錦屏二級(jí)水電站西端引水洞綠泥石片巖洞段復(fù)合灌漿實(shí)驗(yàn)成果分析評(píng)價(jià)

張鵬 李元 楊培洲 鐘久安

【摘要】錦屏二級(jí)水電站引水隧洞長度長、埋深大，沿線工程地質(zhì)情況復(fù)雜。其中西端1#引水隧洞穿越的T1綠泥石片巖地層具有特殊的物理力學(xué)特性和水理特性，且受施工期洞室開挖的擾動(dòng)、長期變形和地下水侵蝕等影響后圍巖承載能力減弱。因此在隧洞成型后亟需采用合理的灌漿方式對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)。本文詳細(xì)描述了現(xiàn)場進(jìn)行的“水泥-細(xì)水泥復(fù)合灌漿”和“水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿”試驗(yàn)過程和試驗(yàn)成果，做出了相應(yīng)的分析和評(píng)價(jià)，為后續(xù)工程施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】隧洞，綠泥石片巖，復(fù)合灌漿，處理

1 概述

1.1 工程概況

錦屏二級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，利用雅礱江150 km長的大河彎，截彎取直，開挖隧洞集中水頭引水發(fā)電，總裝機(jī)容量為4800 MW。該電站由4條單洞長約16.67km的引水隧洞、與之平行的2條長為17.5km的輔助洞和l條施工排水洞共7條隧洞組成，一般埋深為1500～2000 m，最大埋深為2525 m[1-2]。

引水隧洞自西向東依次穿越的地層有T2Z雜古腦組大理巖、T1綠泥石片巖、綠砂巖、T3砂板巖、T2b白山組大理巖和T2y鹽塘組大理巖。西端T1綠泥石片巖巖體強(qiáng)度低，遇水易軟化，屬于典型的軟巖，顯示出典型的高地應(yīng)力條件下軟巖的塑形大變形特征。試驗(yàn)研究表明，綠泥石片巖飽和條件下軟化系數(shù)為0.5，彈性模量軟化系數(shù)為0.27，遇水軟化效應(yīng)十分明顯，高地應(yīng)力條件下綠泥石片巖的流變變形也相當(dāng)可觀，其長期強(qiáng)度為瞬時(shí)強(qiáng)度的15～29%，綠泥石片巖的長期流變變形特征和特殊的水理特性是影響其洞室穩(wěn)定安全的重要因素[3]。

1.2 基礎(chǔ)處理工程設(shè)計(jì)綜述

錦屏二級(jí)引水隧洞圍巖是主要承載結(jié)構(gòu)和防滲主體，工程處理措施的目的是充分發(fā)揮圍巖的自承載能力，對(duì)于巖石質(zhì)量較差的綠泥片巖而言，隧洞和表層鋼筋混凝土襯砌共同組成隧洞的承載結(jié)構(gòu)。水工隧洞固灌漿有利于加固隧洞圍巖、封閉隧洞周邊巖體裂隙，提高隧洞圍巖的整體性和抗變形能力，增強(qiáng)圍巖抗?jié)B能力和長期滲透穩(wěn)定性。

西端引水隧洞T1綠泥石片巖因其特殊的物理力學(xué)特性和水理特性，以及經(jīng)受施工期洞室開挖的擾動(dòng)、長期變形和地下水侵蝕等影響后圍巖承載能力減弱，通過有效的固結(jié)灌漿措施使得圍巖均勻性、整體和物理力學(xué)指標(biāo)得到保證和提高，對(duì)于綠泥石片巖洞段隧洞承載體系的建立和質(zhì)量效果保證至關(guān)重要[3]。

2 綠泥石片巖工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

綠片巖（T1地層）地層中，受高埋深高地應(yīng)力的影響，開挖通過破碎帶、不利結(jié)構(gòu)面特別是X節(jié)理部位，容易發(fā)生大變形與坍塌等現(xiàn)象，對(duì)施工安全帶來隱患。特別是在隧洞埋深1550m～1850m，最大主應(yīng)力約40～50MPa的洞段，綠泥石片巖洞段變形情況更為嚴(yán)重。1#引水隧洞樁號(hào)引（1）1+535～1+802m開挖揭露綠泥石片巖，初始開挖斷面13.4～13.8m。開挖分成上下斷面，上斷面開挖高度9.5～9.7m，下斷面開挖高度2.9～3.3m。上斷面開挖后在工程力作用下產(chǎn)生顯著塑性變形，隧洞產(chǎn)生“縮徑”現(xiàn)象，變形侵占設(shè)計(jì)襯砌凈空厚度普遍都在20cm以上，大部分為20～60cm之間，局部超過1 m。如此大的變形，導(dǎo)致隧洞襯砌結(jié)構(gòu)以及部分洞段的過流斷面被侵占，嚴(yán)重影響了隧洞承載結(jié)構(gòu)安全、施工期洞室安全和過流條件[4]。

后根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)及專家咨詢后，對(duì)該洞段進(jìn)行擴(kuò)挖，擴(kuò)挖按14.3m斷面進(jìn)行施工，立拱架復(fù)噴混凝土后斷面為13.7m。

綠泥石現(xiàn)場取樣時(shí)，錘擊聲不清脆，無回彈，較易擊碎；浸水后，指甲可刻出痕跡?？癸L(fēng)化程度：結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分破壞，礦物色澤明顯變化。大部分由綠泥石、綠簾石、方解石及少量石英組成。結(jié)構(gòu)面結(jié)合性較差，巖石完整性較破碎?，F(xiàn)場取樣試驗(yàn)室檢測的強(qiáng)度Rc結(jié)果如下：烘干時(shí)強(qiáng)度為14.4MPa，浸水飽和時(shí)的強(qiáng)度為1.1MPa，軟化系數(shù)0.076，密度為2520kg/m3，吸水率9.9%。

