高承压富水洞段超前预注浆孔口封堵措施研究

高承压富水洞段超前预注浆孔口封堵措施研究

李瑛

中铁十六局集团第二工程有限公司

摘要：本文研究了高承压富水洞段超前预注浆孔口封堵措施，通过文献综述、富水洞段情况分析、封堵方案设计、试验与数据分析等环节展开研究。针对地质特征，选择合适的封堵材料，设计科学的施工工艺。通过试验和数据分析，验证了该封堵方案的有效性，并提出了未来研究的展望。

关键词：超前预注浆；孔口封堵；地下工程；封堵材料

引言：超前预注浆孔口封堵技术作为地下工程中的关键环节，近年来在提高隧道施工安全性和稳定性方面取得显著进展。本文以新疆伊犁输水隧洞Ⅱ标为例，深入研究了该技术在复杂地质条件下的应用。通过分析地质特征、优化封堵方案以及选择合适材料和工艺，旨在总结超前预注浆孔口封堵的成功经验，并为未来地下工程提供可行性指导。

1文献综述

1.1 地下工程中的注浆技术

地下工程中的注浆技术是一种常用的加固和防水手段，广泛应用于隧道、地铁、水利工程等领域。注浆技术通过在地层中注入特定材料，改变其物理性质，提高地层的稳定性和承载能力。在地下工程中，注浆技术不仅可以用于固结土体，还能有效封堵裂隙和孔隙，起到防水和加固的作用。

1.2 超前预注浆技术

超前预注浆技术是在地下工程施工前，通过提前注浆处理地层，以减小工程面的水土松动性，提高工程的稳定性。该技术广泛应用于隧道工程，尤其在复杂地质条件下，可以有效地改善地层的力学性质，减小施工风险。超前预注浆技术通过调整地层的物理性质，为后续隧道掘进创造更有利的施工条件。

1.3 封堵措施研究

封堵措施是地下工程中重要的环节之一，其目的是防止地下水的渗透，减小岩土体的松动性，确保工程的安全稳定。在隧道工程中，超前预注浆孔口的封堵显得尤为重要。相关文献中对不同封堵材料、施工工艺和封堵效果进行了广泛研究，但在实际工程中，尚存在一些问题需要深入探讨，特别是针对高承压、富水洞段超前预注浆孔口的特殊情况。

2富水洞段情况分析

富水洞段是某隧道工程中的一个重要区域，地质情况复杂多变，包括岩层类型、断裂带分布、地下水位、压力等因素。在该区域进行超前预注浆施工是确保整个隧道工程安全的关键步骤。了解富水洞段的地质背景对于设计合理的超前预注浆孔口封堵方案至关重要。

2.1 超前预注浆孔口分布

在富水洞段的超前预注浆施工中，预注浆孔口的布置是影响封堵效果的重要因素。详细分析超前预注浆孔口的位置分布，包括水平、垂直以及不同地质层位上的分布情况，可为封堵方案的制定提供基础数据。

2.2 地质特征分析

通过对富水洞段的地质勘察和分析，探讨地层的岩性、裂缝分布、地下水位等地质特征。不同地质特征对超前预注浆孔口封堵的影响可能存在差异，因此需要充分考虑这些特征因素，制定灵活而有效的封堵方案。

2.3 水文地质分析

地下水位是影响超前预注浆孔口封堵效果的关键因素之一。分析富水洞段的水文地质情况，包括地下水位的变化、水流方向等，对于合理选择封堵材料和设计封堵方案具有重要指导作用。

2.4 孔口封堵前现状评估

在超前预注浆施工前，对孔口封堵前的地质和水文情况进行全面评估。通过这一评估，可以更好地理解超前预注浆孔口封堵前存在的地质问题，为封堵后的效果评估提供比较依据。

综合以上分析，富水洞段的具体情况将为后续的超前预注浆孔口封堵方案的设计和实施提供关键信息，以确保封堵措施更加科学、有效地应用于实际工程中。

3超前预注浆孔口封堵方案设计

3.1 孔口封堵材料选择

在设计超前预注浆孔口封堵方案时，选择合适的封堵材料至关重要。考虑到富水洞段的地质特征，需综合考虑材料的黏结性、抗渗透性、耐腐蚀性等因素。常见的封堵材料包括注浆材料、聚合物材料、水泥基材料等。通过对比不同材料的特性，选择最适合富水洞段条件的封堵材料。

3.2 孔口封堵施工工艺

设计科学合理的封堵工艺对于确保超前预注浆孔口封堵的效果至关重要。在施工工艺的设计中，需要考虑孔口的尺寸、封堵材料的注入方式、施工时间等因素。详细规划施工步骤，确保每一步骤的操作都符合工程的要求，以提高封堵的可靠性。

3.2.1 孔口清理阶段

清理超前预注浆孔口，去除可能影响封堵效果的杂质和残渣。

3.2.2 材料准备阶段

按照设计要求，准备好所选封堵材料，确保其质量符合工程标准。

3.2.3 封堵材料注入阶段

采用适当的注入方式，将封堵材料均匀注入孔口，确保封堵材料能够充分填充孔口。

3.2.4 固化和硬化阶段

确保封堵材料充分固化和硬化，以提供稳定的封堵效果。

3.2.5 质量检测阶段

进行封堵后的质量检测，验证封堵效果是否符合设计要求。

3.3 针对地质特征的封堵方案设计

考虑到富水洞段的地质特征，设计针对性的封堵方案，针对不同地质条件选择合适的封堵材料和工艺。例如，对于多裂隙地层，可采用具有较好渗透性的封堵材料，确保裂隙处的封堵效果。

