小断面隧洞灌浆止水方案
小
断
面
隧
洞
灌
浆
堵
水
方
案
目录
1、工程概况
1.1基本概述
1.2工程地质及涌水情况
2、编制依据、目的
2.1编制依据
2.2编制目的
3、总体思路
4、灌浆设备及材料要求
4.1灌浆钻机及灌浆设备
4.2灌浆材料技术指标及特性
5、灌浆相关指标
5.1灌浆压力
5.2浆液注入量计算
5.3灌浆结束的标准
6、灌浆实施方案、钻孔工艺流程
6.1掌子面底板突水点灌浆封堵施工
6.2补充地质勘探
6.3掌子面西20+前方超前预灌浆施工
6.4灌浆工艺
6.5钻孔工艺
7、人员、机具设备配置
8、施工安全技术措施
8.1一般安全技术措施
8.2钻孔安全技术措施
8.3灌浆安全技术措施
9、突水应急处理措施
9.1钻孔过程中突水应急措施
9.2爆破防突水应急措施
1、工程概况
1.1基本概述
小断面隧洞总长.44m，斜坡段长.59m，坡比i=36.%（倾角为20°）,洞底埋深.82m，采用矿井提升机有轨运输方式。
根据开挖揭露围岩情况，下游地层穿过奥陶系下马家沟组上段，岩性为薄层状灰黑色灰岩，中硬岩，节理裂隙发育，岩体较破碎，围岩类别为Ⅴ类，该洞段穿过岩层为一背斜构造，轴部位于干河沟附近，洞顶位于地下水位以下。
隧洞下游开挖支护至20+，掌子面左侧底板出现少量渗水，水开始呈红褐色，随后变清澈，下游停止施工，现场对渗水点进行简单处理，并投入排水设备进行抽排水。
下游掌子面出水点突发涌水，项目部立即启动应急预案，确保人员安全；由于涌水量大，逐渐被淹没，水位基本稳定支洞淹没m（斜长），高差88.5m。
2、编制依据、目的
2.1编制依据
（1）《合同文件》；
（2）水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DLT-）；
（3）补充地质地勘资料及技术文件；
（4）类似地下工程成功施工经验。
2.2编制目的
由于下游掌子面左侧底板突水，导致支洞被淹没，项目部已根据突水抽排方案进行管线、水泵的安装，待抽排水至主洞后，立即采取“以堵为主、堵排结合”方式治水，对下游掌子面突水点及前方未开挖洞段进行灌浆堵水，利用高压灌浆泵将浆液有效扩散到含水裂隙内，快速封堵该段岩体的裂隙，使工作面周边形成隔水帷幕墙，达到堵水的目的，灌浆结束后，经过封堵减少出水量，降低排水，工作面可正常施工，加快掘进速度。
3、总体思路
根据现场实际情况，对掌子面桩号西20+处底板突水点及前方未开挖洞段分5步进行灌浆堵水治理，具体如下：
（1）分步治理：①、排水至主洞，先对掌子面突水点集中引排及强制灌浆封堵；②、突水点周边布置灌浆孔灌浆加固，③、采用TSP-地震波、瞬变电磁法及超前钻探有机结合，相互印证，准确预测掌子面周边围岩及富水情况，④、在上游扩挖段设置一道主集水井，与支洞K0+处集水井形成永久2级排水，方便施工管理，⑤、根据预测成果，对掌子面前方周边岩体进行预灌浆堵水。
（2）治理原则：以堵为主，堵排结合，先探后掘，集中可控排放。
（3）治理效果评估：①、掌子面桩号西20+突水点灌浆封堵，突水量降低80%；②、掌子面周边进行预灌浆堵水，治理后，降低出水，能顺利进行掘进。
4、灌浆设备及材料要求
4.1灌浆钻机及灌浆设备
1）YT-28型风钻3台
2）高速搅拌桶制浆液1台
3）电动注浆机型号：XZS70/
4）钻机型号：QC70
4.2灌浆材料技术指标及特性