在綠泥石片巖洞段引（1）1+535～1+802m兩端分別揭露地下水。其西側(cè)即小樁號(hào)側(cè)引（1）1+450～15+535洞段揭露廳堂式溶洞，地下水發(fā)育。其東側(cè)即大樁號(hào)側(cè)揭露少量地下水。由此可見，雖然綠泥石片巖為不透水巖層，但其相鄰洞段均發(fā)育地下水，在開挖過程中和開挖后對(duì)綠泥石片巖洞段的穩(wěn)定性均產(chǎn)生不可避免的影響。

3 綠泥石片巖水泥化學(xué)復(fù)合灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 水泥化學(xué)灌漿復(fù)合灌漿試驗(yàn)方案

水泥灌漿作為隧洞基礎(chǔ)處理的主要手段，在本次綠泥石片巖洞段加固處理中占據(jù)主要位置。在水泥灌漿施工完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)理念，為了進(jìn)一步加強(qiáng)綠泥石片巖洞段的防滲性能，分別進(jìn)行了細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)和化學(xué)灌漿試驗(yàn)。通過水泥-細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)和水泥-化學(xué)灌漿試驗(yàn)的綜合對(duì)比，最終確定類似洞段的處理方法。

在隧洞綠泥石片巖洞段環(huán)狀梅花型布置灌漿鉆孔，灌漿孔向以隧洞中心為圓心發(fā)散布置。細(xì)水泥灌漿和化學(xué)灌漿須在水泥灌漿及水泥加密灌漿完成并檢查合格后進(jìn)行。

特別說明：本文前述及后述“水泥灌漿”均指普通硅酸鹽水泥灌漿。

3.2 水泥化學(xué)復(fù)合灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)要求

3.2.1 灌漿孔布置

水泥灌漿試驗(yàn)共布置10排孔，排距2m，每排20孔（邊頂拱為15/16孔，底板為4/5孔），鉆孔孔深入巖9.0m。

由于現(xiàn)場條件限制，細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)灌漿孔布置在隧洞邊頂拱，孔位為水泥灌漿兩序環(huán)中間，每環(huán)15/16個(gè)孔，孔排距2m，梅花形布置，孔深入巖4m。

化學(xué)灌漿試驗(yàn)共布置10排孔，其中5排孔在水泥灌漿原孔位置，另外5排孔在水泥灌漿兩序環(huán)之間重新布置化學(xué)灌漿孔。每環(huán)布置化學(xué)灌漿鉆孔20孔，排距2m，鉆孔孔深入巖6m。

3.2.2 灌漿材料要求

1）水泥灌漿材料

水泥灌漿采用普通水泥和細(xì)水泥。

普通水泥采用強(qiáng)度等級(jí)不低于P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，細(xì)水泥采用成品細(xì)水泥，其各項(xiàng)檢測指標(biāo)應(yīng)符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2）化學(xué)灌漿材料

試驗(yàn)段化學(xué)灌漿液采用環(huán)氧樹脂類灌漿材料，其液性能和固化物最低應(yīng)符合《水工建筑物化學(xué)灌漿施規(guī)范》（DL/T 5406-2010）的指標(biāo)要求。

3）化學(xué)灌漿材料性能室內(nèi)研究內(nèi)容

灌漿前，應(yīng)對(duì)環(huán)氧樹脂、固化劑的品種及其用量進(jìn)行室內(nèi)研究。對(duì)不同配方的漿液各項(xiàng)規(guī)范規(guī)定性能進(jìn)行研究。

3.2.3 灌漿方法

水泥灌漿采用“自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法”進(jìn)行灌漿，全孔分為兩段，環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密。灌漿結(jié)束后進(jìn)行壓水檢查，當(dāng)水泥灌漿灌后單孔聲波測試值達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行細(xì)水泥或化學(xué)灌漿。

細(xì)水泥灌漿采用一次性成孔、全孔一段孔內(nèi)循環(huán)式灌漿，環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密。

化學(xué)灌漿采用一次性成孔、全孔一段純壓式灌漿，環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密。

3.2.4 灌漿壓力

各種類型灌漿試驗(yàn)壓力詳見表3.2-1。

表3.2-1 灌漿試驗(yàn)孔分段和壓力

序號(hào) 灌漿類型 入巖孔深（m） 段次 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa）

1 水泥灌漿 9 第1段 孔口段0～4m 3.0

2 第2段 孔深4～9m 6.0

3 細(xì)水泥灌漿 4 / 0～4m 3.0～5.0

4 化學(xué)灌漿 6 / 0～6m 2.0/3.0

3.2.5 漿液變換

水泥灌漿采用1：1、0.8：1、0.5：1三個(gè)比級(jí)水灰比，漿液變換原則按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5148-2012）中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

細(xì)水泥灌漿采用1：1和0.6：1兩級(jí)水灰比，漿液變換原則根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況并結(jié)合《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5148-2012）中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

化學(xué)灌漿漿液配合比及不同漿液變換原則根據(jù)室內(nèi)研究成果選用，并最終根據(jù)灌漿試驗(yàn)確定。

3.2.6 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

水泥灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)水泥灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：在設(shè)計(jì)灌漿壓力下，灌漿孔（段）吸漿量不大于1L/min，繼續(xù)灌注30min即可結(jié)束。

