中铁十二集团第二工程有限公司 山西太原 030032
摘要：贵州省夹岩水利工程水打桥隧洞，为深埋长隧洞，隧洞地质已灰岩、泥质灰岩、泥质白云岩及溶塌角砾岩为主，节理裂隙及岩溶发育，在隧洞开挖过程中，揭露岩溶管道，造成隧洞突泥突水，高压水瞬时流量大，淹没隧洞，给隧洞施工带来了巨大的风险。通过隧洞高压堵水帷幕灌浆施工，有效的封堵了岩溶管道，封堵了隧洞渗漏水，保证了施工的安全，通过高压灌浆技术的总结，对今后类似施工起到借鉴作用
1、工程概况
1.1、工程简介
贵州省夹岩水利贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程灌区骨干输水工程北干渠2标承担灌区骨干输水工程水打桥隧洞（长20km）出口段施工任务。水打桥隧洞地形主要为沿线河流深切，沟谷众多，岩溶发育，地表高程一般在1240～1685m，沟谷切割深140～180m，为峰丛洼地岩溶地貌。隧洞埋深25~480m，隧洞穿越地层主要为三叠系中、下统地层，洞线与岩层走向夹角5-30°。地质构造主要为F106断层，受其影响沿线形成多条牵引式小断层。
1.2、K11+930涌水情况简介
水打桥隧洞（4#支洞承担下游段）工作面施工至11+930（距交叉口163米），在该桩号掌子面进行超前加深炮孔时，3个孔（如下图中1、2、3号孔）施工至1.8米深度遭遇涌水。探孔内涌水喷出约12米远，水质浑浊，当时估算涌水量约5000m3/d，估测涌水压力约0.4MPa。此后又在掌子面钻了1个探孔，涌水喷出20米左右（水平距离），致使4#支洞下游工作面涌水量达约8000m3/d。之后几天涌水点压力不变，水质变化较大，涌水点水质浑浊时携带大量泥砂和砂砾。8月27日早上7：30，探孔被砂石堵塞，水压减少，只有两个孔（4号孔和2号孔）出水，4号孔喷出约5米，2号孔喷出约2米。之后水压一直保持不变。
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水打桥隧洞探孔涌水示意图
2、施工方案选择
2.1、K11+930突泥突水施工重难点
由于突水孔水压及流量均较大，且经过TSP超前地质探测发现，未揭前端露围岩富水且渗水来源无法确定，通过封堵岩溶管道及裂隙堵水是对K11+930突泥突水的唯一方案。K11+930段围岩节理裂隙及岩溶管道发育，灌浆过程中浆液扩散方向和扩散半径不可预知，影响到管线封堵效果由于突水压力大，如何正确选择灌浆压力和灌浆方法，对灌浆效果起着至关重要的作用。
2.2、方案选择及方案综述
根据隧洞围岩节理裂隙及岩溶管道发育及涌水量大的特点，确定了分段分序灌浆超前堵水帷幕灌浆方案，具体方案如下：先施工锚杆和止浆墙，锚杆的作用使止浆墙与岩体共同组成受力体系，来承受涌水水压。将掌子面涌水采用预埋钢管引排至止浆墙外。对11+928～11+930已开挖段全圆轮廓内浇筑2米厚C25砼止浆墙。灌浆孔沿洞壁周边环向单排布置，共计24个孔，钻孔直径φ90mm，孔距0.76m，钻孔向外倾斜12°，孔深15.4m。灌浆分Ⅲ序施工。灌浆材料为P.O32.5普通硅酸盐水泥浆，水灰比0.5～1，掺入水玻璃稀释液，水泥浆与水玻璃体积比为1:1～1:0.6，根据渗水情况和水压情况调节，确保浆液凝结速度在30s~90s灌浆压力为单个灌浆孔测得的地下水压力加0.1MPa。
3、K11+930超前堵水帷幕灌浆施工
3.1、灌浆施工
1）钻孔：钻孔设备选用YG100导轨式潜孔钻,钻头直径φ90mm。钻孔附近有渗、涌水，调整孔位至渗、涌水处。钻孔顺序同灌浆顺序。
2）灌浆：灌浆设备为160型灌浆泵，注浆管用φ25钢管配高压胶管。制浆采用ZJ2*400高速制浆机。孔口采用卡塞连接配套闸阀灌浆。管口设置球形闸阀2个，一个进浆（水泥浆），另一个进水玻璃浆。灌浆结束同时关闭两个闸阀，至少保证闭浆4小时以上。灌浆施工工艺流程如下。
施工准备→钻孔→灌浆设备安装及浆液制备→灌浆→质量检查→封孔
4）制浆:采用人工上料+机械制浆，制浆机安装在灌浆附近位置，直接输送至储浆桶。
5)灌浆顺序:灌浆顺序:灌浆按III序进行，先灌注I序孔，后灌II序孔，最后灌注III序孔。单孔灌浆孔长度为17.4米（自止浆墙面11+928起算），钻孔及灌浆按照分段灌注的原则进行。I序孔单孔灌注分四段进行,II、III序孔分三段进行。
3.2、灌浆方法
灌浆采用纯压式。