由于现场出水量及压力较大，针对以上情况，灌浆材料必须保证快速封堵涌水裂隙；综合以往堵水灌浆经验，灌浆材料采用低密度，扩散性强的RSS系列化学环保，无污染堵水材料，并与水泥浆混拌，结合水泥-水玻璃双液浆，分序交叉灌浆，浆液渗透、扩散至裂隙快速凝固，形成隔水帷幕，并将围岩凝结成一个整体，达到封堵出水目的，并起到围岩固结的作用。
表4-1RSS化学堵水材料技术指标
RSS化学堵水材料特性：不遇水时呈稳定状态，一旦遇水快速发生化学发应，最终形成不溶于水的胶凝体凝固，该化学堵水材料固结后，有良好的延伸性及抗渗性，遇水永久保持固结状并具有耐低温性；浆液遇水后发泡膨胀，膨胀率可通过浆液调整，体积增大5-10倍。
水玻璃：模数2.4～3.4，浓度采用30～45波美度。
水泥：采用P..5普通硅酸盐水泥。
本次治理要点：针对主洞涌水量及岩层特点，本次灌浆采用RSS化学堵水材料及水泥-水玻璃双液浆进行治理。
5、灌浆相关指标
5.1灌浆压力
灌浆压力是推动浆液在含水层裂隙及溶洞内运动、扩散、充塞压实的动力。是灌浆参数中最重要的参数之一，亦可人为控制，目前水头压力约1Mpa，本次灌浆终压暂定为2Mpa，可根据灌浆效果稍作调整，从而达到理想效果。
灌浆压力可人为控制，灌浆压力应由低向高逐渐过渡，在灌浆刚开始的几个孔，灌浆压力要控制低一些，一次灌浆达不到终压而注入量较大时，可在低压下结束灌浆，而后复灌，直到本孔段达到终压，以保证灌浆效果。
5.2浆液注入量计算
在施工过程中，灌入的浆液在地层裂隙内形成一个封闭的灌浆帷幕，消除含水层渗、涌水。
注入量采用下列公式计算：
单孔注入量：Q＝A·L·π·R2·η·
式中：A——浆液损失系数（取1.2）
L——灌浆段长（取1m）
R——浆液扩散半径（取2m）
η——岩石裂隙率（取4%）
——浆液充填系数（0.7～0.8，取0.8）
RSS：水泥浆≈1:1～1:4水泥浆：水玻璃体积比≈1:1～1:0.6
水泥浆水灰比（稀浆）W:C=2:1～3:1，水灰比（浓浆）W:C=1:1～1:2，以上为理论计算值，实际灌浆与计算值存在一定误差，现场以实际灌入量为准。
5.3灌浆结束的标准
（1）灌浆压力呈规律性增加，并达到灌浆设计终压2Mpa，经改变浆液的种类配比后仍不能注入浆液，即停止该孔灌浆；
（2）达到灌浆终压时的最小吸浆为：10～20L/min，时间维持10～15min停止灌浆。
6、灌浆实施方案、钻孔工艺流程
6.1掌子面底板突水点灌浆封堵施工
（1）抽排水持续进行，确保掌子面底板不出现较深积水，保证施工人员能进入工作面操作。
（2）现场提前制作2根管道并排固定，1根引水管，1根灌浆管，人工强行将管头插入孔内；水管采用DN无缝钢管，管头强行插入突水孔内，管身一定位置安装1个闸阀（控制涌水量及灌浆跑浆），管尾连接到就近集水井内，将孔内涌水引流至附近集水井内，通过水泵抽排至洞外；灌浆管采用Φ25×1m钢管，并用固孔器固定。
（3）突水孔与钢管空隙部分塞入棉絮、泥土编织袋、浇筑混凝土等，减小孔内水涌出以及后续灌浆跑浆，方便施工，达到比较理想的灌浆封堵效果。
（4）以上措施处理完成后，立即拌制浆液，采用水泥浆和RSS化学材料混拌往孔内高压灌浆，根据现场吃浆量、跑浆及串浆情况，适时调整灌浆压力及浆液浓度。