化學(xué)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：①在設(shè)計(jì)規(guī)定的壓力下，每一灌漿段吸漿量不大于0.02L/（min·m），繼續(xù)灌注30min 或達(dá)到膠凝時(shí)間，即可結(jié)束。②每個(gè)灌漿段灌漿持續(xù)最短時(shí)間控制在16～28h，但最長灌注時(shí)間不超過40h。

3.2.7 封孔

水泥灌漿結(jié)束后采用水灰比為0.5：1的濃漿進(jìn)行封孔，壓力不小于2.0MPa（但不大于灌漿壓力），帶壓封孔時(shí)間不小于20min，孔口需用水泥砂漿（強(qiáng)度不低于M25）壓抹齊平。

細(xì)水泥灌漿采用的是1：1漿液灌注結(jié)束后，采用普通水泥0.5：1漿液進(jìn)行置換封孔。若采用0.6：1漿液灌注結(jié)束，可不進(jìn)行專門的封孔。

化學(xué)灌漿結(jié)束后可不進(jìn)行專門的封孔。

3.3 灌后檢查指標(biāo)

綠泥石片巖洞段各類灌漿灌后檢查暫定指標(biāo)見表3.3-1。

表3.3-1 綠泥石片巖洞段各類灌漿灌后檢查指標(biāo)（暫定）統(tǒng)計(jì)表

序號(hào) 灌漿類型 檢查項(xiàng)目及合格標(biāo)準(zhǔn)

透水率 單孔聲波 變形模量

1 水泥灌漿 / 85%測試值不小于4500m/s，小于3825m/s的測試值不超過3%，且分布不集中 灌后鉆孔變形模量檢查最小測測試值不小于4.0GPa

2 細(xì)水泥灌漿 在1.0MPa的壓水壓力下，85%以上試段透水率小于0.5Lu，其余75%試段的透水率不大于0.75Lu 85%測試值不小于4500m/s，小于3825m/s的測試值不超過3%，且分布不集中 灌后鉆孔變形模量測試最小值不小于4.0GPa

3 化學(xué)灌漿 / 85%測試值不小于4500m/s，小于4250m/s的測試值不超過3%，且分布不集中 灌后鉆孔變形模量測試最小值不小于4.0GPa，測試平均值不小于5GPa

備注：由于綠泥石片巖的吸水軟化特征，故水泥灌漿未設(shè)置透水率檢查項(xiàng)目。

4 水泥化學(xué)復(fù)合灌漿試驗(yàn)現(xiàn)場施工

4.1 水泥灌漿

本工程設(shè)計(jì)灌漿壓力6MPa，為了確保工程安全，需要根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，以便確定灌漿參數(shù)。

根據(jù)本工程前期施工的具體情況，綜合選定在引（1）1+566～1+606m段進(jìn)行綠泥石片巖水泥灌漿試驗(yàn)。灌漿試驗(yàn)段總長40m，共分兩個(gè)灌漿試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)長20m。布置形式為：Ⅰ、Ⅱ試驗(yàn)區(qū)各布置10排孔，排距2m，每排20孔（邊頂拱為15/16孔，底板為4/5孔），鉆孔孔深入巖9.0m，鉆孔沿隧洞中心按18°發(fā)散布孔。

試驗(yàn)區(qū)共布置了310個(gè)孔，施工分序、分段和試驗(yàn)壓力的情況詳見表4.1-1。

表4.1-1 灌漿試驗(yàn)孔分段和壓力

試驗(yàn)區(qū)范圍 入巖孔深（m） 段次 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa）

引（1）1+566～1+606 9 第1段 孔口段0～4m 3.0

第2段 孔深4～9m 6.0

本次Ⅰ、Ⅱ灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿孔排距、灌漿壓力、水灰比等灌漿參數(shù)相同，試驗(yàn)段圍巖特性基本相同，主要對(duì)比數(shù)據(jù)是第1段灌漿同第2段灌漿之間待凝時(shí)間。其中試驗(yàn)Ⅰ區(qū)第1段灌漿同第2段灌漿之間待凝時(shí)間為7天，試驗(yàn)Ⅱ區(qū)第1段灌漿同第2段灌漿之間待凝時(shí)間為1天。

具體施工程序?yàn)椋恒@孔→鉆孔沖洗→壓漿試驗(yàn)→第1段灌漿→待凝→鉆孔→鉆孔沖洗→壓漿試驗(yàn)→第2段灌漿→轉(zhuǎn)入下一孔鉆灌。

灌漿試驗(yàn)段主要成果見表4.1-2。

表4.1-2 灌漿試驗(yàn)成果

序號(hào) 項(xiàng)目 Ⅰ區(qū) Ⅱ區(qū) 備 注

1 地層巖性 綠泥石片巖夾雜少量大理巖

2 圍巖類別 Ⅳ Ⅳ

3 單位注入量Ⅰ序（kg/m） 406.70 403.90

4 單位注入量Ⅱ序（kg/m） 104.66 142.69

5 單位注入量（kg/m） 242.81 262.83

6 灌前聲波測試（m/s） 3960 4414 平均值

7 灌后聲波測試（m/s） 4807 4851 平均值

8 灌前灌后聲波提高率% 21.39 9.9 滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)

9 灌前變模（GPa） 0.44～2.88 2.65～4.57 平均值

10 灌后變模（GPa） 2.29～3.54 3.57～4.26 平均值

11 最大抬動(dòng)值（μm） 42 36

12 質(zhì)量綜合判定 合格 合格

從上述灌漿試驗(yàn)得到了以下結(jié)論。

1）試驗(yàn)區(qū)單位注入量均隨灌漿次序的增加呈現(xiàn)遞減；灌后壓漿檢查單耗較灌前顯著減小。

2）灌后聲波較灌前聲波平均提高 21.39%（Ⅰ區(qū)）和9.9%（Ⅱ區(qū)），且聲波檢測指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

