大伙房输水(二期)工程隧洞涌水阻水措施

冯国军　沈继承　冯辰晨

(1.辽宁省水利工程建设质量与安全监督中心站， 辽宁 沈阳　110003;2.辽宁省水利厅，辽宁 沈阳　110003;3.辽宁华宁招标代理有限公司， 辽宁 沈阳　110002)



大伙房输水(二期)工程隧洞涌水阻水措施

冯国军1沈继承2冯辰晨3

(1.辽宁省水利工程建设质量与安全监督中心站， 辽宁 沈阳110003;2.辽宁省水利厅，辽宁 沈阳110003;3.辽宁华宁招标代理有限公司， 辽宁 沈阳110002)

大伙房输水(二期)工程8号隧洞在开挖过程中，掌子面出现大量涌水情况，建设单位经过多方案比选，采取了超前灌浆、混凝土多层压重和阻水灌浆等多措施结合的方案，历时四个多月完成了涌水断面止水处理。

大伙房输水工程； 涌水； 处理

1　工程简介

大伙房水库输水(二期)工程是由大伙房水库向辽宁省抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦和大连等七座城市输水的一项大型输水工程。工程由取水头部、输水遂洞、输水管线、配水站、加压泵站等建筑物组成。输水隧洞为有压洞，圆形断面，洞径6m，从取水头部到刘山出口，全段总长为28.95km。输水隧洞段以后为输水管线，全长231.367km。

2　阻水方案选定

2.1掌子面涌水情况

8号支洞是(二期)工程隧洞的一个支洞，自开挖掘进以来，上游掌子面在当年4月18日掘进时出现较大涌水，5月11日完成积水抽排、阻水灌浆、超前探孔作业并恢复开挖掘进；5月20日掘进时掌子面再次出现较大涌水，6月8日完成阻水灌浆后，分别在掌子面拱顶及左右拱腰部位钻进3个20～25m深超前探孔，确认孔内无水后恢复掌子面开挖；6月9日桩号38+792断面爆破后发生大规模涌水，隧洞开挖掘进停止施工，上游已开挖洞段2000m内积水快速上涨，施工单位立即组织现场人员撤离洞内施工设备，同时布设2台37kW潜水泵(流量Q=50m3/h，扬程H=40m)接力布设不间断抽排洞内积水，但由于涌水量大，水位上涨快，抽水效果不佳。6月24日又增加3台大流量高扬程水泵及电缆(185×3+95×1)700m，增加两道抽排水管路(φ150mm)，在主支洞交叉部位安装两台55kW污水潜水泵(Q=160m3/h，H=100m)，由洞内向洞外抽排水。洞内积水降低后现场查看，洞室拱脚部位揭露两处出水点，呈泉涌状。

2.2阻水方案选定

2.2.1阻水灌浆方案

针对拱脚部位泉涌状出水，施工单位开始采用阻水灌浆方案，多次对出水点进行阻水灌浆，但都无法封堵出水点。

2.2.2薄层混凝土压重方案

单一的阻水灌浆方案不可行后，施工单位又采用了在出水部位预埋灌浆排水管路并浇筑1.0m厚混凝土压盖以封堵出水点，压盖混凝土强度上升后通过预埋载管灌浆，但在灌浆过程中，混凝土压盖出现抬动并产生纵横方向的裂缝，阻水灌浆效果较差。

2.2.3阻水灌浆结合多层混凝土压重方案

在阻水灌浆和薄层压重方案效果均不理想情况下，参建各方请专家多方论证后，确定阻水灌浆结合多层混凝土压重方案，方案总体思路为：从掌子面后退15m范围洞室进行径向固结灌浆补强，而后沿出水侧洞壁布设定向钻孔并预埋孔口管进行分流泄压，同时对前期已浇筑压盖混凝土端头部位进行人工清理呈齿槽状，洞内涌水采取预埋灌浆排水管路引排，距掌子面7m隧洞轴线范围分三层呈台阶状浇筑C30混凝土作为压盖，压盖混凝土满足强度后对涌水部位通过预埋的灌浆排水管路进行封堵灌浆处理，出水侧洞壁布设定向钻孔作为备用灌浆孔，涌水部位封堵灌浆处理，经联合检查合格后，挖除或爆破拆除压盖混凝土再向上游方向开挖掘进。