（5）从突水点退后2m，底板设置2排7个灌浆加固孔，梅花形布置，孔间排距1m，孔径为Φ42，孔深3m，孔与底板呈30°夹角往掌子面方向钻进，安插Φ42钢管，钢管末端安装法兰盘，法兰盘上焊接Φ25灌浆管并安装闸阀，以便于控制涌水量，浆液采用RSS化学堵水材料与水泥混拌灌浆，灌浆从右向左方向进行，加固突水点（具体详见图6-1、6-2）。
（6）在钻孔过程中遇到出水，停止钻进，准备灌浆。
突水点灌浆平面图（图6-1）突水点灌浆纵断图（图6-2）6.2补充地质勘探
根据该支洞实际情况，并结合项目工程相关指导性文件，为了快速查明隧洞上、下游地质及富水情况，以便于指导施工，需要联系相关专业公司进行补充地质勘探。
补充地质勘探主要采用TSP-地震波和瞬变电磁法超前预报，2种方法有机结合，相互印证，更加准确判断掌子面前方异常区位置；在施工过程中采用超前钻探来进一步验证预报成果，达到判段准确。
6.3掌子面西20+前方超前预灌浆施工
（1）灌浆平台搭建
施工拱顶及两侧墙时利用普通脚手架进行搭建，并绑定牢固。
（2）掌子面钻孔布置
采用QC70钻机，钻孔位置沿轮廓线布置，角度偏向洞外8°～10°，钻孔直径Φ65mm，孔深15m，灌浆孔间距1m，底板加密布置，具体灌浆孔距，可根据现场灌浆情况稍作调整，每循环19个灌浆孔（详见图6-3）。
（3）灌浆孔序
根据物探结果，掌子面左侧及底板含水较大，从右部顶部开始注浆，由上往下，由右往左，按水的大小，按孔序分Ⅰ序孔、Ⅱ序孔，为确保灌浆效果，循环交叉灌
（图6-3）（4）灌浆方式
灌浆顺序：先Ⅰ序孔--后Ⅱ序孔,化学浆、双液浆采用一次性纯压灌浆、单液浆采用循环式灌浆。
本段灌浆堵水分三个阶段：一阶段Ⅰ序孔采用水泥单、双液浆，主要用于充填大空洞及渗水较大裂缝，同时减小化学材料用量，降低工程成本。二阶段Ⅱ序孔采用化学堵水材料灌浆，渗透岩层较小渗水裂隙，形成灌浆隔水帷幕（为主要灌浆过程）治理涌水。三阶段为局部区域加密孔灌浆及检查孔补注。
（5）预灌浆循环
为了有效的封堵及达到更好的效果，灌浆一循环15m，灌浆结束后，进行超前探孔，如有出水继续灌浆，如无出水情况，可以正常掘进12m，预留3m,依次循环灌浆。
（6）灌浆结束后正常爆破时间
根据施工方案，灌浆所用材料特性等，预灌浆结束并由项目部验收合格后，2天后再进行钻孔爆破。
6.4灌浆工艺
灌浆工艺流程是指从配置浆液开始至浆液注入岩石裂隙的整个作业程序，可分为水泥-水玻璃灌浆工艺流程和RSS灌浆工艺流程；
（1）水泥-水玻璃灌浆工艺流程
水泥-水玻璃浆液按配比要求，搅拌后送入储浆桶内，经灌浆泵吸管吸入灌浆泵，再经出浆高压管注入灌浆钻孔。
（2）RSS灌浆工艺流程
按RSS堵水材料浆液配比，直接吸浆换管放到RSS堵水材料桶内，通过吸浆管将浆液吸入灌浆泵，灌浆经出浆高压管混合注入钻孔。
（3）管路耐压试验
当灌浆整套系统完毕后，开泵打清水，逐渐加压到压力表升到2MPa，并维持10～15分钟不泄压为合格。
（4）含水层压水试验
管路耐压合格后，将收水管闸阀打开，对含水层做压水试验。据压水试验资料中，单位钻孔吸水量确定浆液起始浓度和各种系数。压水试验结束并符合要求后，立即灌浆。灌浆时一般由稀浆液—到浓浆液，逐级加大，达到设计压力值。
（5）灌浆作业
根据水泵的压水流量，决定灌浆孔的起始浓度及凝结时间。按灌浆材料的配制方法配制所需的浆液，然后开始灌浆，当浆液注入渗水裂隙后，灌浆人员要根据灌浆压力表的变化以及灌浆量的变化，对各项灌浆参数进行控制和调整。
（6）灌浆记录的整理