3）綠片巖洞段灌漿施工采用如下施工參數(shù)灌漿效果明顯，說明本次灌漿試驗(yàn)所有的灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)是合適的。第1段灌漿同第2段灌漿之間待凝時(shí)間最少可為1天。

4）灌漿試驗(yàn)鉆孔終孔孔徑為φ56mm，小于設(shè)計(jì)要求的φ110mm，從灌漿試驗(yàn)灌漿效果綜合分析，φ56mm的終孔孔徑滿足了設(shè)計(jì)要求。

5）本次檢測的1+566～1+606段的灌前變形模量值偏低，且測值全距較大，表明所測巖體破碎且不穩(wěn)定；灌后變形模量值有所上升，灌漿效果明顯，但仍不滿足設(shè)計(jì)“灌后鉆孔變形模量檢查最小測測試值不小于4.0GPa”的設(shè)計(jì)暫定要求。

6）后續(xù)仍需要采取合適的施工措施對(duì)綠泥石片巖進(jìn)行進(jìn)一步處理。

4.2 細(xì)水泥灌漿

為了更好結(jié)合工程實(shí)際，綠泥石片巖洞段在普通水泥灌漿后，采用細(xì)水泥灌漿的方式進(jìn)一步處理。

根據(jù)本工程前期施工的具體情況，綜合選定在引（1）1+606～1+626m段進(jìn)行綠泥石片巖細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)。灌漿試驗(yàn)段總長20m，邊頂拱每環(huán)15/16個(gè)孔，孔排距2m，梅花形布置，孔深L=4m。

試驗(yàn)區(qū)共布置了155個(gè)孔，施工分序、分段和試驗(yàn)壓力的情況詳見表4.2-1。

表4.2-1 灌漿試驗(yàn)孔分段和壓力

試驗(yàn)區(qū)范圍 入巖孔深（m） 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa）

引（1）1+606～1+626 4 0～4 3.0～5.0

具體施工程序?yàn)椋恒@孔→鉆孔沖洗→孔口管安裝→灌漿→轉(zhuǎn)入下一孔鉆灌。

試驗(yàn)段施工過程中未發(fā)生抬動(dòng)、串冒漿、漏漿等特殊情況。

結(jié)合前期試驗(yàn)洞段普通水泥灌漿情況，該洞段普通水泥灌漿和細(xì)水泥灌漿主要成果見表4.2-2。

表4.2-2 綠泥石片巖細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)段灌漿前后對(duì)比分析表

序號(hào) 項(xiàng)目 普通水泥灌漿成果 細(xì)水泥灌漿 備注

灌前 灌后

1 完成孔數(shù)（個(gè)） 266 155

2 鉆孔（m） 4073.7 912.79

3 灌漿（m） 2394 620

4 注入量（t） 351.327 19.593

5 平均透水率（Lu） ∕ 0.82 0.50

6 單元平均單耗（kg/m） 187.29 31.60

7 Ⅰ序單耗（kg/m） 254.43 33.93

8 Ⅱ序單耗（kg/m） 113.86 29.12

9 聲波（m/s） 4766m/s 4968m/s 滿足設(shè)計(jì)暫定標(biāo)準(zhǔn)

10 孔內(nèi)電視 孔內(nèi)多見水泥結(jié)石，巖體與水泥膠結(jié)較好，未見明顯缺陷

11 變形模量（GPa） 范圍為1.25～7.69Gpa，平均值為3.57Gpa 范圍為4.07～14.58Gpa，平均值為6.02Gpa 滿足設(shè)計(jì)暫定標(biāo)準(zhǔn)

12 抬動(dòng)值（μm） 24 0

從上述灌漿試驗(yàn)得到出以下結(jié)論。

1）試驗(yàn)區(qū)Ⅰ序孔單位注灰量為33.93kg/m，Ⅱ序孔單位注灰量為29.12kg/m，遞減14.2%。故細(xì)灌漿單位注入量隨灌漿次序的增加呈現(xiàn)遞減規(guī)律，符合灌漿的一般規(guī)律。

2）通過本次細(xì)水泥灌漿試驗(yàn)，我們可以看出經(jīng)過普通水泥灌漿對(duì)綠泥石片巖洞段大部分裂隙充填后，仍有少量微細(xì)裂隙需要細(xì)水泥灌漿漿材進(jìn)一步填充。

3）細(xì)水泥灌漿過程中未產(chǎn)生襯砌抬動(dòng)，且細(xì)水泥灌漿后圍巖滲透性能、完整性、變形特征等指標(biāo)均得到提升，說明設(shè)計(jì)的細(xì)水泥灌漿參數(shù)在綠泥石片巖洞段是合理的。

4）根據(jù)試驗(yàn)成果，細(xì)水泥灌漿灌后壓水檢查結(jié)果不能滿足原設(shè)計(jì)壓水檢查標(biāo)準(zhǔn)，但通過綜合其他灌后檢查數(shù)據(jù)說明細(xì)水泥灌漿灌后效果良好。

