理论教育 阻水墙与高压固结灌浆的结合应用

阻水墙与高压固结灌浆的结合应用

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:采用上述阻水墙或局部岩溶涌水处理措施将动水变为静水后,对渗涌水部位再进行系统高压固结灌浆处理,从而达到扩大和加固岩盘厚度的效果。已作预灌浆处理的高压固结灌浆封堵类似于预灌浆,是在静水或准静水条件下对地下水进行处理,而临时封堵是直接面对流动的高压水,其难度要远远大于高压固结灌浆。

阻水墙与高压固结灌浆的结合应用

如前所述,隧洞涌水按涌水历时可分为暂时性涌水和长期性涌水。对源于构造破碎带、独立溶洞或长大裂隙中储存一定的静态或准静态地下水发生的暂时性涌水,由于其含水带与其他含水带连通性差,地下水补给条件差,或涌水点位于补给区,发生涌水的历时时间短,多发生于孤立的水腔部位或汛期降雨时,涌水来得快去得快,时间短,可在其不涌水时对之进行“干”处理,处理施工相对较容易。而长期性涌水(即动水)是指隧洞施工掌子面发生的涌水流量相对稳定,延续时间长,这通常是构造带、分布范围较广的孔隙或裂隙岩体、岩溶管道水有稳定的补给源,或是导水带相互之间联系密切,而且涌水点又位于地下水位以下的排泄区;此类涌水是隧洞施工的大患,是灌浆封堵施工处理的重点。

开挖揭露后的地下水处理有两方面的含义:一个是施工期间的止水和排水:另一个是结构物的防水与排水。前者是确保施工安全,后者是隧洞运营环境的需要。由于预灌浆封堵处理施工周期较长,占用工作面时间长,很多情况下,迫于工期的要求,当确认地下水对施工安全不构成较大威胁时,对其直接揭露后再进行封堵以赢得施工时间,是目前比较有效的途径之一。如锦屏二级水电站辅助洞及引水隧洞开挖过程中在岩溶涌水情况下先抢挖通隧洞,随后或同时展开岩溶涌水封堵施工并获得成功就是一个典型工程实例。

灌浆材料在外力作用下渗入到岩石的裂隙或孔隙中,一般来说,在不损坏岩盘的前提下,灌浆压力越大,注入的浆液量越多,扩散的距离也就越远,加固的效果也就越好。然而上述情形只有在岩溶涌水处于静止或者流动缓慢的情况下才能达到理想的效果。根据以往的工程经验,隧洞岩溶涌水直接揭露后再作封堵其施工难度会大大增加,因为岩溶涌水被揭露后,呈动态的型式出现,不利于浆液的凝结。再加上岩溶涌水一般具有高压、大流量的特征,更加大了封堵难度。因此,隧洞在对直接揭露后的岩溶涌水处理分两个过程(或两个步骤),即针对地下水临时引排与封堵的表层灌浆封堵和系统的高压固结灌浆封堵。先期表层灌浆封堵的难点是要克服高压水,需“化动为静,降速增黏”,是临时封堵;而后期的高压固结灌浆主要是填充通道空腔并对前期灌浆封堵进行巩固,与围岩形成一个止水固结圈共同抵抗岩溶涌水,为隧洞运营期间的安全提供保障,属于长期封堵。因此,隧洞岩溶涌水被揭露后总的处理思路为:“化动为静,降速增黏”,将突发性出水问题转化为受控状态、静水条件下的预灌浆性质的问题来处理,从而达到封堵的目的。具体为:

(1)对因超前地质预报等原因未探明而突然遭遇揭露的岩溶涌水,对岩溶涌水进行引排,并在出水点外适当距离处浇筑一定厚度的混凝土阻水墙,对四周作固结灌浆加固后,关闭阻水墙水阀,用混凝土及水泥浆液从预留管道同时进行回填及灌浆,强行反压止水。

(2)对揭露的局部岩溶涌水进行局部封堵时,根据地质、勘探钻孔取芯、物探检测成果资料基本查明岩溶涌水情况,采取钻孔引排、分流降压等措施,四周作裂缝嵌缝等处理并作固结灌浆加固处理后,关闭引排水阀门,用水泥等浆液从预留孔中进行回填灌浆,强行反压止水,快速封堵涌突水点,将突发性出水问题转化为受控状态、静水条件下的预灌浆性质的问题来处理,从而达到封堵的目的。

