富水隧道径向注浆堵水技术

富水隧道径向注浆堵水技术

摘要：在小断面隧道施工中所面临的难题之一是水的问题，水不仅影响工作面的安全，同时也对地面构筑物及地表有一定的威胁。如何对富水隧道掌子面进行加固止水是施工的关键，引汉济渭秦岭输水隧洞工程某区间段采用径向注浆堵水技术成功的完成了富水段的施工。以此表明在富水岩层采用径向注浆注浆堵水技术是可行、有效的。本文针对此实例，详细论述径向注浆堵水技术的原理、工艺流程，及径向注浆堵水技术在富水区注浆堵水应用的效果。

Abstract： One of the problems faced in the construction of small-section tunnels is the problem of water. Water not only affects the safety of the working face， but also poses a certain threat to the ground structures and the surface. How to carry out the reinforcement and water-stop of the face of the rich water tunnel is the key to the construction. The construction of the rich water section was successfully completed by using the radial grouting technology and water blocking technology in a

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section of the Qinling Water Conveyance Tunnel Project in Hanjiang-to-Weihe River Water Transfers Project. This shows that it is feasible and effective to use radial grouting and water blocking technology in water-rich rock formations. Aiming at this example， this paper discusses in detail the principle and technological process of radial grouting and water blocking technology， and the effect of radial grouting and water blocking technology in grouting and water blocking in water-rich areas.

关键词：径向堵水;富水岩层;双液浆

Key words： radial water plugging;water-rich rock formation;double-liquid slurry

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）22-0144-03 1 工程概述 1.1 工程概况

引汉济渭工程地跨黄河、长江两大流域，穿越秦岭屏障，经过总长98.3km的秦岭隧洞将水送至关中。引汉济渭工程秦岭隧洞（越岭段）0-1號勘探试验洞工程位于汉中市佛坪县陈家坝镇小郭家坝蒲河右岸，支洞全长1513m，综合坡度10.44%;主洞上游1050m，下游2984.226m，纵坡比降1/2527，成洞尺寸6.76×6.76m（宽×高），预测主洞正常涌水量

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51764m3/d，可能出现的最大涌水量103528m3/d，隧道衬砌为复合式衬砌。设计止水方式为环、纵向施工缝中埋式钢边止水带以及变形缝中埋式橡胶止水带。进入主洞后，围岩破碎富水，地质情况复杂，多处段落在开挖后出现散状渗水、集中涌水现象。

为了确保掌子面施工及运营期的安全，减少或避免渗涌水对衬砌混凝土质量的破坏，降低施工期间的抽排水成本，在该段开挖初支完成后，围岩具有一定自稳能力时，先对涌水点进行埋管集中引排，等涌水量及水压减小达到允许排放标准后在采用径向注浆加固围岩堵水。 1.2 富水段落径向注浆堵水原理

在已开挖完成的富水段落，根据涌水部位沿径向钻设注浆孔，埋设楔形开孔小导管，制作水泥-水玻璃双液浆，将浆液通过小管道渗透、扩散到围岩裂隙中，利用浆液凝固时间短的特点，封堵轮廓线之外的地下水，减小富水破碎围岩的渗透性和支护结构承受的水压力[1]，提高破碎围岩的整体稳定性。

1.3 富水段落径向注浆堵水适用范围

适用于开挖完成富水段落堵水稳定围岩，也可用于穿越破碎围岩、富含地下水段落超前预注浆。 2 注浆范围的确定

主要针对集中涌水、大面积线状出水段落进行径向注浆

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堵水。

2.1 集中涌水

针对集中涌水，注浆固结圈为出水区域外4.5m左右，梅花形布置，钻孔直径为50mm，单孔深4.5m，角度与岩面垂直，股状出水点附近加密4个注浆孔。以此判断出水深度。布孔见图1。

2.2 大面积线状出水

针对大面积线状出水，在出水段落周边环向按2.5m、纵向按2.0～2.5m间距进行钻孔，梅花形布置，钻孔直径为50mm，单孔孔深4.5m。钻孔过程中，若发现某孔出现较大股状出水，则在该孔周围按照股状涌水进行钻孔加密。布孔见图2。 3 注浆