4.3 化學(xué)灌漿

環(huán)氧漿液具有強(qiáng)度高（本體抗壓強(qiáng)度≥40～60MPa），滲透流動(dòng)性好，操作時(shí)間長等特點(diǎn)，室內(nèi)試驗(yàn)顯示環(huán)氧漿液對(duì)綠片巖微裂隙的充填以及巖塊之間的粘結(jié)性能較好，有很好的防滲加固性能。因此在水泥灌漿后，現(xiàn)場進(jìn)行了化學(xué)灌漿試驗(yàn)。

根據(jù)本工程前期施工的具體情況，綜合選定在引（1）1+586～1+606m段進(jìn)行綠泥石片巖段化學(xué)灌漿試驗(yàn)。

灌漿試驗(yàn)段總長20m，共分兩個(gè)灌漿試驗(yàn)區(qū)段（即HⅠ區(qū)、HⅡ區(qū)），各個(gè)區(qū)段具體鉆孔布置型式詳見表4.3-1所示。本次化學(xué)灌漿試驗(yàn)先在已施工完畢的邊頂拱水泥固結(jié)灌漿區(qū)域進(jìn)行。

表4.3-1 試驗(yàn)區(qū)鉆孔布置型式表

序號(hào) 區(qū)段代碼 灌漿類型 試驗(yàn)樁號(hào) 排數(shù)（排） 排距（m） 斷面孔數(shù)（孔） 孔深入巖（m） 布孔型式

1 HⅠ 化學(xué)灌漿 引（1）1+586～1+596 5 2.0 20 6.0 梅花型

2 HⅡ 引（1）1+596～1+606 5 2.0

備注：1、HⅠ區(qū)為在水泥固結(jié)灌漿原孔施工化學(xué)灌漿孔區(qū)、排距2.0m，HⅡ區(qū)在水泥固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)Ⅰ序、Ⅱ序之間重新打Ⅲ序化學(xué)灌漿孔、排距2.0m。2、在實(shí)際施工過程中將為了避開隧洞安全監(jiān)測儀器和電纜將依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行孔位局部調(diào)整。

試驗(yàn)區(qū)共布置了134個(gè)孔，施工分序、分段和試驗(yàn)壓力的情況詳見表4.3-2。

表4.3-2 灌漿試驗(yàn)孔分段和壓力

試驗(yàn)區(qū)范圍 入巖孔深（m） 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa） 備注

引（1）1+586～1+606 6 0～6 2.0/3.0 灌漿壓力根據(jù)灌注情況選定

本次試驗(yàn)主要采取了PSI和HK兩種環(huán)氧灌漿材料，因此在試驗(yàn)段分區(qū)上分別對(duì)以上兩種材料在不同的布孔形式下的灌注效果進(jìn)行了對(duì)比。具體分區(qū)情況見表4.3-3。

表4.3-3 試驗(yàn)區(qū)漿液對(duì)應(yīng)表

序號(hào) 實(shí)驗(yàn)區(qū)域 實(shí)驗(yàn)塊 對(duì)應(yīng)材料 備注

1 HⅠ HⅠ-1 HK

2 HⅠ-2 PSI

3 HⅡ HⅡ-1 PSI

4 HⅡ-2 HK

由于環(huán)氧樹脂漿液不同配合比具有不同的技術(shù)參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)大綱及評(píng)審會(huì)議相關(guān)會(huì)議精神，目前明確了兩種材料各2個(gè)配合比，共計(jì)4個(gè)配合比進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。現(xiàn)將采用的配合比及相關(guān)技術(shù)參數(shù)表示如表4.3-4。

表4.3-4 環(huán)氧樹脂不同配比漿液技術(shù)參數(shù)表

序號(hào) 漿材型號(hào) 配合比

A：B 密度

g/cm3 初始粘度cp 可操作時(shí)間

h 抗壓強(qiáng)度MPa 抗拉強(qiáng)度MPa 拉伸剪切強(qiáng)度MPa 干粘接強(qiáng)度MPa 濕粘接強(qiáng)度MPa 抗?jié)B壓力MPa 滲透壓力比%

1 HK-G-2 5：1 1.07 15 4 85 28 8 6.5 5.5 1.3 350

2 8.5：1 1.07 11 22 70 23 7.5 5.9 4.8 1.3 350

3 PSI-501-2 6：1 1.06 10 23 128 44 9.7 6.3 4.8 1.4 400

4 PSI-530 6：1 1.055 14 4.7 76 28 7 5 4 1.6 /

具體施工程序?yàn)椋恒@孔→鉆孔沖洗→孔口管安裝→壓漿試驗(yàn)→灌漿→轉(zhuǎn)入下一孔鉆灌。

本次化學(xué)灌漿試驗(yàn)未發(fā)生混凝土抬動(dòng)情況，且未補(bǔ)灌。但曾多次發(fā)生下列特殊情況。

1）化學(xué)漿材灌注時(shí)在混凝土細(xì)微裂隙處出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象。混凝土細(xì)微裂隙處出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象時(shí)，采用嵌縫、表面封堵、低壓、限流、限量、間歇等方法進(jìn)行處理。若效果不明顯，停止灌漿，待漿液凝固后重新掃孔復(fù)灌。

2）發(fā)生多次串漿現(xiàn)象，均采用一孔一泵的灌漿方式進(jìn)行處理。

化學(xué)灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)總共分為4個(gè)區(qū)，現(xiàn)在就各個(gè)區(qū)域內(nèi)相關(guān)完成情況列表進(jìn)行對(duì)比，詳見表4.3-5所示。

