孔段处理为保证灌浆质量，无水孔和小水孔先采用纯水泥浆进行灌注.若单孔灌注量达到3t,流量、压力均无明显变化时，应待凝至少8h后扫孔复灌。若单孔灌浆次数达到3次，压力、流量仍无明显变化，则应改用特种堵水灌浆材料进行灌注，结束后再用纯水泥浆复灌，直至达到结束标准。5.2.7 补充注浆分流减压孔封堵完毕以后，若还存在渗水部位，则再对渗水部分进行针对性的随机加密钻孔和灌浆封堵，直至

13、封堵满足要求。加密孔根据渗水情况与前期堵水灌浆孔交叉并随机布置，如下图5.2.7所示，孔深同周边灌浆孔。0、一层-一孔A七,一出水1虢状漏水图527钻孔布置示意图5.3 灌浆方法及控制要点5.3.1 压水试验及裂隙冲洗：压水试验是用高压方式把水压入钻孔，根据岩体吸水量计算了解岩体裂隙发育情况，灌前压水试验建议结合裂隙冲洗进行，直至回水澄清时为止；对回水达不到要求的孔，应继续进行冲洗，直至孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。裂隙冲洗完成后，应尽快进行灌浆作业，因故中断时间超过24h的，需在灌浆前重新进行裂隙冲洗。各孔均采用简易压水法。压水压力为灌浆压力的80%,且不大于1OMPa,压水时间为2

14、0min,每5min测读一次压入流量，取最终流量作为计算流量，其成果以吕荣值（q）表示。5.3.2 连通性试验：根据实际地质情况对于浅层宽缝和裂隙发育段，且钻孔过程中出水裂隙的连通性相对较好区域，灌浆前采用高橘酸钾进行连通性试验，确定连通裂隙的范围和选定灌浆封堵顺序，以便达到更好的封堵效果。图532围岩裂隙连通性检查示意图5.3.3 灌浆顺序：灌浆按照“先无水后有水、先小水后大水、先浅层后深层、先两端后中间、先拱脚（仰拱块附近）后顶拱再边墙”的顺序依次进行灌注。施工过程中，先对无水孔和出水量小的孔进行灌注，涌水量大的孔预留作为该部位的分流减压孔，待周边加固完善后再进行封堵。若预留孔与周边出水孔

15、存在深层水力联系，则周边出水孔同步预留，待后续阶段进行封堵处理。现场也可根据出水情况酌情调整、优化施工顺序或增加其他有利于注浆堵水的工序。5.3.4 压力与方法：灌浆压力为1.52.0MPa,涌水孔为灌浆压力加涌水压力，但最高不宜超过3.0MPa;现场根据灌浆实际情况进行相应调整。5.3.5 浆液变换标准：当灌浆压力保持不变注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某级浆液注入量已达3001以上或灌浆时间已大于30min,而灌浆压力及注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比；当注入率达到301min,但灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，可根据情况越级变浓，直至

16、灌注特种堵水浆材。536灌浆结束标准：纯水泥灌注时，灌浆压力逐步升高至设计压力，注入率小于I1/min,持续灌注20min即可结束：特种堵水浆材灌注时，灌浆压力逐步升高，注入率小于I1/min即可结束。5.3.7 闭浆标准：灌浆结束后，采用闭浆措施（关闭孔口封闭的高压球阀），继续保持孔段封闭状态直至浆液完全凝固（终凝）后才能拆除孔口封闭器或膜袋塞。5.3.8 封孔：灌浆孔全部镶铸膜袋塞或安装孔口封闭器，采用孔口封闭纯压式灌浆法。灌浆结束后，割除孔口封闭器或膜袋塞，使用M25水泥砂浆对孔口空余部分进行封填处理。5.4 劳动力组织为了保证快速、安全、顺利施工，施工中科学、合理组织劳动力是本工法实施的有力保证，劳动力配置见表5.4。表5.4劳动力组织配备表序号职