地下洞室滲漏水處理技術(shù)及工程實(shí)例

1、 水電施工技術(shù) 2011 第4期 總第66期 中國(guó)水利水電第三工程局有限公司 PAGE 102 PAGE 103地下洞室滲漏水處理技術(shù)及工程實(shí)例屈高見（中國(guó)水電三局有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院） 【摘 要】 結(jié)合中國(guó)水電三局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院多年來完成的各類地下洞室滲漏水處理工程實(shí)例，分有襯砌和無襯砌兩種情況，總結(jié)了地下洞室滲漏水處理工藝技術(shù)及常用的材料。【關(guān)鍵詞】 地下洞室 預(yù)注漿 水玻璃 化學(xué)灌漿1 概述 處在地下水位以下的地下洞室等建筑物常受滲漏水問題的困擾，根據(jù)地下建筑物特性，可分兩種情況總結(jié)處理工藝方法。第一種情況是地下鋼筋混凝土建筑物（比如有襯砌的地下有壓引水隧洞、水電站地下廠房等），由于混

2、凝土結(jié)構(gòu)自身缺陷（裂縫、不密實(shí)、止水失效）導(dǎo)致滲漏水。第二種情況是無混凝土襯砌的圍巖涌水。如在地下工程開挖施工過程中，特別是富水構(gòu)造地層，地下高壓涌水成了開挖掘進(jìn)施工成敗的關(guān)鍵。2 有混凝土襯砌的地下洞室滲漏水問題 對(duì)于有混凝土襯砌的地下洞室滲漏水問題，處理重點(diǎn)是修補(bǔ)襯砌混凝土自身缺陷，常見缺陷類型有裂縫、伸縮縫止水失效、混凝土疏松不密實(shí)等。最有效的處理手段是水泥灌漿和化學(xué)灌漿。在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)注漿時(shí)，對(duì)注漿材料性能的要求較高，比如強(qiáng)度、耐久性、適應(yīng)變形縫的能力等，因而除了超細(xì)水泥、水玻璃等無機(jī)灌漿材料外，常選用成本相對(duì)較高的有機(jī)灌漿材料，比如環(huán)氧漿液、聚氨酯漿液、甲凝漿液等。中國(guó)水電三

3、局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院處理這種情況的滲漏水工程實(shí)例較多，比如黃河小浪底水電站地下洞室混凝土襯砌裂縫處理、長(zhǎng)江三峽大壩基礎(chǔ)廊道滲漏水處理等。 小浪底水利樞紐工程泄洪系統(tǒng)由密集的地下洞室組成，由于黃河水含沙量大，為滿足洞身段抗蝕、抗沖刷的要求，工程對(duì)諸如混凝土裂縫、伸縮縫和施工縫滲漏水等缺陷的處理標(biāo)準(zhǔn)要求較高。中國(guó)水電三局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院于2000年10月至2001年元月完成了導(dǎo)流洞、排沙洞等洞室的襯砌混凝土裂縫滲漏水的處理工作，結(jié)合工程特點(diǎn)，制定并在施工中完善了“無損化學(xué)灌漿工藝”，該工藝不僅比傳統(tǒng)化學(xué)灌漿工藝效率高，而且最大程度地避免了對(duì)原混凝土的二次損傷。 三峽水電工程在修建過程中對(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求是

4、極高的，許多指標(biāo)超過了規(guī)范的要求。中國(guó)水電三局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院于2001年陸續(xù)完成了三峽工程左岸廠房下游基礎(chǔ)灌漿廊道結(jié)構(gòu)縫防滲漏聚氨酯化學(xué)灌漿、三峽工程左岸廠房下游基礎(chǔ)灌漿廊道混凝土裂縫補(bǔ)強(qiáng)防滲低粘度環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿、三峽工程左岸廠房下游基礎(chǔ)灌漿廊道加強(qiáng)防滲帷幕丙烯酸鹽化學(xué)灌漿、三峽工程左岸船閘部分閘室底板止水檢查槽水溶性聚氨酯防滲漏化學(xué)灌漿等多個(gè)項(xiàng)目的施工任務(wù)。所有處理部位經(jīng)三峽工程過蓄水檢驗(yàn)，做到了“滴水不漏”。三峽水庫最高蓄水位達(dá)到175m，下游水位40m左右，大壩基礎(chǔ)廊道高程24m，要承受最大135m滲透壓力，因此，基礎(chǔ)廊道出現(xiàn)在裂縫或者結(jié)構(gòu)縫部位的滲漏水均為壓力水，經(jīng)使用背水面化學(xué)灌漿