3　方案实施

3.1固结灌浆施工

对桩号38+807～38+792段洞室进行固结灌浆处理，固结灌浆孔环距为1.5m，每环按照36°范围垂直均布在隧洞初期支护断面上(图1)，灌浆孔每环间隔1.5m，共11环，梅花形布置，灌浆孔径向深入洞壁围岩5m，孔径42mm(图2)；采用3SNS型灌浆泵配JJS-2B型浆液搅拌机连接循环式灌浆管路进行固结灌浆，HT-2型灌浆自动记录仪监控。

图1　桩号38+807～38+792洞室段固结灌浆孔位

图2　桩号38+807～38+792洞室段固结灌浆孔位展开

3.2排水孔施工

桩号38+807～38+792段洞室固结灌浆结束后，采用ZGYX410型液压钻机由桩号38+807位置向掌子面方向，以2.0m间距沿洞壁向出水点方向斜向前钻孔并埋设孔口管，孔径90mm，孔向与洞壁呈30°夹角斜交，竖向以10°竖直角间隔交错(图3)，孔口距洞室底板齿槽底部1.25m，孔深以切入出水部位的源头直至钻孔出水为止(图4)；孔口安装φ80焊接钢管(δ=4mm)作为孔口管进行封闭，后期作为阻水灌浆孔和排气孔使用。套管尾端配套安装闸阀控制，涌水经由孔口管接引至附近布设的排水沟或永久集水坑内。

图3　桩号38+807～38+792洞室段定向孔横剖面

图4　桩号38+807～38+792洞室段定向孔平面

3.3混凝土压重施工

人工清理掌子面前8m范围已浇筑压盖混凝土，将7月3日所浇筑原混凝土盖板表面杂物清除冲洗干净；距掌子面8m位置采用人工清理基础至基岩，形成齿槽状，采用砖砌筑1.0m厚的墙体作混凝土浇筑挡头模板，砖墙高出隧洞设计底板开挖线2.5m，先前掌子面灌浆钻孔及出水部位钻孔均安装φ100套管将水引排至砌墙范围之外。在掌子面与砖墙间满仓浇筑混凝土作为第一层盖板混凝土，浇筑高度与砖墙顶面平；在第一层混凝土盖板距掌子面4.0m处安装挡头钢模板浇筑第二层盖板混凝土，浇筑高度2.0m；在第二层混凝土盖板上距掌子面2.0m处安装挡头钢模板浇筑第三层盖板混凝土，浇筑高度至洞顶，将掌子面外露部分全部封闭(图5)；盖板混凝土浇筑过程中保证钻孔及出水部位钻孔接引至墙外的套管稳定，同时在出水侧洞壁布钻的定向孔口套管并引至盖板混凝土体外；待混凝土达到强度后(≥75%设计强度)，套管尾端安装的闸阀逐孔关闭，进行封堵灌浆处理。盖板混凝土标号为C30，考虑洞室断面存在超挖，混凝土浇筑前应充分考虑混凝土用量，为防止后期灌浆过程中盖板混凝土产生裂缝，在底层混凝土盖板顶面及中层混凝土盖板顶面10cm处各铺设一层20cm×20cm的φ8钢筋网片(见图6)。

图5　桩号38+799～38+792洞室段混凝土盖板浇筑横剖面

3.4洞内抽排水

封堵灌浆和后续开挖掘进过程中加强抽水，洞内共配备4台污水潜水泵，分为两道管线(两道φ150和两道φ100)向洞外抽水，其中两台55kW污水潜水泵(Q=160m3/h，H=100m)布设于主支洞交叉部位，两台37kW潜水泵(流量Q=50m3/h，扬程H=40m)接力抽排，不间断抽排洞内积水以控制其上涨，避免积水影响封堵灌浆和开挖掘进施工。一台55kW污水潜水泵(Q=160m3/h，H=100m)作为备用和替换。

图6　 桩号38+799～38+792洞室段混凝土盖板浇筑纵剖面

3.5灌浆处理

隧洞封堵灌浆施工工艺及灌浆系统施工布置分别如图7和图8所示。

图7　隧洞止水灌浆施工工艺流程

图8　灌浆系统施工布置

3.5.1灌浆设备

a.制浆设备：ZJ-800型高速制浆机，转速1200～1600r/min，浆液搅拌时间不少于30s。

b.灌浆设备：采用3SNS型三柱塞灌浆泵，排量不小于100L/min，满足要求。

c.储浆设备：灌浆泵配备JJS-2B型低速浆液搅拌机，防止浆液沉淀。

3.5.2灌浆材料

a.灌浆材料选用。止水灌浆根据掌子面涌水量，拟选用普通硅酸盐水泥或HSC特种水泥，特种水泥有两种，一种为HSC(防渗帷幕型)注浆材料，另一种为HSC(含水细砂型)注浆材料。

