摘要：本文通过对地下水丰富、埋深较大、穿越河流峡谷等区域的隧洞开挖涌水情况采用常规阻水注浆法施工出现的反复处理、工期不确定、效果不可靠等问题进行分析，以解决该方法处理涌水成本过高、堵水效果差等缺陷，通过多次注浆试验、方案优化、材料比选等方式进行改进和技术修正，得到采取先导水让所有涌水从导水管流出，再采用砼堵头进行漏水部位全面封闭，最后用快速凝固的特种水泥进行高压灌浆的施工方式，使复杂地层隧洞涌水处理施工一次性合格，且安全可靠，工期可控，成本较低，改善了施工环境，取得了良好的社会效益，值得在其他类似工程推广。
关键词：隧洞；开挖；涌水处理
1前言
某隧洞开挖施工因前期地质预报缺失，造成隧洞开挖过程中大量涌水，直接危害到了施工人员和设备的安全，导致开挖被迫中断、施工工期延误。受工期压力、经营压力等方面的影响，在对涌水的水源、水压、水量以及涌水部位的地质条件缺少充分调查研究的情况下，施工单位确定阻水注浆方案尤为关键，稍不注意将造成处理费用高昂、效果不好、事倍功半的不良结果。
目前隧洞涌水处理常用阻水注浆法。即通过在涌水部位钻孔或埋设灌浆系统，采用注浆泵灌注水泥基材料达到阻水目的。用该方法处理复杂地层隧洞涌水往往难以凑效，主要表现为以下特点：
（1）漏水点多面广，难以堵漏。
由于破碎带、软基夹层等地质缺陷部位封闭措施很难凑效。
（2）水量大，水压大，注浆效果不好
水泥基注浆料的凝结速度慢，胶凝质遇水弱化或被水冲走，注浆效果不好。
（3）施工环境差
施工过程中常带水作业，工人需要在喷淋状态下进行钻孔、嵌缝、压盖封闭等施工，劳动条件差。
（4）堵漏效果不可靠。
由于岩石基础软弱、破碎，不宜高压注浆，因此堵漏范围小，效果不可靠。
针对近年来隧洞工程现状，我们以东北区域输水隧洞群为依托，开展了涌水处理施工方法研究，特别是对软弱岩体、破碎带等复杂地层涌水，通过对涌水成因，涌水特征及涌水发生的地质条件等进行了全面系统的研究分析，通过多次注浆试验、方案优化、材料比选等工作，已经形成了一套处理复杂地层隧洞涌水施工方法，取得了明显效果，达到了快速高效、安全可靠效果
2施工特点
（1）采用砼堵头封闭涌水部位，快速高效，牢固可靠
根据涌水出漏点的围岩情况及范围大小安设导水系统，并进行砼堵头的设计。导水系统采用一根或多根配有阀门的钢管收集与导出漏水，必要时钻导水孔导水。系统布设完成后固定导水管，为砼堵头浇筑创造良好的施工条件。堵头大小应根据出漏部位的地质情况，尽可能将软弱、破碎部位全部封堵。考虑到注浆压力影响，堵头应与岩体采用锚杆连接。
（2）采用特种注浆材料，确保凝结时间可调，易于操作，堵漏效果迅速
采用HSC（防渗帷幕型）注浆材料，其特点：
1）浆材可以在小于0.8m/s水流流速中不被水稀释，呈胶状连续充填过水通路，留存率大于95%；
2）凝结时间可调（20—90min），堵漏效果迅速，灌浆可控性高；
3）灌浆材料自然充填水路通路，不受注浆材料速凝的不确定性干扰，其充填水路通路的有效范围更大，无效范围更小，因此其注浆堵水的可靠性高；
4）注浆材料是水泥基材料，无水玻璃类材料的耐久失效问题，易于保证灌浆质量。
5）市场价在每吨3000元左右，相对普通水泥材料成本偏高；
6）吸浆量大小与浆液水灰比之间，以及凝结时间与浆液水灰比之间的关系需要通过实验和实践总结，初次接触者需要一个熟悉过程。
（3）注浆压力大，安全可靠
待砼堵头凝固到一定强度后，用导水管由低向高灌浆，相比普通钻孔封堵法，注浆压力可以迅速提高，安全可靠。
（4）减少材料浪费
相比普通注浆法，很大程度减少了水泥等材料的浪费。
（5）施工工况大大改善