表4.3-5 綠泥石片巖化學(xué)灌漿試驗(yàn)區(qū)分區(qū)完成情況對(duì)比分析表

序號(hào) 項(xiàng)目 試驗(yàn)區(qū) 備注

HⅠ-1 HⅠ-2 HⅡ-1 HⅡ-2

1 對(duì)應(yīng)材料 HK PSI HK PSI

2 完成孔數(shù)（個(gè)） 34 33 34 33

3 鉆孔（m） 267.85 260.29 268.63 260.19

4 灌漿（m） 205.99 200.37 206.41 200.25

5 注入量（kg） 11709.70 10355.32 10353.21 10135.17

6 平均透水率（Lu） 0.54 0.50 0.52 0.52 灌前

7 平均單耗（kg/m） 56.88 51.69 50.15 50.65 綜合平均51.72kg/m

8 平均歷時(shí)（h/孔） 21.13 20.80 18.90 19.80

9 灌前聲波（m/s） 4811 4801 4790 4800 平均值

10 灌后7～14d聲波 （m/s） 4827 4890 4814 4998 平均值

11 灌后3個(gè)月聲波（m/s） 4933 4968 5112 5488 平均值

12 灌后7～14d提高率（%） 0.33 1.85 0.50 4.13 綜合提高1.56%

13 灌后3個(gè)月提高率（%） 2.54 3.48 6.72 14.33 綜合提高6.59%

14 85%測試值大于等于4500m/s；

小于4250m/s的不超過3%且不集中 滿足 滿足 滿足 滿足

15 灌前變模（GPa） 2.9 3.9 4.2 2.8 平均值

16 灌后7～14d變模（GPa） 3.34/5.17 1.02/2.64 2.49/4.35 4.21/4.93 最小值/平均值

17 灌后3個(gè)月變模（GPa） 4.21/7.82 4.08/5.23 4.08/6.00 4.13/4.94 最小值/平均值

18 最小變模不小于4.0GPa；平均值不小于5.0GPa 滿足 滿足 滿足 滿足

19 灌后透水率（Lu） 0.25 0.32 0.24 0.17

20 抬動(dòng)值（μm） 0 0 0 0

通過試驗(yàn)成果可以得出以下結(jié)論。

1）四個(gè)試區(qū)（即HK和PSI化學(xué)灌漿材料在綠泥石片巖地層）灌后均能滿足設(shè)計(jì)聲波和變模指標(biāo)。

2）試驗(yàn)區(qū)Ⅰ、Ⅱ序孔單位注入量分別為72.42kg/m、23.99kg/m，單位注入量隨灌漿次序的增加而降低，符合灌漿普遍規(guī)律，也說明高滲透性的環(huán)氧樹脂化學(xué)漿材讓微細(xì)裂隙進(jìn)一步得到填充。

3）化學(xué)灌漿后，引水隧洞綠泥石片巖洞段鉆孔巖心呈短柱狀、柱狀，孔內(nèi)電視顯示孔壁較平整，未見掉塊或垮塌形成的凹坑或空腔，說明綠泥石片巖被化學(xué)灌漿漿液膠結(jié)較好。另外，試驗(yàn)區(qū)灌前、灌后平均透水率分別為0.50Lu、0.23Lu，灌后第三方檢查平均透水率為0.14Lu，化學(xué)灌漿灌后透水率較灌前降低了50%以上，說明地層的抗?jié)B性能有明顯提高。

4）整個(gè)實(shí)驗(yàn)施工正常，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，表明本次試驗(yàn)選用的鉆孔孔徑、鉆孔間排距、灌漿壓力、漿液配合比等鉆灌參數(shù)以及施工工藝是合適的。

5）通過本次灌后7～14d和灌后3個(gè)月兩個(gè)階段的物探測試及HK和PSI兩種材料的室內(nèi)試驗(yàn)成果，我們可以得到以下結(jié)論：① 化學(xué)灌漿材料在引水隧洞綠泥石片巖地層中強(qiáng)度發(fā)展緩慢、后期強(qiáng)度高，這與環(huán)氧灌漿材料本身的特性相符；② 化學(xué)灌漿材料對(duì)引水隧洞綠泥石片巖地層細(xì)微裂縫填充效果較明顯；③ 由于環(huán)氧灌漿材料的高滲透性，再加上壓力灌漿，其對(duì)綠片巖的改性有一定的效果；④ 化學(xué)灌漿灌后聲波、變模指標(biāo)能夠滿足設(shè)計(jì)提出的要求，但至少需待凝1個(gè)月；⑤ 由于環(huán)氧漿材膠凝時(shí)間長，但是采用快固化的配合比對(duì)后期強(qiáng)度的影響又較大，故建議今后化學(xué)灌漿就采用一種漿材一種配合比即可。

6）本次綠泥石片巖洞段化學(xué)灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)自2012年03月28日正式開工到2012年08月13日邊頂拱部分物探檢測孔封孔完成共歷時(shí)139天，其中純鉆灌施工時(shí)間自2012年04月04日至2012年05月16日共歷時(shí)42天。灌漿效率滿足現(xiàn)場工期要求，但是檢查周期太長，造成后續(xù)施工工期壓力較大。

