3#隧洞进口段洞内突水涌水地段灌浆施工方案报告

甘肃引洮供水一期工程总干渠3#隧洞进口段工程

合同编号：YT034-SG03-0617

洞内突涌水地段灌浆施工方案

甘肃省水利水电工程局 引洮一期工程项目部（1） 二○一○年十月十二日

3#隧洞进口段洞内突涌水地段灌浆施工方案

一、洞内各洞段涌水情况及排水抢险实施过程

引洮供水一期工程总干渠3#隧洞进口段工程，于2010年5月27日，在桩号8+914处拱顶位臵出现大面积股状压力涌水，围岩结构破碎，涌水中带有泥浆、碎石，顶拱部位塌方严重，当日我部根据涌水情况在此处增加1台7.5kw污水泵、1台7.5kw离心泵加强抽排。经我部联合驻地监理工程师对涌水流量进行观测，出水量在85m3/h左右，24小时之后出水量逐渐减小，出水量稳定在30m3/h，时至目前水量没有变化。

2010年 6月3日中午12时隧洞掘进实施打眼作业，桩号8+928掌子面由于裂隙发育严重，促使岩体内裂隙发育串通，造成岩体内地下水汇集，下午15时掌子面8+928处四个辅助孔眼出现压力涌水（详见下图所示），涌水中带有泥浆、碎石。经我施工人员与现场监理工程师共同测量确认，其中1#孔眼

桩号：8+928水流射程达5.5米，经量测流量为24 m3/h,2#至4#眼孔水流射程为3-4米，经量测单个孔眼平均流量均在40.68 m3/h，合计146 m3/h。由于洞内涌水大，洞内现有排水设施不足，洞内水位急剧抬高，下午18时水位上升到了100cm以上(洞内积水最高峰时1.3m),钻孔作业无法进行，迫使工程全面停工。在此紧要关头，为保证隧道安全，避免洞身长期浸泡，我部立即用装载机抬高料斗送人至掌子面，对①-③号眼孔实施木楔封堵，只留④号孔排水。

从2010年6月4日开始，我施工人员与现场监理工程师开始对掌子面每

天拔出木楔进行涌水流量观测，其中6月8日，15日、18日、19日我部联合现场办、设计、监理四次对掌子面涌水进行详细观察，截止6月21日涌水流量和射程没有大的变化。

为了尽快解决洞内积水，2010年6月5日我部积极组织力量，在齐腰深的水下不分昼夜连续作业，在8+900处和7+560处各增加37KW离心泵1台，接力抽排，抽排流量为单台160 m3/h并延长Ф159排水管道168m，使洞内积水开始回落至60-80cm。由于涌水流量不减，我们分析有地表水补给，因此在6月6日，我部有关人员联合监理部有关人员沿3#洞进口段轴线对沿线地形地貌进行察看，未发现有地表水沟。

2010年6月23日，我部在掌子面安装2台160kw离心泵、安装Ф159排水钢管2488m加强抽排。洞内水位有所下降，随后开始试探性洞身掘进，爆破后掌子面空洞部位突水，再次增大、水位急速上升，洞内施工被迫停工。

2010年6月24日上午, 桩号8+931掌子面突水量突然增大， 经我施工人员与现场监理工程师共同测量确认，突水量为320 m3/h。

2010年6月29日上午9时，桩号8+931掌子面突水再次急剧增大，致使洞内积水水位快速提高，积水流出洞外，洞内设备淹没、损失严重。经我施工人员与现场监理工程师共同测量确认，突水量为500 m3/h。

2010年6月30日下午15时洞内掌子面水位涨至2.5m，造成500kvA变压器及高低压配电线路全部被淹。

2010年7月1日突水流量再次增大，经业主、设计、监理、施工单位共同量测，突水量为930m3/h。

根据2010年7月1日《引洮供水一期总干渠3#隧洞进口施工排水方案座谈会议纪要》精神和我部上报并已批复的排水抢险施工方案，我部积极组织投入大量人力及大型设备和材料进行洞内抢险抽排水（详见附表），并于2010年9

月10日排水至掌子面位臵。2010年9月14日凌晨，我部在做堵水注浆准备工作过程中，掌子面涌水再次突然增大，当时涌水量达1640m3/h，致使隧洞再次被淹，经业主、设计、监理、施工单位现场研究讨论，加强洞内抽排水。我部积极组织投入大量人力及大型设备和材料进行洞内抢险抽排水（详见附表），并于2010年10月26日排水至掌子面，2010年11月10日掌子面封堵完成。 二、下一步工程实施施工方案

