隧洞衬砌后注浆堵漏技术浅析

王 新，李 卓

（陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西 西安 710100）

0 引言

由于我国隧洞穿越地质条件各异，修建时间及施工水平和标准的不同，大多数隧洞存在不同程度的渗漏水问题，容易导致隧洞内电路损坏、设备腐蚀等，又隧洞防水工艺繁琐，施工难度较大，所以，防水问题历来被人们所重视[1]。

在隧洞衬砌防水问题中，我国很多隧洞给出许多宝贵的经验：在湘西吉罗公路隧洞防水治理中，朱益湘等人[2]在施工中总结出“紧封闭，多方引，远近排”的防水方法，同时其因地制宜，采用经济的“纤维丝把”获得成功；年祥等人[3]北京地铁九号线白国区依据“防、截、排、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，阐述从防水混凝土、柔性防水层、特殊部位处理等方面在初期支护和二次衬砌之间设全封闭柔性防水层施工方法；王勤荣[4]介绍浅埋长大隧洞穿过富水区，地表注浆与洞内径向注浆堵漏技术方案的成功应用；杨甲奇[5]通过流固耦合来分析研究渗流场问题，并使用ANSYS软件分析渗流场，为注浆堵漏技术研究提供依据；王清江[6]等详细介绍高压注浆法等隧洞裂缝渗水堵漏技术；迟建平[7]优化孔口止浆与止浆塞止浆2种孔口管封闭工艺，并针对特定类型渗漏水提出止浆深度及注浆终压选择方法，并在青岛地铁工程应用中取得了良好的治理效果。

引汉济渭工程秦岭隧洞出口延伸段，在围岩富水区段产生衬砌渗漏水现象，在采取一系列必要的堵漏技术措施后，成效不大。为确保二次衬砌混凝土的结构安全，需要研究新的注浆堵漏技术方案。本文重点对隧洞富水段水泥浆与化学浆相结合的注浆堵漏技术方案进行分析。

1 工程概况

1.1 地质条件

引汉济渭工程秦岭隧洞出口延伸段工程隧洞总长3493 m，桩号K75+286～K78+779,采用钻爆法施工从出口向上游方向掘进，现浇混凝土衬砌。成洞断面尺寸为6.76 m×6.76 m（宽×高）。隧洞K76+131～K76+126段长度5 m,裂隙水发育，该段围岩以大理岩夹片岩为主，围岩完整性差，节理裂隙很发育，发育有长大节理，产状为N76°E/78°S。

1.2 水文气象条件

出口延伸段工程属于出口工区，所涉及到的河流为黄池沟。黄池沟为渭河一级支流黑河右侧的支流，发源于周至县秦岭北麓，在周至县楼观台黄池村汇入黑河。流域属秦岭北麓土石山区，海拔高程在450 m～2100 m之间,流域山势陡峻，植被良好，水流清澈。径流主要由降水组成，降水主要集中在7月～9月，约占全年降雨的60%以上。

2 隧洞涌渗水问题

2017年5月19日，秦岭隧洞出口延伸段开挖至K76+131，该处原设计岩性为中元古界宽坪岩群广东坪岩组大理岩夹云母片岩，Ⅲ类围岩，埋深约750 m。实际开挖揭示岩性为灰白色大理岩为主，层理产状不明显，节理裂纹较发育-发育，岩体整体完整性一般，局部完整性差，岩体呈镶嵌结构，测得3组节理。开挖钻孔时，炮孔内突然喷射出一股高压水流，喷射距离约为13 m，泥黄色，夹杂大量泥沙，日涌水量为11000 m3/d。5月22日对该处超前地质钻探及水平钻孔排水，水量及水压迅速衰减至3000 m3/d，随后恢复施工。K76+131～K76+088段按Ⅳ类围岩开挖支护。

2017年6月15日，针对隧洞涌水情况排查发现K76+131～K76+126段长度5 m，该段地下水很发育，出水部位位于左侧（面向大里程）边墙底部及左侧底板，出水特征为4处股状涌水（1大、3小）。自5月19日突发涌水时的最大涌水量11000 m3/d，至6月15日涌水量衰减至约1800 m3/d，之后再无明显继续衰减迹象。对 K76+159～K76+143、K76+131～K76+126段采取了全断面径向注浆堵水，对K76+133～K76+128段的股状涌水采取在股状涌水周边3 m×3 m的范围内加密注浆的封堵措施，注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。注浆施工后，涌水点由原来的4处涌水减少为2处，基于施工组织原因，为防止该部位涌水对混凝土破坏，在仰拱衬砌设置了2处集中引排点，随即进行了衬砌混凝土施工。2018年7月12日，对K76+131～K76+095段进行固结灌浆施工，施工时发现该处有串浆现象。主要表现为：水泥浆被涌水稀释后涌出，涌出部位主要为K76+131左侧边墙、K76+119仰拱施工缝、K76+119～K76+111右侧矮边墙底部，部分注浆孔不能封堵，有水自注浆孔内溢出。因此跳过该段等待后期处理。