5、技術(shù)處理，所有滲漏水問題得到圓滿解決。3 無襯砌地下洞室圍巖滲漏水問題3.1 預(yù)注漿技術(shù) 相對(duì)于有襯砌的地下洞室，無襯砌地下洞室圍巖滲漏水處理要復(fù)雜的多，涌水壓力大、圍巖破碎等情況比較常見，有些地下富含煤層區(qū)域要避免瓦斯等可燃?xì)怏w爆炸事故，在注漿堵水時(shí)不允許用可燃的有機(jī)注漿材料，這些因素都給無襯砌地下洞室圍巖滲漏水處理帶來很多困難。因此，無襯砌地下洞室圍巖滲漏水問題除了直接注漿封堵外，往往還采取導(dǎo)洞分流減壓、預(yù)注漿等綜合處理措施。 預(yù)注漿技術(shù)是指在開挖前通過鉆孔向特定區(qū)域（富水帶、含水層）預(yù)先超前注漿，利用注漿液有效擴(kuò)散半徑，在裂隙含水層中形成足夠體積的漿液凝膠和巖石組成結(jié)構(gòu)體，此方法可以有效

6、地隔離地下水，在開挖前封閉地下水通道，從而保證隧洞開挖的順利進(jìn)行。預(yù)注漿技術(shù)最好結(jié)合地下水超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)進(jìn)行，采用超前地質(zhì)勘探用以查明未開挖區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地下水富集帶、含水層或含水地下洞穴的位置，根據(jù)超前地質(zhì)勘探反饋的信息判斷是否需要采取預(yù)注漿措施。地質(zhì)勘探主要采用超前導(dǎo)洞勘探法、電阻率勘探法和地質(zhì)雷達(dá)法（GPR法）三者相結(jié)合的方法，各種方法相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，以便準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)地下水的情況。 預(yù)注漿前，首先綜合分析巖層裂隙狀態(tài)、地下水情況、設(shè)備能力、漿液有效擴(kuò)散半徑、鉆孔偏斜率和對(duì)注漿效果的要求，然后確定地下洞室每一注漿段，沿洞軸線呈傘狀布設(shè)注漿孔。另外，鑒于洞室的巖石裂隙發(fā)育及不均勻性，施工中根據(jù)

7、具體情況適當(dāng)調(diào)整，以免出現(xiàn)“死區(qū)”。由于預(yù)注漿漿液擴(kuò)散的一般規(guī)律是向上易擴(kuò)散，向下不易擴(kuò)散，一般先鉆注布置在隧道頂板上的注漿孔，后鉆注洞室兩測(cè)孔，最后鉆注底板孔，全段注漿完成后，根據(jù)不同漿材凝結(jié)時(shí)間要求待凝，然后進(jìn)行開挖作業(yè)。3.2 注漿材料 對(duì)于開挖后出現(xiàn)的圍巖涌水，在選擇注漿材料時(shí)，要求其凝固時(shí)間短、強(qiáng)度高，因涌水大的區(qū)域一般巖石破碎、裂隙發(fā)育，因此，灌注漿液凝固時(shí)間短強(qiáng)度高的漿液有利于快速堵水、減少漏漿浪費(fèi)同時(shí)對(duì)圍巖有一定的補(bǔ)強(qiáng)作用。國(guó)內(nèi)常用的有水溶性聚氨酯HW與LW以及油溶性聚氨酯等材料進(jìn)行化學(xué)灌漿。比如，中國(guó)水電三局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院2009年3月承擔(dān)的四川仁宗海水電站引水壓力鋼管下斜段

8、圍巖涌水處理就是這類情況的典型工程實(shí)例。 在進(jìn)行地下洞室預(yù)注漿時(shí)，因注漿量大，對(duì)注漿材料的要求是材料來源廣泛，價(jià)格較低。常選擇普通硅酸鹽水泥、水玻璃等無機(jī)灌漿材料，近幾年，無毒環(huán)保的丙烯酸鹽灌漿材料也經(jīng)常作為預(yù)注漿材料。3.2.1 改性水玻璃灌漿材料 1）水玻璃灌漿材料應(yīng)用現(xiàn)狀及其缺點(diǎn)：水玻璃因其原材料來源廣泛、價(jià)格低廉而被廣泛用于地基堵水加固灌漿領(lǐng)域。大多數(shù)工程在使用水玻璃漿材時(shí)，多采用無機(jī)材料作固化劑（氯化鈣、氯酸鈉）作凝固劑或者和硅酸鹽水泥漿混合使用利用水泥中的成分激發(fā)固化，這種漿材體系雖然使用簡(jiǎn)單，但灌漿效果很難保證，造成很多不成功的工程實(shí)例和大量水玻璃材料的浪費(fèi)。分析原因如下： 水玻