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4、K11+930灌浆总结（第一循环）
4.1、灌浆成果（第一循环）
灌浆按照I序孔、II序孔、III序孔分别进行，灌浆采用由外向内分段灌浆方式进行，分段长度4~6m，I序孔共计6个孔，II序孔共计6个孔；III序孔共12个孔。灌浆成果如下表。
灌浆成果一览表
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4.2、灌浆成果及经验总结
1）Ⅰ序孔单位注入量为2204.8kg/m，Ⅱ序孔单位注入量为1543.3kg/m，III序孔单位注入量为1040.5kg/m，平均单位注入量为1456.5kg/m。由以上数据可以看出，注入量由灌浆次序的增减而明显减小，符合各次序灌浆耗灰量变化规律及围岩岩溶管道及溶洞溶腔发育的实际情况。
2）、通过最先施工的I序孔灌浆过程及成果分析确定，在进行I序孔分段灌浆过程中，以I-1号孔、I-5号孔、I-9号孔、I-13号孔、I-17号孔、I-21号孔为例，I序孔第1段灌浆前的孔口渗水压力0.4MPa，第1段灌浆完成后进行第2段钻孔后，测得孔口水压力为0.5MPa，第2段灌浆完成后进行第3段灌浆钻孔后，测得孔口水压力为0.5MPa，第3段灌浆完成后进行第4段灌浆钻孔后，测得孔口水压力为0.7MPa，说明随着渗水的封堵，外水头压力在也逐步提高，故各段灌浆压力不能按照一个灌浆压力进行，随着灌浆段数增加，起灌压力应根据渗水压力及时调整，采用起灌压力为渗水压力0.5MPa时，受到渗水压力的反作用，浆液灌入量较小，影响到灌浆封堵效果，根据现场实际情况，采用起灌压力渗水压力0.6MPa可以有效提高灰浆灌效率，加快施工速度，提高灌浆效果。由于灌浆完成后，采用爆破开挖，如扩散圈太小，爆破震动可能破坏灌浆密闭全，所以需要总够大的扩散半径来保证施工安全，所以封孔采用灌浆压力1.2MPa。由于渗水孔段围岩节理裂隙发育，故起灌浆液水灰比采用1:1开始进行灌浆，当注入量大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓，经现场试验及灌浆记录确定，开灌水灰比为1:1。
4）、I序孔也与I序孔相同，存在分段灌浆的施工，外水压力逐渐增大的趋势，并且由于外水头压力增高，渗水对灌浆扩散的影响加剧，故选择灌浆压力比I序孔灌浆压力要大，根据现场实际情况，选择渗水压力+0.4MPa，终压选项初始压力+0.6MPa能够达到提高灌浆效果的目的。以II-3号孔为例，第1段渗水压力为0.5MPa，第二段渗水压力为0.4MPa，第三段渗水压力为0.8MPa，根据现场情况，第一段采用1MPa,终孔压力采用1.7MPa，第二段初拟灌浆压力为0.9MPa，终孔灌浆压力为1.7MPa，第3段初拟灌浆压力为1.3MPa，终孔压力为1.9MPa达到了良好的灌浆效果。
5）、由于I序孔II序孔封堵了大部分的裂隙，具体表现为III序孔1段基本无渗水，但进行部分孔段第2段、第3段钻孔过程中，仍出现有渗水现象，且存在灌浆量较大的地段，III序孔灌浆主要是补强加固帷幕圈，故选择灌浆压力根据钻孔情况灵活选择，根据现场实际情况，选择与II序孔灌浆压力相同或者+0.1MPa，终孔压力与I序孔、II序孔相同，为初拟灌浆压力+0.6MPa。
6）、进行有渗水孔洞灌浆过程中，为了减少渗水对灌浆材料的影响，加快灌浆水泥的凝固，以达到封堵裂隙的效果，现场采用了水泥~水玻璃双液浆灌浆方式，参加水玻璃16波美度，根据现场试验确定外掺比例1:0.7~1:0.9，根据现场试验，体积比1:0.7凝固时间为49秒，体积比1:0.8凝固时间54秒、体积比1：0.9凝固时间为66秒，既能满足浆液扩散时间，加快浆液凝固时间。
过灌浆后预留观察孔观察后开挖后岩面渗水情况，通过K11+930超前帷幕灌浆施工，有效的封堵隧洞岩溶裂隙，开挖达到了无渗水状态，通过优化爆破方案减少爆破对帷幕圈影响较小，未出现受到爆破震动出现渗水情况。
5、结束语
在贵州省喀斯特地面深埋长水工隧洞工程项目施工建设中，岩溶突泥突水地质灾频发，如何能有效的对突泥突水地质灾害进行有效预防和处理，是隧洞安全快速施工的关键环节，超前堵水帷幕灌浆技术采用水泥~水玻璃双液浆，很好的解决了水泥浆按设计堵水扩散半径问题，能够有效的加固围岩，封堵地下水，较好地提升隧道围岩的稳定性，取得了良好的工程效果。