由于隧洞掘进至目前地段，设计地层岩性为灰岩，向斜构造，存在岩溶涌水，岩石结构有破碎，岩体内有岩溶管道形成，周围山体的地下水通过岩体裂隙向岩溶管道汇集，突水频发持续。出水量近4个多月持续不减，我们预计岩溶发育形态有岩溶洼地、岩溶槽谷、溶洞和地下暗河。这些暗河和洞穴的存在，为地下水的径流贮存及隧洞突涌水提供了良好的通道，为雨天降水和地表水的灌注地下隧洞提供了条件。

6月29日以前掌子面出水形态主要为右侧突水，左侧为渗流水，但经过近2个月的渗流和水压冲刷作用，无论左侧和右侧，整个全断面岩体裂隙的连通性增加，张开度增大，从而增加了渗透能力。同时使裂隙面上的充填物发生变形和位移，尤其是剪切变形和位移，由此导致裂隙的再扩展，从而使裂隙或裂纹的连通性增强，岩溶管道增多，局部隔水带的屏障作用被突破。鉴于上述情况必须对目前掌子面位臵采取“以堵为主，堵排结合”全断面灌浆施工方案，方案的实施重点就是对洞身开挖轮廓线外围和洞身全断面采用超前帷幕注浆堵水。对岩溶管道和裂隙进行注浆充填，形成围岩固结堵水圈。在实施完成第一个循环后，若下一个循环掌子面情况较好，可减少注浆范围，采取只在洞断面右侧和顶部或局部注浆的方案。 （一）围岩注浆固结堵水圈

通过向围岩注浆，形成围岩注浆固结堵水圈，减少岩溶管道过水断面，减小围岩渗透系数，以限制出水水量。

注浆方式及注浆方案：注浆方式采用超前帷幕注浆、后注浆、局部注浆、

补注浆四种方式相结合： 1、超前帷幕注浆：

①、注浆加固范围：对于本隧洞岩溶性石灰岩，以堵水为目的注浆加固圈最大扩散范围为开挖线以外6m，考虑注浆扩散范围为2米左右。所以注浆孔钻孔扩散高度为4米。

②、注浆长度及止水盘的厚度：根据3#隧洞的地质条件和我部现有国产钻机的性能，以及注浆队伍的实际经验，每一循环注浆长度初步确定为20m。开挖长度为16m，每循环开挖预留4m厚的止浆岩盘作为下一循环预注浆造孔的工作面，

③、钻孔布臵：裂隙中等发育的围岩单孔注浆的扩散半径，理论和经验为1.5～2m，由于洞身周围岩溶管道密集，为使注浆加固起到止水效果，需沿隧道断面和周边布臵四圈注浆孔，注浆孔共28个间距1.5米，排距0.5米,孔径110mm、注浆管径108mm。依据探孔预测及洞壁掌子面的出水情况，若涌水通道集中于洞身上部采用注浆钻孔布臵图1，若涌水通道集中于隧洞前方掌子面部位采用注浆钻孔布臵图2。断面中部布臵的4个灌浆孔同时也为检查孔，主要对洞断面正前方给予封闭。实际注浆过程中，根据不同循环的不同围岩及出水情况具体布臵注浆孔。

④、注浆材料：注浆材料根据目前掌子面的涌水情况选用具有快凝、早强特点的水泥及水玻璃双液注浆材料。水泥浆以42.5R号硅酸盐水泥制成，考虑浆液搅拌及注浆时间，初步确定水灰比为1：0.6～1：1。水玻璃的浓度为35Be（波美度），模数为2.4。水泥浆与水玻璃的配合比（体积比）1：0.6～1：1，凝结时间1～3分钟。在具体施工过程中，根据注浆具体情况对配合比随时进行调整。

⑤、注浆压力：注浆压力与岩层裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料的粘度和凝胶时间长短有关。目前掘进地段隧道最大埋深为588m，水压力按折减

65%计算为3.7MPa。为使注浆压效果达到预期目的，实际注浆过程中，根据突水压力和注浆量的大小试验随时进行调整注浆压力范围。

⑥、注浆效果检查：在开挖面钻4个检查孔，并测定渗漏水量，当渗漏水量不影响掌子面掘进施工时，可认为达到了注浆目的，否则应追加钻孔再进行注浆。 2、后注浆

虽然采取了超前预注浆堵水，但仍然有可能在隧洞开挖后掌子面出现较大的渗漏水和涌水，则需要进行再注浆。

①、当有集中水流或岩溶管道出水时，首先要埋管将水流引出，降低地下水压，并在管口安装闸阀在离出水口一定距离处，对出水裂隙或管道钻注浆孔，安装注浆管，用水泥玻璃双液浆进行注浆。