5 檢查指標(biāo)對(duì)比分析

5.1 巖體透水率

綠泥石片巖洞段灌漿試驗(yàn)區(qū)各階段巖體壓水試驗(yàn)成果對(duì)比情況見表5.1-1。

表5.1-1 綠泥石片巖洞段各階段巖體壓水試驗(yàn)成果對(duì)比分析表

階段 項(xiàng)目 試驗(yàn)段數(shù)（段） 透水率分布特征（段） 備注

≤0.5 0.5～1 1～3 3～10

水泥灌前 / / / / / 未壓水

水泥灌后 壓水試驗(yàn) 20 8 11 1 0

百分比（%） 40 55 5 0

細(xì)水泥灌后 壓水試驗(yàn) 8 5 3 0 0

百分比（%） 62.5 37.5 0 0

化灌灌后 壓水試驗(yàn) 10 10 0 0 0

百分比（%） 100 0 0 0

對(duì)比 水泥灌后/細(xì)水泥灌后 百分比（%） +22.5 -17.5 -5 0

水泥灌后/化灌灌后 百分比（%） +60 -55 -5 0

從上表可以看出：水泥灌漿灌后巖體屬于偏微透，透水率q<1Lu的試段有19段，占全試段的95%；細(xì)水泥灌后巖體透水率q全部小于1Lu，屬于微透水巖體；化學(xué)灌漿灌后巖體透水率全部小于等于0.5Lu，屬于微透水巖體。

因此水泥和細(xì)水泥灌漿后巖體基本都屬于微透水帶；化學(xué)灌漿后巖體透水率全部改善為微透水，透水率q均小于等于0.5Lu。

另外可以看出細(xì)水泥灌漿灌后透水率不能滿足設(shè)計(jì)暫定的“在1.0MPa的壓水壓力下，85%以上試段透水率小于0.5Lu，其余75%試段的透水率不大于0.75Lu”的合格標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 單孔聲波

綠泥石片巖洞段灌漿試驗(yàn)區(qū)各階段單孔聲波成果對(duì)比情況見表5.2-1。

表5.2-1 綠泥石片巖洞段各階段單孔聲波成果對(duì)比分析表

階段 單元或項(xiàng)目 灌前（m/s） 灌后（m/s） 灌后Vp平均值提高（%）

Vp最

小值 Vp最大值 Vp平均值 Vp最小值 Vp最大值 Vp平均值

水泥灌漿 1+566～1+586（單元1） 2857 5714 3960 3922 6061 4807 21.38

1+586～1+606（單元2） 3509 6061 4414 4255 5714 4851 9.9

細(xì)水泥灌漿 1+606～1+626 3846 6061 4766 4348 5714 4968 4.24

化學(xué)灌漿 1+586～1+606 灌后7～14d檢查 3636 6061 4796 3774 5882 4871 1.56

1+586～1+606 灌后3個(gè)月檢查 3636 6061 4796 4255 6897 5112 6.59

對(duì)比 水泥/細(xì)水泥 變化m/s 93 0 117

變化率% 2.19 0 2.41

水泥/化灌 變化m/s 619 836 316

變化率% 17.02 13.79 6.59

綠泥石片巖洞段灌漿試驗(yàn)區(qū)各階段單孔聲波波速分布情況詳見表5.2-2。

表5.2-2 綠泥石片巖洞段各階段單孔聲波分布情況表

階段 灌后平均VP（m/s） 備注

平均值 波速分布（%）

<3825 <4250 3825～4500 4250～4500 ≥4500

水泥灌漿 4807 2.0 / 11.5 / 86.5 單元1

4851 0 / 5.3 / 94.7 單元2

細(xì)水泥灌漿 4968 0 / 0.8 / 99.2

化學(xué)灌漿 5112 / 0 / 1.6 98.4

備注：表中水泥灌漿和細(xì)水泥灌漿灌后各檢查成果均滿足設(shè)計(jì)提出的“85%測試值不小于4500m/s，小于3825m/s的測試值不超過3%，且分布不集中”的聲波合格標(biāo)準(zhǔn)；化學(xué)灌漿灌后檢查成果滿足設(shè)計(jì)提出的“85%測試值不小于4500m/s，小于4250m/s的測試值不超過3%，且分布不集中”的聲波合格標(biāo)準(zhǔn)。

通過以上兩個(gè)表格數(shù)據(jù)可以看出：

1）通過水泥灌漿單元1和單元2的數(shù)據(jù)可知，灌后聲波平均值較灌前提升了21.38%和9.9%。說明水泥灌漿對(duì)綠泥石片巖的完整性有一定改善。

2）水泥灌漿完成后進(jìn)行細(xì)水泥灌漿，灌后聲波平均值較灌前提升了4.24%。若結(jié)合相同洞段水泥灌漿完成后的聲波檢查成果來看的話，灌后聲波平均值較灌前僅提升了2.41%。因此，細(xì)水泥灌漿在水泥灌漿的基礎(chǔ)上對(duì)增強(qiáng)綠泥石片巖完整性有一定效果。

3）水泥灌漿完成后進(jìn)行化學(xué)灌漿，灌后7～14天聲波平均值較灌前僅提升1.56%，灌后3個(gè)月聲波平均值較灌前提升了6.59%，且聲波最小值提升了17.02%。說明化學(xué)灌漿能夠在水泥灌漿的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改善綠泥石片巖的完整性，改善效果較明顯，但是所需時(shí)間較長。