2018年7月23日，基于现场Ⅲ类围岩大理岩段部分有渗水现象，对K76+131～K76+146III类围岩段增设了固结灌浆。

2018年10月至12月期间，多次对K76+146～K76+095段做固结灌浆，封堵涌水，考虑水量较大浆液采用水泥浆和水泥-水玻璃双液浆。注浆原则按照从水量较小至水量较大的次序封堵，预留K76+131的2处集中水孔最后封堵并安装阀门，待其余注浆孔全部封堵完成后，关闭阀门，观察其余部位注浆效果。对 K76+119～K76+095 段注浆时，K76+131～K76+095 段排水孔有少量水派出，K76+095～K76+083拱墙衬砌两侧边墙有水渗出；对 K76+131～K76+119 段注浆时，K76+143～K76+131 段拱墙衬砌顶部有水渗出。说明K76+083～K76+143段洞周地下水连通性好，相互存在影响、关联。K76+131～K76+095段注浆封堵完成后，关闭2个阀门，使地下水位上升观察渗漏水情况。22小时后，发现K76+119～K76+117处的底板由受地下水压力上升发生抬动和顶面裂缝，抬动高度5 mm，裂缝宽度为2 mm，见图1。而且发现已凝固的水泥-水玻璃双液浆在水压作用下部分破坏，有地下水沿原注浆通道涌出。随即打开阀门泄压泄水，股状涌水点水量无明显减少。

图1 底板破坏

上述洞段内的围岩大多为大理岩，岩溶裂隙水较为发育。固结灌浆时，出现串浆现象，说明地下水存在很好的关联，连通性好，联通范围广。经过上述一系列的措施后，目前隧洞内涌渗水问题未见明显衰弱，为确保二次衬砌混凝土的结构安全，需采用水泥浆与化学浆相结合的注浆技术方案，此方案在工程现场得到了一定的验证，并取得了良好的效果。

3 注浆堵漏技术方案

3.1 注浆施工方法

（1）洞身周边按1.2 m间距，孔径90 mm，孔深8.0 m，梅花形布置，图2为化学浆终孔展开加固示意图。

图2 化学浆终孔展开加固模式图

（2）钻孔完成后，孔底压入5 m长钢化管，距孔口3 m处设止浆塞进行化学灌浆，完成后孔口设置止浆塞，灌注水泥浆液，水泥浆终孔展开加固模式见图3。

图3 水泥浆终孔展开加固模式图

（3）先注孔底3.0 m～8.0 m范围，形成加固止水圈，将外部地下水隔离，再注0.0 m～3.0 m范围内，填充孔隙，加固围岩形成加固圈。两圈在隧洞纵向每次完成长度不宜大于15 m～20 m，并结合完成时间适当调整，注浆加固示意图见图4。

图4 注浆加固示意图

（4）注浆总体遵循先拱顶后底板，先两边后中间，先无水后有水的顺序，局部特殊部位可结合现场适当调整。

（5）注浆过程中若发生串浆，则关闭孔口阀门或堵塞孔口，待其他孔注完后再打开阀门，若发生流水，则继续注浆，直至每个孔达到注浆结束标准，

3.2 施工工序

测量放样→钻孔→钢化管顶进→聚氨酯Ⅰ序孔灌浆→聚氨酯Ⅱ序孔灌浆→水泥浆Ⅰ序孔灌浆→水泥浆Ⅱ序孔灌浆→封孔。

3.2.1 测量放样及钻孔

（1）孔位布置及放样

洞身周边按1.2 m间距，孔径90 mm，孔深8.0 m，钻孔沿隧洞纵向间距4.0 m，梅花形布置。布孔22环，共396孔。布孔采用全站仪精准放样，灌浆孔钻空位置偏差不大于10 m。