3.1 注浆前准备工作

①熟悉掌握施工图纸，了解注浆堵水的重要性及要求，选用专业的注浆队伍，并组织培训。②按照图纸要求，将各项参数输入注浆自动记录仪。③加工注浆导管，准备水泥、水玻璃等材料。④发放安全防护用具，保障施工人员的安全及健康。 3.2 布孔

注浆时应尽可能发挥注浆孔的扩散能力，以保证最大的注浆体厚度，减少钻孔数量。注浆孔布置时，避免出现孔与

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孔之间的搭接不紧密的“窗口”或“注浆盲区”。多排孔的最佳搭接为等边三角形梅花形布置[2]，注浆孔间距与扩散半径[1]的关系为：

式中R为扩散半径。

双液浆设计扩散半径为1.5m，则钻孔间距a不得大于2.6m。

3.3 注浆导管制作

采用Ф42钢管加工成注浆导管，管体沿纵向间隔20cm、环向间隔120°梅花形钻孔，管头为锥形，管长不小于4.5m。见图3。

3.4 双液浆制备

注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，水泥标号为P.O52.5普通硅酸盐水泥。水灰比1：1，水泥浆与水玻璃体积比为1：1～1：0.6，水玻璃浓度为35Be\"。现场根据配合比及制浆机、储浆桶容量配备相应的称量器具，保证配合比的准确性[3]。注浆终压1.5～3MPa，并通过试验最后确定。

在HS-GJ300涡流制浆机内按照配合比添加清水，开动搅拌机后，缓缓加入要求的水泥量。搅匀后，将制好的水泥浆输送至JZW200储浆桶上层，开启储浆桶搅拌机，在上层桶内加入要求的水玻璃。搅匀后，开启阀门，将制好的双液浆流入下层桶，关闭阀门，下层桶内双液浆即可供注浆使用。制浆工序见图4。

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3.5 钻孔、安装注浆导管

①确定堵水部位后，对钻孔部位进行测量放样。 ②注浆孔采用YT-28手风钻钻孔，成孔直径50mm，成孔后利用风钻将导管送入孔内。采用快凝混凝土等锚固材料作为止浆塞粘接注浆导管与孔壁。具体安装见图5。 3.6 注浆 3.6.1 分序

注浆前，将钻孔按照由下而上、由两侧向中间实施挤密型注浆的原则进行分序，并逐孔编号[4]。注浆顺序见图6、图7。

3.6.2 参数确定

注浆前实测出水点水压，并进行压浆试验，确定合理的注浆参数。分序完成后，在自动记录仪内一次输入注浆时间、里程、水灰比、水玻璃配合比、孔号等内容。 3.6.3 注浆方式

径向注浆采用全孔一次性注浆方式进行。 3.6.4 注浆顺序

①大面积线状出水部位，采用分段前进式注浆，按照注浆前的分序进行，即先跳孔跳排注Ⅰ序孔，然后注剩下的Ⅰ序孔;从上而下，从两边向中间，实现挤压密实，达到堵水的目的[5]。

②集中涌水点，按照注浆前的分序进行，即由下而上先

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注外圈孔，再注内圈孔，若需设置多排孔，则仍然按照先跳孔跳排，最后注中间涌水点[6]。 3.6.5 注浆结束标准 ①单孔结束标准：

达到设计终压并继续注浆10min以上，单孔进浆量小于20L/min。

②全段结束注浆标准：

所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏浆现象;出水段内涌水封堵达到70%以上，若该段剩余涌水量仍较大时，则继续重新钻孔、注浆，直至注浆后段内涌水量不大于5～10m3/md。

3.6.6 注浆效果检查

每区段注浆结束后，重新打设不少于该区段总孔数的5%作为检查孔，检查孔深依据检查孔的开孔位置及角度确定，对检查孔进行采岩芯，观察注浆的充填情况，浆液固结体应充填密实，固结良好，取芯后孔内无出水[7]。 4 材料与设备