b.性能特点。HSC(防渗帷幕型)注浆材料，该浆液(呈胶状)具有抗冲刷、凝结时间易于控制、强度高等特点。可在0.5～1.0m/s流速的水中凝固，留存率大于95%，一般用于流动水的堵漏灌浆。HSC(含水细砂型)注浆材料，该浆液(属超细水泥)具有可灌注性好，凝结时间易于控制、强度高、对地层扰动小等特点。既可注入细小缝隙，又可避免围岩承压水对留存浆液的移位，适用于难注入地层(含水粉细砂、淤泥质、高应力软弱破碎围岩等)的加固注浆。

c.技术指标，如下表所列。

HSC特种灌浆材料性能指标表

结合现场实际情况并参考HSC特种灌浆材料性能指标，封堵灌浆可选用含水细砂型特种灌浆材料。前期径向固结灌浆采用普通硅酸盐水泥进行灌注。

3.5.3制浆方式

a.制浆材料必须称重，称重误差应小于5%。水泥等固相材料宜采用重量称量法。

b.水泥液浆配制方法，先加水后加料拌制。各类浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度。开灌水灰比初选1∶1(特殊情况时可适当进行调整)，然后根据现场实际情况逐渐变级(0.8∶1、0.6∶1)。

c.拌制HSC(防渗帷幕型)材料的水灰比0.6～1.0(重量比)，制浆机转速1200～1800r/min，浆液搅拌时间3min以上。HSC(防渗帷幕型)浆材用来处理较大的涌水情况。

d.拌制HSC(含水细砂型)材料的水灰比0.8～1.0(重量比)，制浆机转速1200～2000r/min，浆液搅拌时间2～3min，注意不要超过搅拌时间。HSC(含水细砂型)浆材是用来处理较小的涌水情况，是主要用来堵水、加固的注浆材料。

e.浆液拌制备至用完间隔时间不得超过4h。

f.制浆用水应符合JGJ63-89第3.0.4条的规定。寒冷季节施工应做好设备及灌浆管路的防寒保暖工作，若用热水制浆，水温不得超过40℃。

g.灌浆较长时间停顿后，在开始继续灌浆之前，要求彻底清洗所有设备和输送管路。

3.5.4灌浆方法

封堵灌浆Ⅰ、Ⅱ序孔均采用纯压式灌浆。灌浆采用“低进高出”原则进行灌注施工。

3.5.5特殊情况处理

a.串浆。如多个孔出现串浆，串浆孔又具备灌浆条件时，可同时进行灌浆。否则应封闭连通孔中的灌浆塞阀。

b.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。恢复灌浆后的灌注压力可采用中断前的数值。

c.漏浆。灌浆过程中如岩石裂隙或炮孔出现漏浆的现象，浆液水灰比调至最浓比级灌注，低压循环灌注，待漏浆部位出现浓浆时，采用木楔、棉絮等材料进行封堵。

d.灌浆段注入量大，灌浆难于结束时，应采取限压、限流、间歇等灌注措施。

3.5.6灌浆检查

隧洞封堵终孔后，经各方验收后确定检查孔的布设位置、数量和孔深。检查孔钻进过程如果还有出水现象，采取补强灌浆处理；如果检查孔无水，可转序到隧洞开挖掘进施工。

4　结　语

该洞段施工难点是涌水量大，涌水导致开挖掘进无法进行，如不采取措施迅速有效阻水，可能导致开挖完成洞段塌方，施工进度无法保证。建设单位分别采用灌浆、薄层压重混凝土和以上两个方案结合施工的方法进行施工，经过近四个多月完成该段阻水任务，后期衬砌混凝土施工前又采用破碎锤将混凝土拆除，从而完成了隧洞混凝土衬砌任务。

[1]路广平，赵丽丽，韩靓靓.固结灌浆技术在大伙房输水工程六河不良地质段的应用[J].水利建设与管理,2009(11):67-69.

[2]王艺翔.隧洞衬砌施工质量控制[J].水利建设与管理,2014(4):27-28.

[3]韩志远，赵玉华，张效春.大伙房水库输水工程大理岩段隧洞多发涌水现象分析及处理方式[J].水利建设与管理,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