（2）钻孔方法

采用ZGYX430液压行走潜孔钻机钻孔。

（3）孔向控制

钻孔时钻孔方向用测角仪进行控制，确保钻孔角度满足图纸要求。

（4）终孔标准

所有灌浆孔均应不小于设计孔深，灌浆孔灌浆前通知监理工程师验收孔深。

3.2.2 钢化管安装

采用直径Φ80 mm，管长5 m无缝钢管，管身每隔15 m，留有6 mm～8 mm注浆孔。底板孔钢花管采用人工顶进，其余孔采用钻机顶进

3.2.3 灌浆

（1）灌浆材料及参数

①注浆材料：0 m～3.0 m采用水泥浆注浆，3.0 m～8.0 m采用油溶性聚氨酯化学浆液。

②注浆参数

化学浆：注浆终压通过试验孔注浆后确定为3.5MPa～5.0MPa；扩散半径2.6 m。钻孔深度8.0 m，孔底间距4.0 m。钢花管长5.0 m，外径80 mm。

水泥浆：注浆终压参照本隧洞固结灌浆压力确认为0.7 MPa；扩散半径2.22 m。孔深3.0 m，孔底间距2.22 m。

（2）灌浆材料及设备

聚氨酯化学浆液：采用北京瑞诺安科新能源技术有限公司生产的油溶性双组份聚氨酯化学浆液，现场施工采用双液化学注浆泵按体积1:1混合。该产品反应速度快，本体强度高、粘结力强，固结物耐久性强，能保证有效、持久堵水效果；无任何溶剂和挥发性物质，无毒无害，对水质无影响，环保安全，适用于引水标准。A/B组分混合5s后，浆液粘度迅速达到2500 MPa·s左右，不易被水分散；抗压强度≥60 MPa。

水泥浆液：①水泥灌浆采用代号为P.042.5的普通硅酸盐水泥，水泥应新鲜不结块，水泥细度要求为通过80 μm的方孔筛余量不大于5%，其性能要求满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）规范的有关标准。灌浆用水达到地表Ⅱ类水以上标准，符合砼拌制用水的要求，拌浆用水的温度控制在5℃～40℃。②所有制浆材料必须称重，水泥等固体材料应采取重量称量法称重，称量误差不得大于5%。③灌浆浆液搅拌均匀并测定浆液密度，使用高速搅拌机，搅拌时间不少于30 s。④浆液比级为 6∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1、六个比级，开罐比为3∶1，灌浆时浆液浓度按以上次序逐级变浓。⑤制浆机的性能与灌浆泵的排浆量相适应，并能均匀、连续地制浆，其中高速制浆机的转速不低于200 r/min。

（3）灌浆方法

①灌浆前对施工单元的初衬混凝土进行检查，对有异常不利于灌浆工程的地段按相关规范处理。

②灌浆孔均采用纯压式灌浆法施工。

③灌浆按环内分序的原则、分Ⅰ、Ⅱ序施工。先Ⅰ序灌浆后Ⅱ序孔灌浆。

④每环钻孔提前施工，灌浆时相邻孔可兼做作为检查孔。

⑤灌浆过程控制采用灌浆自动记录仪监控灌浆全过程，在每孔灌浆前，将灌浆参数输入灌浆自动仪，包括孔号、段长、孔深、灌浆压力的信息，灌浆结束后打印灌浆记录资料。

⑥灌浆结束标准，聚氨酯化学浆液在试验压力下进浆量为0，或压力急剧增高可结束灌浆；水泥浆液灌浆在规定压力下，单孔准入率小于1 L/min，并继续灌注30 min即可结束灌浆。灌浆结束后，直接闭合灌浆塞孔口闸阀，闭浆8 h，待水泥浆液初凝后拔出灌浆塞，防止灌入的水泥浆液泄露出灌浆孔。

3.3 应急措施

（1）灌浆过程中出现冒浆、漏浆时，根据情况可采取嵌缝、表面封堵、低压、限流、限量、间歇灌注等方法。

（2）灌浆过程中出现串孔时，用专用堵孔塞塞住被串孔，在灌浆结束后，按灌浆顺序检查串浆孔，扫孔灌浆直至结束。

4 结论

本文以引汉济渭工程秦岭隧洞出口延伸段为工程背景，针对目前出现的持续涌渗水问题，采取水泥浆与化学浆相结合的注浆堵漏技术方案，得出如下结论：

1）隧洞涌渗水洞段，经过一系列的堵漏措施后，隧洞内涌渗水问题未见明显衰弱，为了确保二次衬砌混凝土的结构安全，需要研究新的有效堵漏技术方案。

2）研究采用水泥浆与化学浆相结合的注浆技术方案，径向注浆深度8 m，3 m～8 m范围内为化学浆止水圈，0～3 m内为水泥浆加固圈，在工程初步应用中取得良好的效果。