由记录员在本班打钻灌浆的记录本上认真填写。主要记录浆液的消耗量、灌浆时间和压力等数据，然后技术员把全部记录数据整理归纳，写在记录本上，并上报工程部存档，为检查分析灌浆效果提供依据。
（7）现场清理
工作面灌浆结束后，打钻排出的岩粉、灌浆时跑的浆液、冲洗孔留下的残留物等，及时清理。
（8）灌浆效果分析及检查
灌浆的目的就是在含水裂隙地层形成一个不透水的灌浆帷幕，消除隧道内涌水。通过对灌浆施工技术资料的分析，水文地质条件的变化和检查钻孔的情况来评定灌浆效果和质量。
（9）灌浆压力的变化
在整个灌浆过程中，以各孔各次灌浆压力的变化来判断分析：如果随着灌浆孔数的增多，灌浆压力越来越高，则说明岩层裂隙被充填堵实，灌浆效果会较好。
（10）灌浆量的变化
随着灌浆的过程，后期孔的灌浆量比前期孔有明显的减少，说明帷幕逐渐形成。
（11）灌浆孔涌水量的变化
灌浆孔涌水量由大到小逐渐减少，最后接近或达到结束灌浆标准。
6.5钻孔工艺
（1）提前制作多跟2m长Φ76无缝钢管，管身梅花形设置小孔，钢管前端焊接法兰，末端设置成锥形。
（2）测量队利用全站仪根据掌子面预灌浆布孔图进行定位孔，保证孔位准确。钻工根据孔位，首先采用80#冲击器钻头钻孔，钻孔深度为2m，将制作好的钢管插入孔内，将钢管与钻孔固定，若在钻进过程中遇大水，可快速在钢管前段加阀门，以防透水事故。
（3）然后用65#冲击器钻头从Φ76钢管内穿过正常钻进，在孔内钻进过程当中遇到大水时，停止钻进并进行灌浆，水小或无水钻到终孔。
7、人员、机具设备配置
（1）人员配置
根据工作面操作空间及工序安排，人员配置如下表：
表7-1人员配置
（2）主要机具、设备如下表
表7-2机具、设备配置
8、施工安全技术措施
8.1一般安全技术措施
（1）施工人员作业时必须按照规定佩戴安全用具及劳动保护用品。
（2）施工人员必须按程序进行作业，严格按照施工设计要求操作。
（3）灌浆时，值班技术人员或班长要掌握浆液的配比、泵压、泵量的调节；RSS浆液在使用前要做配比试验，确定配方。
（4）灌浆前要选准出水位置做好水压测试并做好记录，灌浆后对比。
（5）灌浆泵试浆不可以朝人，孔口管外露长度要小于5cm。
（6）风、水、电要接至工作面，并配备专人配合安装、拆卸。
（7）压风不小于0.6Mpa，保证气动施工机械安全运转。
（8）灌浆结束后，要及时清理各种灌浆设备，然后进行全面检修设备，使其处于完好状态，为下次灌浆提供方便。
8.2钻孔安全技术措施
（1）施工时严格执行“敲帮问顶”制度，施工前、施工中、施工后都要观察顶、
帮，对有不稳定的顶、帮必须立即清除、清理。
（2）在钻孔作业时，把钻工要严禁戴厚胶皮手套，开动钻机后确定钻头开始钻
进后双手要在远离钻头20cm以外扶着，防止钻杆跑偏改变钻进位置和角度。
（3）钻孔作业过程中，持钻工要掌握钻进深度；随时注意钻孔内涌水情况，若
出现涌水量大于10m3/h时或塌孔卡钻现象时，应停止钻进准备灌浆。
（4）钻孔作业结束后，要先关闭风管截止阀，钻机泄压后方可拆开管路。
（5）钻孔时，出现突水现象，立即加大排水，并立即灌浆堵水控制涌水量，如遇突水不可控制，先将人员、设备撤离到安全位置，并立即上报相关部门。
（6）现场配备充足的水泵，以备突水时应急抽排。
8.3灌浆安全技术措施
（1）灌浆前要先将灌浆泵固定牢靠，之后对整个管路做压水、耐压试验，检查灌浆泵是否正常工作；检查管路上的接口、闸阀、管件等耐压性能，符合要求才能开始灌浆。