9、璃使用無機(jī)材料（氯化鈣、氯酸鈉）作固化劑凝固時(shí)間短（數(shù)秒鐘），用改變固化劑用量來調(diào)節(jié)凝固時(shí)間會(huì)顯著影響漿液固結(jié)體強(qiáng)度； 水玻璃-水泥混合漿液粘度大、滲透性差。這種混凝漿液凝固時(shí)間更難控制，凝固時(shí)間要受到水泥品種（對(duì)水泥中的硅酸三鈣敏感）、水泥漿水灰比、水玻璃漿液和水泥漿液體積比、水玻璃溶液濃度等多種因素影響； 為解決水玻璃-水泥混合漿材凝固時(shí)間的控制問題，一種灌漿工藝采用水玻璃水泥交替灌漿方式，即水泥水玻璃水泥多次交替注入，這種工藝工序繁雜，更大的缺點(diǎn)是混合不均（由于地層的非均質(zhì)性，兩種漿液不易以預(yù)定比例進(jìn)入預(yù)定部位，導(dǎo)致分層現(xiàn)象）； 所配制出的漿液極易出現(xiàn)絮狀物； 該漿材體系固結(jié)體干縮、收縮

10、和龜裂、強(qiáng)度低及在水中的穩(wěn)定性（或耐久性）問題難于解決。 2）水玻璃灌漿材料的改性：中國(guó)水電三局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在國(guó)外文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上并通過試驗(yàn)研究，成功用有機(jī)材料作水玻璃的凝固劑來顯著改善水玻璃漿液性能的技術(shù)。有機(jī)材料能緩慢分解，釋放出一種或多種能使水玻璃漿液凝固的物質(zhì)，因而可以達(dá)到粘度低、滲透性好、強(qiáng)度高、凝固時(shí)間容易調(diào)節(jié)的要求。研制出用有機(jī)材料作水玻璃凝固劑的配方，使得單液水玻璃灌漿技術(shù)在地基防滲加固領(lǐng)域成功應(yīng)用，極大地提高了水玻璃漿液的應(yīng)用空間及應(yīng)用效果。3.2.2 丙烯酸鹽灌漿材料 自從曾一度應(yīng)用相當(dāng)普遍的防滲化學(xué)材料丙烯酰胺因毒性問題，被停止使用以來，許多國(guó)家都在研究開發(fā)毒性較低的丙烯

11、酸鹽化學(xué)灌漿材料及其應(yīng)用領(lǐng)域。丙烯酸鹽灌漿材料具有粘度低、不含顆粒成分、可灌入細(xì)微裂隙、膠凝時(shí)間可以控制、凝膠滲透系數(shù)低、抗擠出能力強(qiáng)等特點(diǎn)，中國(guó)水電三局曾將我國(guó)研制的第一代丙烯酸鹽材料成功應(yīng)用在三峽工程左岸廠房壩段帷幕加強(qiáng)化學(xué)灌漿，顯示了丙烯酸鹽作為地基防滲灌漿材料的巨大應(yīng)用潛力。二代丙烯酸鹽AC-丙烯酸鹽灌漿液是一種新的防滲堵漏材料。它用一種新的交聯(lián)劑替換了原來丙烯酸鹽化學(xué)灌漿液中具有中等毒性的交聯(lián)劑甲撐雙丙烯酰胺，漿液中不含酰胺基團(tuán)的化合物。AC-丙烯酸鹽化學(xué)灌漿液經(jīng)北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)系檢測(cè)為實(shí)際無毒。因此，使用AC-丙烯酸鹽灌漿液灌漿，不會(huì)污染環(huán)境，符合“綠色灌漿”的理念。中國(guó)

12、水電三局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院于2009年底完成的筱溪水電站特殊地質(zhì)條件丙烯酸鹽帷幕灌漿是AC-為代表的第二代丙烯酸鹽問世以來首次在水電工程較大規(guī)模應(yīng)用，取得了較好的帷幕防滲灌漿效果，形成的工法對(duì)類似工程有借鑒意義。由于具有丙烯酸鹽化學(xué)灌漿材料的施工經(jīng)驗(yàn)和成功的工程實(shí)例，中國(guó)水電三局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院參與由中國(guó)建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心組織的丙烯酸鹽化學(xué)灌漿材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)起草工作，目前該標(biāo)準(zhǔn)已正式頒布實(shí)施。4 結(jié)語“成功的工程實(shí)例一半依賴于材料，一半依賴于施工”。對(duì)于有混凝土襯砌的地下洞室，在處理滲漏水問題時(shí)，多針對(duì)襯砌混凝土本身的缺陷進(jìn)行，選擇的材料多以具有防滲兼補(bǔ)強(qiáng)功能的有機(jī)材料為主。對(duì)于無襯砌地下洞室，結(jié)合地下水超前地質(zhì)勘探預(yù)報(bào)進(jìn)行預(yù)注漿是較常用的工藝技術(shù)，灌注材料多以較廉價(jià)的無機(jī)灌注材料為主，比如水玻璃灌漿液或水玻璃水泥混合灌漿液等，而采用有機(jī)固化劑對(duì)水玻璃灌漿液進(jìn)行改性后的單液水玻璃灌漿技術(shù)則使水玻璃灌漿工藝變得更為簡(jiǎn)單有效。參考文獻(xiàn)：1 屈高見,周國(guó)利. 多種方法綜合治理水工隧洞襯砌混凝土的常見病害-廣州化學(xué)2002年27卷. 2 屈高見，秦書海. 幾種混凝土裂