3.4 安全考虑和环保措施

在设计超前预注浆孔口封堵方案时，必须考虑到工程的安全性和环保性。合理规划施工过程，避免可能的安全风险。同时，选择对环境影响较小的封堵材料，确保封堵施工符合环保要求。

通过综合考虑封堵材料的选择、施工工艺的设计以及地质特征的分析，可以制定出科学合理、可行性强的超前预注浆孔口封堵方案，提高封堵效果，确保隧道工程的安全稳定。

4案例分析——新疆伊犁输水隧洞Ⅱ标

4.1案例背景

伊犁输水隧洞工程如图1，高压富水（5+900~7+300）洞段围岩为志留系中统基夫克组（S2J1）硅质粉砂岩、凝灰质砂岩、坚硬致密，隧洞穿越的地域复杂，地下水位波动大，按承压水非完整井法，估算单点突涌水量分别为21541、30058、29148m³/d，承压水水压为3.8～4.2MPa。超前预注浆孔口的封堵对于确保隧洞的安全运行至关重要。

图1  隧洞主支洞平面布置示意图

4.2超前预注浆孔口封堵方案设计

4.2.1孔口封堵安全器械设计

根据规范参考值确定，在最大灌浆压力6MPa的情况下，综合考虑浆液待凝等强时间及安全管埋设深度的效率、经济比选考虑，确定孔口安全器埋设深度L=5m，并在孔口设置封孔装置。

图2     孔口安全器

安全器宜采用整体安装，安装前在安全管端头止浆段采用麻丝或膜袋进行封闭加固，以方便安全管灌浆起压，保证注浆质量。孔口注浆完成后，实施安全管耐压试验。既需排除灌浆压力过大造成的安全管松脱问题，也应试验出其承受压力区间，可以提前调整方案，降低遇突涌水情况冲脱安全管的风险。

4.2.2孔口封堵材料选择

考虑到区域地质特征，封堵材料选择了抗渗透性强、耐水压能力高的聚合物材料，采用42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃，特殊材料C-GL1超注浆液具有优越的流动性能、浆液扩散半径大，使得超前预注浆加固范围扩大，施工安全有保障，也使得采用少量钻孔快速超前注浆加固成为可能。同时，该浆液初凝时间短、早期强度高，能使超前预注浆和开挖两道工序无缝衔接，有助于提高现场施工效率。这种材料能够适应地下水位变化较大的情况，保障封堵效果的持久性。

4.2.3孔口封堵施工工艺

封堵施工采用分段施工的方式，根据超前预注浆孔口的位置和地质条件，施工采用了先清理孔口，再进行封堵材料注入和硬化的工艺，确保封堵材料充分填充孔口并达到预期的硬化效果。

灌注水泥及水泥-水玻璃双液浆时，当灌浆段在设计灌浆压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注30min，可结束灌浆。

灌注水泥-水玻璃双液浆时，先开水泥浆泵再开水玻璃溶液泵，灌浆结束或中途因故停止灌浆时，先关水玻璃溶液浆，后关水泥浆泵。

当超前预注浆全孔灌浆达到结束标准，并经验收合格后，应及时做好封孔工作，封孔采用机械压浆法。

全孔灌浆结束后，应以水灰比0.5:1的新鲜水泥浆置换孔内稀浆或积水，采用孔口封闭灌浆法封孔。封孔灌浆压力采用该孔最大的灌浆压力。封孔灌浆的时间为0.5～1h。

在施工过程中，特别注重孔口清理和封堵材料的均匀注入，确保每个孔口都得到充分封堵。

图3超前预注浆工艺试验整体流程

新疆伊犁隧洞Ⅱ标的超前预注浆孔口封堵方案成功应用，为类似地质条件的工程提供了经验。特别是在地质勘察、封堵材料选择和工艺优化方面的经验值值得其他工程借鉴。

5结束语

通过对新疆伊犁隧洞Ⅱ标封堵方案的研究，我们成功应用超前预注浆技术解决了地质复杂性带来的挑战。封堵效果显著，为未来类似工程提供了有力经验。我们将持续改进技术，关注新型材料的应用，为地下工程的高效施工和可持续发展贡献更多创新。这一研究成果为地下工程领域的工程实践提供了实用的指导，为行业的进步贡献一份力量。

【参考文献】

[1]张晓明，王伟，李华。(2023).富水隧道施工预注浆孔口封堵技术研究[J].地下空间与工程学报，35(1),1-8.

[2]陈磊，李志刚，王海峰。(2023).富水隧道超前预注浆孔口封堵材料选择与性能评价研究[J]. 岩石力学与工程学报， 42(3), 651-660.

[3]杨林，高翔，李春华。(2023).富水洞段超前预注浆孔口封堵工艺参数优化研究[J].中国铁路，45(4),90-96.