相比钻孔导排法，工人不必迎水施工，工况大大改善。
3适用范围
适用于隧洞开挖涌水处理工程，特别是复杂地层涌水处理效果可靠，经济可靠，一次性处理效果好。
4工艺原理
先导水，让所有涌水从导水管流出，再采用砼堵头进行漏水部位全面封闭，最后采用快速凝固特种水泥高压灌浆。
5施工工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
涌水情况分析-埋设导水系统-浇筑砼堵头-注浆-拆除砼堵头。
5.2操作要点
涌水情况分析主要判断涌水部位的围岩及涌水出漏点分布情况、涌水大小、水压估计，为后续导水系统制作安装、砼堵头工程量、注浆压力等提供初步数据。
导水系统埋设前，根据漏点的水量大小，选用相应大小的钢质管材。钢管固定可钻设锚杆，焊接进行单根固定或群组固定，其强度满足砼堵头施工需求。钢管出水端配置性能可靠的阀门，进水端口不得堵管。漏水收集应达到95%以上，以不影响砼堵头浇筑质量为宜，可在钢管进水端口采用铁筛网加速凝砂浆进行封闭。出漏形状不规则或具备钻孔导排水的部位可进行钻孔导排水法。
砼堵头采用普通低标号砼，采用钢模、木模或砌筑砖墙等或者三者组合形式。迎水面辅垫棉絮防止浇筑时漏浆。堵头厚度根据情况一般选择50cm-100cm厚。砼用量较小时，用装载机配合人工入仓，浇筑48小时后方可拆模。
注浆前在洞内靠边搭设制浆站、水泥库，宽度不超过2m，以满足工程车辆进出。制浆站搭建在无渗漏水，较干燥的部位，确保水泥存放数量和质量要求。水电管线规划整齐有序，并进行安全防护标识。灌浆设备尽量在距离施工现场较近的位置，以便随时与现场进行联系，及时调整灌浆压力、水灰比以及开停机。灌浆过程严格控制水灰比，浆液搅拌均匀，保证搅拌时间。搅拌好的浆液在储浆斗内过滤，以防管道堵塞。每次灌浆前，认真检查安全阀和压力表的有效性。隧时注意观察灌浆泵和孔口压力值的变化及灌浆量的变化，随时采取应变措施。开灌后应根据排水管出浆情况进行阀门开关，以有利于浆液沉积蓄凝，直至浓浆流出，关闭阀门，使排水管彻底封堵。灌浆压力应尽量加大，一般应大于地下水压0.5MPa，以保证一定的灌浆范围。
注浆结束24h后，可在漏水部位钻设检查孔或超前预报孔，如还存在漏水，可进行补充灌浆，如不漏水，即可进行砼堵头拆除。
6施工材料和设备
6.1施工材料
砼堵头采用普通低标号砼（C15-C20），注浆材料采用HSC（防渗帷幕型），产品参数为：
HSC（防渗帷幕型）注浆材料
浆液配比及凝结时间
6.2施工设备
灌浆泵采用三缸黑旋风3SNS高压灌浆泵，最高压力可达12MPa，出口排浆量120L/min。制浆采用ZJ-800型高速制浆机。
7施工注意事项
导水系统安装必须牢靠，防止浇筑时位移造成导水管堵塞或漏水，影响砼堵头的浇筑质量。模板安装必须稳固，模板间缝隙采用棉絮等填塞，防止浇筑漏浆。注浆操作工人应进行岗前专项培训，操作熟练。浆液比例控制严格，采用衡器进行称量。灌前设备状态良好，施工过程连续无中断。
8效益分析
复杂地层隧洞涌水处理施工工艺较普通方法略复杂，但避免了迎水作业和常规施工法反复处理、工期不确定、效果不可靠及处理成本过高、事倍功半问题。且涌水处理方法可靠，堵头封闭可靠、工况改善大，一次性合格率高且工期可控，成本较低，同时减少了水泥材料的浪费，社会效益巨大。
论文作者:刘忠雨
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：隧洞论文; 注浆论文; 浆液论文; 材料论文; 效果论文; 水处理论文; 地层论文; 《基层建设》2019年第26期论文;