4）在水泥灌漿基礎(chǔ)上分別進(jìn)行的細(xì)水泥灌漿和化學(xué)灌漿灌后聲波測試均能滿足設(shè)計(jì)要求。

5.3 鉆孔變模

綠泥石片巖洞段灌漿試驗(yàn)區(qū)各階段灌后鉆孔變模成果對(duì)比情況見表5.3-1。

表5.3-1 綠泥石片巖洞段各階段灌后鉆孔變模成果對(duì)比分析表

階段及對(duì)比 灌后鉆孔變模（GPa） 備注

最小值 最大值 平均值

水泥灌漿 1.4 7.85 3.71

細(xì)水泥灌漿 4.07 14.58 6.02

化學(xué)灌漿 1.02 7.56 4.45 灌后7～14d檢查

4.08 11.39 6 灌后3個(gè)月檢查

水泥/細(xì)水泥對(duì)比 變化 2.67 6.73 2.31

變化率% 190.7 85.7 62.3

水泥/化灌

對(duì)比 變化 -0.38 -0.29 0.74 化灌灌后7～14d

變化率% -27.1 -3.7 20.0

變化 2.68 3.54 2.29 化灌灌后3個(gè)月

變化率% 191.4 45.1 61.7

通過上表可以看出：

1）水泥灌漿灌后變形模量最小值僅為1.4GPa，平均值低于4GPa，測值全距較大。

2）細(xì)水泥灌漿灌前變形模量值范圍為4.07～14.58GPa，平均值為6.02GPa，符合巖體鉆孔變形模量測試合格標(biāo)準(zhǔn)（灌后鉆孔變形模量檢查最小測試值不小于4.0GPa）。

3）化學(xué)灌漿灌后變形模量值范圍為4.08～11.39Gpa，平均值為6.0Gpa，符合巖體鉆孔變形模量測試合格標(biāo)準(zhǔn)（化灌灌后鉆孔變形模量檢查最小測測試值不小于4.0GPa，測試平均值不小于5.0GPa）。總體上，化學(xué)灌漿灌后變形模量值相對(duì)于灌前上升明顯（平均上升61.7%），灌漿效果較好。另外，化學(xué)灌漿灌后7～14d測試值明顯低于灌后3個(gè)月測試值，這與化學(xué)灌漿材料在地層中強(qiáng)度發(fā)展緩慢有關(guān)。

6 灌漿效果評(píng)價(jià)

通過對(duì)上文系統(tǒng)對(duì)比和分析，可以對(duì)綠泥石片巖洞段各階段灌漿試驗(yàn)得出以下評(píng)價(jià)結(jié)論。

1）綠泥石片巖洞段水泥灌漿、細(xì)水泥灌漿和化學(xué)灌漿試驗(yàn)整體單耗情況呈奇數(shù)孔>偶數(shù)孔、Ⅰ序環(huán)>Ⅱ序環(huán)的分布形態(tài)，灌漿成果總體符合一般規(guī)律。

2）綠泥石片巖在進(jìn)行了“水泥灌漿→細(xì)水泥灌漿”或“水泥灌漿→化學(xué)灌漿”后，平均透水率逐漸降低，q<1Lu（或0.5Lu）試段的比例逐漸增加；單孔聲波平均值逐漸升高，小于4500m/s波速的比例逐漸降低至2%以下；鉆孔變模平均值從水泥灌漿后的3.71GPa發(fā)展至6GPa以上，且最小值從1.4GPa發(fā)展至4GPa以上。表明水泥灌漿后進(jìn)行細(xì)水泥灌漿或化學(xué)灌漿能夠?qū)G泥石片巖滲透性、完整性進(jìn)一步加強(qiáng)。

3）除了水泥灌漿后鉆孔變模測試結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)暫定標(biāo)準(zhǔn)、細(xì)水泥灌后透水率值不滿足設(shè)計(jì)暫定標(biāo)準(zhǔn)外，其余各個(gè)階段試驗(yàn)灌后各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過綜合評(píng)價(jià)各個(gè)階段灌漿試驗(yàn)均能達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

因此通過以上分析，綠泥石片巖洞段在經(jīng)過水泥灌漿后，還十分有必要進(jìn)行后續(xù)的細(xì)水泥灌漿或化學(xué)灌漿，以進(jìn)一步加強(qiáng)綠泥石片巖洞段的地層抗?jié)B性和完整性。

7 結(jié)束語

從工程實(shí)際出發(fā)，最終1#引水隧洞綠泥石片巖后續(xù)洞段采取了水泥-細(xì)水泥復(fù)合灌漿的方式進(jìn)行施工，主要考慮了以下幾個(gè)方面因素。

1）施工工期要求。采用水泥-細(xì)水泥復(fù)合灌漿施工的施工周期能較水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿縮短約3個(gè)月。

2）施工質(zhì)量因素。從施工結(jié)果來看，采用水泥-細(xì)水泥復(fù)合灌漿亦能達(dá)到較理想的灌漿效果。

3）施工成本因素。單位重量的化學(xué)灌漿的單價(jià)較細(xì)水泥灌漿單價(jià)高出數(shù)倍。

且經(jīng)過水泥-細(xì)水泥復(fù)合灌漿施工后，全部單元一次性檢查合格。

錦屏二級(jí)水電站1#引水隧洞已于2012年9月開始進(jìn)行充排水試驗(yàn)，放空后檢查該洞段無質(zhì)量隱患。1#引水隧洞對(duì)應(yīng)機(jī)組也已于同年12月28日發(fā)電運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，至今已經(jīng)運(yùn)行了近2年。說明采用水泥-細(xì)水泥復(fù)合灌漿或水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿來加固引水隧洞綠泥石片巖洞段，其設(shè)計(jì)、施工技術(shù)和施工工藝是成功的。

另外，本工程施工過程中未實(shí)施“水泥-細(xì)水泥-化學(xué)灌漿”分步結(jié)合方案，與方案主要為隧洞固結(jié)灌漿類型不無關(guān)系。但是在其他類似壩基軟弱帶，既有防滲要求又有結(jié)構(gòu)受力要求的時(shí)候，可采用綜合灌漿法進(jìn)行處理。

因此，結(jié)合上文敘述，筆者希望能夠?yàn)楹罄m(xù)工程提一些參考。

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