②、当开挖面渗漏面积和水量较大时，在渗漏处用钻机钻孔，找出渗漏水的主要裂隙，由钻孔引流，将面上的渗漏水变为点上的渗漏水。然后用水泥－水玻璃双液浆进行注浆封堵。 3、局部注浆：

根据超前打眼地质预报探明的局部岩溶实际分布及开挖后地下水渗流状态分别采用超前局部注浆或开挖后局部注浆。 4、补注浆：

按上述三种注浆方式实施后，仍未达到止水要求时。根据实际情况选择上述方式中的一种或多种进行补充注浆。 选择不同注浆方案的原则：

①、岩体完整、其结构性能可保证开挖安全，但大面积淌水且流量大于控制排水量时，实施开挖后注浆，注浆范围正洞为开挖轮廓线外5m。

②、岩体完整、其结构性能可保证开挖安全，但局部出水且流量大于控制

排水量时，仅对出水处实施局部注浆。

③、注浆后流量仍大于控制排水量、注浆固结圈综合渗透系数大于设计控制值或仍有局部出水点时，实施补注浆。

在注浆过程中，根据超前地质预报及揭示的地质信息、注浆工艺、注浆效果及浆液的可注性、结石强度、耐久性等注浆施工资料，可适时对注浆方式、注浆范围、注浆标准、注浆材料等预以调整。 （二）、注浆实施办法

采用注浆导管(φ108mm )双液注浆。

1、注浆小导管的加工制作

小导管采用外径108m m 的无缝钢管，加工成前端圆端锥形并予以封焊严实，管身设若干溢浆孔，孔径为5～8mm，孔间距离为20Cm，按梅花型排列，后端50Cm 范围不设溢浆孔，管尾设一加固环，并保持管身的顺直。具体见下图：

小导管结构示意图

2、注浆小导管定位

根据设计注浆导管的间距用红油漆标定钻孔位臵(涌水量大区域加密)，使用潜孔机造孔，在孔深达到设计值后用Ф1 8弯头钢管通入高压风吹净孔中石屑、细小石块和钻孔积水，然后用风枪顶导管定位。

3、焊接管头、密封管口

通过套丝短管焊接在注浆管上， 用标准4 2管箍拧紧所有的待注浆管，为防止漏气、涌水，用生胶带加以密封。

在最初注浆前，掌子面浇筑2米厚C20钢筋混凝土，做为注浆墙，保证注浆时能承受注浆压力。

4、制浆

提前对不同水灰比、不同水玻璃浓度在不同温度条件下进行试配，优选出满足不同涌水量及围岩裂隙程度的配合比。在注浆过程中，根据实际进浆量及效果，适时进行配合比的调整。

5、注浆顺序

采用下行式注浆，注浆自上而下隔孔由外到内进行。 6、注浆量和注浆压力的控制

根据涌水量大小、裂隙发育程度确定注入速度和注浆量；注浆机选用YzB型双液注浆机，注浆压力大于4Mpa。

7、注浆结束标准

单孔注浆压力上升至终压并持续注浆l 0分钟以上；单孔注浆结束时进浆量小于20～30L／min。

（三）、超前探孔

通过目前大涌水段时，采用TSP与水平钻孔相结合的超前地质预报，地质钻机进行超前取芯钻探，每个断面设2-4个超前探孔，以利对掌子面前方地质条件，涌水进行分析、判断。超前探孔在每个注浆循环段5m之前施作，探测长度一般为25m左右，相邻两环探孔之间搭接5m。

（四）、掌子面封堵及注浆

在掌子面后退2米位臵（桩号8+929），砌筑37cm厚砖墙作为内模，桩号8+928位臵砌筑37cm厚砖墙作为外模，在外模内侧10cm位臵沿洞壁环向周围埋设间距50cm长2米的锚杆，焊接16钢筋网（间距20cm×20cm），浇筑C20砼作为止浆墙封闭掌子面。在砌筑和浇筑挡墙之前，预埋3根DN300钢管用于临时排出掌子面的涌水，并在管口安装DN300闸阀。