(3)采用上述阻水墙或局部岩溶涌水处理措施将动水变为静水后,对渗涌水部位再进行系统高压固结灌浆处理,从而达到扩大和加固岩盘厚度的效果。(www.daowen.com)

已作预灌浆处理的高压固结灌浆封堵类似于预灌浆,是在静水或准静水条件下对地下水进行处理,而临时封堵是直接面对流动的高压水,其难度要远远大于高压固结灌浆。前期封堵处理的关键问题是选用合适的灌浆工艺及材料克服岩溶涌水,而灌浆材料的选择与诸多因素有关,如岩石的孔隙率以及孔隙大小,材料的可灌性,灌浆的施工方法,围岩的非均质性,地下水的流动,灌浆材料的时间特性等。针对主出水管道的前期封堵,隧洞采用了大量惰性材料,其原理是在保证岩盘不被击穿的前提下,采用高压灌浆技术克服分流后的主出水管道水压,充分利用地下水的流动带动浆液流动,而浆液中的惰性材料能够在动水带动下堵塞岩体的微小或管道缝隙,再与浆液、围岩一起凝固,最终形成止水体。所谓分流技术,即在主出水管道旁边打设分流孔并设置高压止水阀,利用分流孔的分流释放主出水孔的水压,在成功封堵主出水孔之后再关闭高压止水阀,达到对高压水成功封堵的目的。而采取无压或低压小流量灌浆工艺是不能达到上述要求的。

其中,隧道开挖中所遇典型岩溶涌水为岩溶管道涌水,具有渗流通道大、涌水量大、水压高的特征,其突涌水初期多为岩溶管道或暗河及其他类型赋存水体静储量释放过程,易造成重大灾害(若为充填型,则初期伴随泥沙突出)。该种水害治理多根据超前预报成果,采用“排、截、堵”并用的综合治理方案,但施工处理方法、材料选择及钻孔灌浆的合理布置、施工工艺具有较大挑战性。主要处理思路应为平压、分流泄压、充填、灌浆防渗等。

由于岩溶管道涌水具有通道大、流量大、压力高的特点,动水压力条件下进行灌浆处理,可灌注的黏聚力最好的灌浆材料基本无法留存,灌浆处理效果差。如猫跳河四级水电站左岸岩溶管道的处理,岩溶空腔直径达数十米,根本无法用常规灌浆进行处理,最后采用钢格栅加模袋或直接浇筑混凝土进行空腔充填堵塞后,再进行灌浆处理。四川联补水电站引水隧洞岩溶管道岩溶涌水治理采用模袋灌浆方式进行处理。重庆明月山公路隧道岩溶管道岩溶涌水采用浇混凝土阻水塞平压、引流后,再进行级配料灌注及水泥浆液灌浆进行处理方得以完成。光照水电站导流洞堵头封堵过程中,因回填效果差,上部尚留存有较大的空腔,下闸蓄水后,沿堵头上部空腔发生库水渗漏,渗漏流量约2m3/s,压力约0.7MPa;初期采用直接回填级配料、胶球等方式进行封堵,效果不理想,且沿堵头下游接触带围岩及混凝土衬砌产生纵向裂缝,围岩有失稳破坏的趋势;最后不得已在下游设置平压堵头,形成静水环境后,采用水下不分散浆液进行灌注,方有效进行了封堵。

因此,岩溶管道涌水多采用平压堵头、模袋或格栅模袋等方式进行封堵。前者的理念是“化动为静,降速增黏”,变动水为静水后再灌浆封堵;由于涌水通道大,封堵材料多采用级配料或水下不分散浆液或混凝土,并配合常规灌浆进行处理。后者的思路是在涌水通道上形成固定栓塞进行通道封堵;由于多采用模袋,形成人为的约束边界,故对灌浆材料要求不太高,多以浓浆进行灌注,并配合后期接缝灌浆进行处理。

揭露型隧洞岩溶涌水灌浆封堵处理思路流程图如图6.1.1-1所示。

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