根据径向注浆堵水施工特点及要求，需要主要材料见表1，机械设备见表2。 5 质量控制

5.1 钻孔精度控制

①钻孔前，在已确定的径向注浆堵水位置根据实际出水

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点的情况对钻孔定位，孔位梅花型布置，确保90%以上钻孔出水。②钻孔时，为确保堵水效果，严格按照径向打孔，确保孔口、底的孔距一致，实现浆液扩散等边三角形搭接，避免出现搭接不紧密的注浆盲区。 5.2 制浆质量控制

①水泥、水玻璃使用前对各项性能指标逐一检测合格，现场配备专业称量、检测密度的设备，对配合比严格卡控，并及时记录，根据堵水效果对水玻璃的掺量进行适当调整。②制浆前，对出水点水压进行实测，并进行压浆试验，以确定合理的注浆参数。 5.3 注浆质量控制

①所有钻孔均进行了编号管理，在注浆过程中使用了注浆自动记录仪，能偶准确掌握各种信息，根据堵水情况，可随时调整注浆顺序、参数等。②注浆时，严格按照分序由下而上、由两端向中间、跳孔跳排的顺序进行，实施挤密型注浆。③备用注浆塞，在注浆过程中发生串浆时，利用注浆塞将串浆孔封堵，确保注浆孔浆液密实，达到结束注浆标准[8]。④注浆结束后，按照不少于注浆区段总孔数5%的标准打设检查孔，对注浆效果进行取芯检查，确保了注浆质量可控。 6 效益分析

①通过进行径向注浆，涌水段落原本破碎的圍岩，稳定性得到提升，围岩沉降变形得到了抑制，达到了预期的安全

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目标。②注浆堵水的成功，洞内总排水量随之下降，抽排水成本得到大幅降低，在很大程度上节约了抽排水耗费的电力资源，满足国家关于建设节能工程的有关要求。③注浆施工周期短，功效高，大大降低了涌水对施工进度的影响，施工作业环境得到了明显改善。④经过对富水段落进行注浆堵水处理，有效降低了涌水对后期进行的衬砌混凝土施工的影响，同时与设计中各类止水带的相互搭配，保证了衬砌混凝土强度，同时避免了衬砌施作完成后混凝土外观渗漏水的现象。⑤该技术在穿越断层破碎带、富水段落的地下工程施工中均具有较好的推广和应用价值，同时也为未开挖段落超前预注浆、帷幕注浆提供了理论与实践基础。 7 结束语

引汉济渭工程秦岭隧洞（越岭段）0-1号勘探试验洞工程主洞下游在施工过程中多次出现集中涌水，最大日排水量高达3.5万m3/d，洞内抽排水用电6万度/月。同时，富水段落围岩破碎，节理裂隙发育，剥落掉块严重，对施工安全、成本、进度造成了极大影响。该工程在已开挖涌水段落应用了径向注浆堵水施工技术，采用Ф42mm、长4.5m钢管作为注浆导管，注入水泥-水玻璃双液浆进行了堵水，各作业区段堵水率达到了80%，日排水量降至7000m3/d，大大降低了施工成本，保证了工程的顺利进行，同时也为后期衬砌混凝土施工打下良好基础。

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参考文献：

[1]邢天恩.隧道地表深孔注浆加固围岩堵水施工[J].石家庄铁道学院学报，2021（S1）.

[2]贺淑焕，丁常国.深孔注浆处理隧道塌方体[J].地下空间，2021（02）.

[3]赵西法，刘成和.水泥基-玻璃纤维浆液在岩溶突水注浆加固工程中的应用研究[J].铁道建筑技术，2021（07）. [4]李剑明.深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工中的应用[J].工程技术，2021（5）.

[5]苏飞.深孔注浆技术在地铁暗挖区间施工中的应用[J].科技传播，2021（6）.

[6]陈瑞林.深孔注浆技术在地铁建设方面的研究[J].现代管理，2021（02）.

[7]刘金山.反坡斜井突涌水施工技术[J].铁道建筑技术，2021（09）.

[8]毕雪芳.深孔注浆技术在地铁隧道建设中的应用[J].价值工程，2021（7）.

作者简介：计克伟（1981-），男，湖北丹江口人，毕业于三峡大学，研究方式为施工技术。

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