针对掌子面位臵涌水量大、出水射程远、水压力大，挡墙基础无法进行砌筑施工，因此，为方便施工和保证挡墙质量，挡墙基础采用袋装水泥进行砌筑，预埋钢管管口伸入出水口，涌水经DN300钢管流出，并强行对钢管周围进行封堵严实。

针对8+914顶拱位臵及8+807-8+827洞段底板位臵在隧洞掘进过程中出现涌水情况，且目前8+807-8+827洞段仍有80 m3/h左右渗水，在掌子面封堵完

成后，为防止注浆后压力涌水通过涌水通道和裂隙自此两处位臵径流，导致出水增大，我部经研究讨论，建议对8+910-8+928、8+800-8+830两处洞段进行环向固结注浆，固结注浆孔环向梅花形布臵，环距2米，每环6 孔，孔深3米。对止浆墙环向周围进行深孔帷幕注浆。

（五）、钢拱架变形段固结灌浆处理

1、桩号7+830-7+870、7+940-8+110、8+160-8+210洞段由于围岩破碎，结构复杂，在隧洞掘进过程中钢拱架发生扭曲变形，虽经加密处理，仍有变形现象，并且加密钢拱架侵占二衬断面尺寸，加之4个月的水中浸泡，隧洞底部位臵围岩软化，钢拱架变形有所加大。因此，建议对7+830-7+870、7+940-8+110、8+160-8+210洞段钢拱架变形位臵进行环向固结注浆，固结注浆前对顶部钢拱架变形段进行工字钢加固处理，以确保隧洞及施工人员、设备的安全，同时有利于下一步二次衬砌混凝土作业的安全及顺利施工。

2、固结灌浆施工方案

固结灌浆主要以水泥浆为主进行灌浆，其配合比需经试验确定。灌浆过程中应加强钢拱架及一次支护的监控量测，确保一次支护的安全。灌浆参数初步确定为 6孔∕环，梅花型布臵。环距2米；孔深3米；孔径60mm;灌浆压力0.1-0.2MPa；灌注水泥浆水灰比0.6（或0.8）。注浆孔按环间分序布臵，一般分为两个次序进行。先进行一序孔注浆，一序孔注浆结束48小时后再进行二序孔钻孔注浆。

（1）灌浆施工工艺流程

埋设灌浆管→钻孔→冲洗→压水试验→灌浆→封孔→质量检查→补灌→验收

（2）灌浆材料与制浆

固结灌浆采取水泥浆液灌浆，这种灌浆技术措施可以固结裂缝发育，阻断

裂缝渗水通道。

固结灌浆采用的水泥浆液比级为：水：水泥=2：1，1：1，0.8：1，0.6：1（0.5：1）。浆液直接在搅拌桶中制备。

（3）灌浆顺序及分序

固结灌浆一般按两个次序进行，先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔。按环间分序，环间加密的原则进行，按先底部后侧壁，再顶部。环间加密指每环上的孔间隔开来，从中间插入，使得Ⅰ序孔、Ⅱ序孔形成梅花形布臵。

（4）灌浆压力和结束标准

灌浆孔口回填管处安设压力表，灌浆压力通过现场灌浆试验确定。在规定的压力下，灌浆注入率不大于0.4L/min时，延续30分钟，即可结束。

（5）灌浆过程中浆液变换，应遵循以下规则

①当灌浆压力保持不变，吸浆量不变，压力均匀升高时，灌浆工作应持续下去，不得改变水灰比。

②当某一级水灰比浆液的灌入量已达到400升以上，而灌浆压力及吸浆均改变或改变不显著时，应改浓一级灌注。

③当其吸浆量大于30L/min时，可根据具体情况适量越级变浓。 （六）资源配臵 1、人员配备

根据设备配备和进度要求，计划分3个班24小时轮流作业，共分成3个

专业组，进行专业培训后上岗。各组的人数及分工如下： 钻孔组18人：其中组长3人，钻孔记录3人，钻孔12人；

注浆组36人：其中组长3人，试验及注浆观察记录3人，注浆泵司机、搅拌机人员、杂工等30人；

掘进及一次支护组：同正常V类围岩段施工人员。

2、设备配备

注浆施工主要设备配备表

名 称 空压机 装载机 潜孔钻 水泵 泥浆搅拌机 高压泥浆灌浆泵 压力表 比重表 自卸汽车 电焊机 振冲器 规格型号 23m3/min 3m3 150型 11KW NJ-1500 IG6310型 FP 1002 5T 25KVA ZCQ-75 单位 台 台 把 台 台 台 个 台 辆 台 台 数量 1 1 2 4 2 2 6 2 4 7 4 备注 3、主要材料