（2）灌浆作业时，要随时注意压力、流量变化，注意吸浆管接头、管路是否堵塞，是否连接牢固，检查压风管路、水管是否畅通。
（3）检查灌浆枪头是否畅通，阀门是否安全灵活；注意枪头连接管件是否符合要求。
（4）水泥浆和化学浆灌浆时，要及时对管路进行清洗，并严格控制配比方量和灌浆方量。
（5）灌浆时出现跑浆时，应先停止灌浆，用RSS化学材料将其封堵后，再进行灌浆。
（6）灌浆孔倒管时，要先停泵，同时关闭孔口管球阀，打开灌浆枪头泄水阀，待泄压后方可拆卸。
（7）灌浆结束后，要先关风管，开泵泄压后方可拆卸。
9、突水应急处理措施
若在钻孔过程中或爆破后出现涌水和突水，须采取合理有效的措施将突水风险降低到最低范围，确保工程施工安全生产的顺利进行，有效防止突水事件的发生，保证工作人员的生命安全。
9.1钻孔过程中突水应急措施
（1）超前探孔，有疑必探，先探后掘，采用下套管注浆，套管前方焊接法兰，安装球阀，以防孔内出大水。如遇孔内出大水，关闭球阀即可。超前预灌浆孔涌水的快速堵漏
施工中，要经常采用物探、超前钻孔等方法对前方的地质情况进行探测，以采取适当的施工措施防止塌方和突水的发生。本次利用瞬变电磁技术、TSP-地震波2种方法，能探明前方一定范围内大致的地质情况，超前探孔则可以直观反映出地层的结构、产状和位置。如果前方经过瞬变电磁技术等手段探测表明可能发生突水，用超前探孔进行精确定位。超前探孔钻进一定深度后，埋设孔口管，并在孔口管上安装闸阀，一旦发生突水，立即连接灌浆管进行灌浆堵水。
（2）钻爆破孔时遇到突水的快速堵漏
钻爆破孔时遇到突水，主要有两个原因：1）在准备开挖爆破未进行超前地质预报，钻孔时揭露含水构造（如含水断层、裂隙发育带、岩溶裂隙或岩溶管道、砂卵石层等）而突水；2）虽然经探测有水并且进行了灌浆，但可能仍有部分的裂隙未加固结实，当钻孔揭穿时发生突水。
对于爆破孔的突水，要针对不同的情况采取不同的措施进行处理：
①、涌水量和涌水压力不大，可在钢管上缠绕麻丝，强行打入孔内，然后灌浆堵水。
②、涌水量和涌水压力都比较大，而围岩较好时，可在涌水孔旁边钻泄水孔，泄水孔要打到涌水孔的中部，使涌水孔的水量和水压分流，如果一个泄水孔不能满足要求，可增加泄水孔的数量，然后堵塞涌水孔，从分流孔灌浆堵水。需要注意的是，泄水孔要钻到涌水孔的通道上，如果泄水孔直接进入含水层，当水压和水量很大时，则有可能使总的涌水量增大，更难于治理。
③、当涌水量和涌水压力很大，且围岩较差时，可浇筑混凝土止浆墙封闭后再进行灌浆堵水。
9.2爆破防突水应急措施
（1）所有施工人员必须穿戴救生衣，佩带氧气袋，按照规定佩戴防护用品。
（2）主洞内装置警报系统，有发生涌水的迹象时，带班人员立即按响警报开关，通知其他工作面人员紧急撤离；接到紧急撤退警报信号或通知时，立即停止所有施工，向洞外撤退。
（3）下游爆破前，载人绞车提前停靠在主支交叉点，主洞所有施工人员必须全部撤离至主支洞交叉点，所有机具、设备应放置在安全地方，爆破员应尽可能到交叉点进行起爆，出现紧急情况，带班人员立即与洞外值班人员和绞车房取得联系，所有人员全部坐载人绞车往洞外撤离，确保施工人员安全。
（4）保证洞内排水系统能正常启动，当爆破后发生涌水，排水值班人员立即启动排水系统，以减缓水位上升速度，确保洞内所有人员安全撤离。
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