材料：水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，水玻璃采用35Be（波美度），水灰比为1：0.6～1：1，水泥浆：水玻璃浆液为1：0.6～1：1。在具体施工过程中，根据注浆具体情况对配合比随时进行调整。 （七）施工进度计划

根据设计要求，涌水地段施工时，采取超前帷幕注浆，微震爆破开挖施工，每循环注浆20m，掘进及一次支护16m。

根据注浆设计图（注浆钻孔布臵图2），全断面共分4环进行超前帷幕注浆，每循环钻φ110注浆孔28个568.50m，具体见下表所示：

每循环钻孔数量

序号 1 2 3 4 合计 钻孔 第一环 第二环 第三环 第四环 孔数（个） 10 8 6 4 28 单孔长（m） 20.50 20.31 20.17 20.0 合计（m） 205 162.48 121.02 80 568.50 1、钻孔注浆时间

潜孔钻速度为4～5m/h，平均按4.5m/h计算；

（1）钻20.50m孔及注浆所用时间：钻机移位就位及调试1小时，钻孔4.6小时，清孔、孔口管安臵、封堵1小时，注浆6小时，共需12.6小时； （2）钻20.31m孔及注浆所用时间：钻机移位就位及调试1小时，钻孔4.5小时，清孔、孔口管安臵、封堵1小时，注浆5小时，共需11.5小时；

（3）钻20.17m孔及注浆所用时间：钻机移位就位及调试1小时，钻孔4.5小时，清孔、孔口管安臵、封堵1小时，注浆5小时，共需11.5小时； （4）钻20.0m孔及注浆所用时间：钻机移位就位及调试1小时，钻孔4.4小时，清孔、孔口管安臵、封堵1小时，注浆4.5小时，共需10.9小时；

故钻孔时间为：

10*12.6+8*11.5+6*11.5+4*10.9=331小时

每天有效时间按20个小时计算，331/20=16.6天，同时上2台钻机，每循环钻孔注浆需时16.6/2=8.3天。

2、可通过试验得知，当水灰比为1:1，双液浆比为1:0.6，水玻璃浓度为35Be（波美度）时，浆体的初凝时间约为3分钟，终凝时间约为7小时，所以当掌子面最后一个孔完成注浆后7小时即可检查，故超前帷幕注浆共需时9天； 3、为了加快施工进度，钻孔、孔口管安臵及注浆平行作业；

4、每次注浆循环长度为20m，保留4m作止浆岩盘，每次有效开挖长度为16m，采取小导管超前注浆支护开挖，I18工字钢架60cm/榀支撑，挂网锚喷支护，计划每循环进尺1.6m，每天2个循环，日进尺3.2m，掘进及一次支护16m需时5天；

由以上计算可知，每循环注浆20m，掘进及一次支护16m需时14天，平均

每日进尺1.14m，月进尺34.2m。 （八）、排水系统布臵

为预防隧洞掘进时或超前注浆钻孔时前方再次出现大的突涌水情况，防止隧洞被淹没，按照一堵二排的原则，必须做好洞内外排水设施的配臵

1、洞内排水布臵

在距掌子面30米处右侧，开凿一个旁洞(长×宽×高=4×2.5×2.8单位为米)，在旁洞内开挖一个集水井，旁洞与洞身间设臵高150cm的网栅，以利于隧洞掘进爆破时水泵的安全和抽排水时水泵底阀不被堵塞。详见集水井布臵图。安装主水泵12Sh-9两台，一台使用、一台备用，备用水泵在运行水泵出现故障时或出现大容量突水时启用，同时配臵辅泵即潜水泵TOG-150-60-45叁台，用于调节水位。

2、洞外排水管道设臵

在掌子面涌水未彻底处理完毕前，进行洞内注浆或掘进施工过程中，由于注浆及机械车辆的运行，水质将变的浑浊，流入柳林沟河道后，对当地村民农田灌溉有所影响。为避免村民的不必要阻挠，需要架设管道排水至指定区域。我部建议在河沟内沿河道走向布设φ500HDPE双壁波纹管2.3km。洞内污水经ø500HDPE管道流入洮河。经考察，此管经济适用，价格较便宜。

甘肃省水利水电工程局 引洮一期工程项目部（1） 2010年10月12日