HSC特種注漿材料在富水洞段止水灌漿中的應(yīng)用

孔祥政

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，沈陽110167)

1 概 述

遼東某大型輸水工程采用TBM(全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī))法開挖，洞線穿越查梁子河谷段長約1 100 m。查梁子河谷常年有水流通過且隧洞埋深較淺，僅約50 ～60 m，該洞段地質(zhì)條件較差，圍巖為凝灰質(zhì)砂巖或凝灰質(zhì)粉砂巖，水利工程分類為IV 類和V 類。

巖石整體性差，節(jié)理較密集，風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙常呈微張狀，個別為張開狀態(tài)，少數(shù)含泥質(zhì)夾層，地表水與地下水之間存在一定的水力聯(lián)系。

查梁子河谷段隧洞在TBM 開挖施工過程中存在一定程度的片幫、掉塊和坍塌情況，在洞室開挖后，地表河水隨裂隙進(jìn)入地下洞室。

因此TBM 在河谷段掘進(jìn)后，地下水較發(fā)育，呈大面積淋水、線流狀，局部有涌水出現(xiàn)，并帶有一定水壓，單點出水量高達(dá)約40 L/min。

為了改善洞內(nèi)的施工條件，并保證二次襯砌混凝土的施工質(zhì)量，阻斷隧洞運(yùn)行期的內(nèi)外水力聯(lián)系，保證隧洞的運(yùn)行安全和沿線的生態(tài)環(huán)境安全，有必要在二次襯砌前采取適當(dāng)方法進(jìn)行止水灌漿。

2 灌漿材料的選擇

灌漿材料的選擇根據(jù)以下原則:

1)查梁子河谷段地質(zhì)條件差，巖石非常破碎，TBM 開挖時圍巖坍塌比較嚴(yán)重，同時又與地面有一定的水力聯(lián)系，呈大面積淋水、線流狀，局部有涌水出現(xiàn)，并帶有一定水壓，不利于灌漿作業(yè)。

2)采用普通水泥漿液止水灌漿雖然材料經(jīng)濟(jì)，但材料浪費(fèi)多、固結(jié)慢因而工作時間長、止水效果也不理想。

3)化學(xué)灌漿可深入到細(xì)小的巖石裂隙中，結(jié)石強(qiáng)度高，固結(jié)時間可調(diào)，但材料造價太高，不經(jīng)濟(jì)，部分化灌材料還可能對環(huán)境和操作人員造成危害。

4)HSC 漿液在流動度、結(jié)石率上均優(yōu)于普通水泥漿液，同時HSC 漿液又具有高強(qiáng)、早強(qiáng)、抗分散、高可注性等優(yōu)點，適合查梁子河谷這種地下滲漏水較發(fā)育的地質(zhì)情況的阻水灌漿。

綜上所述，采用HSC 特種注漿材料進(jìn)行阻水灌漿既可取得滿意的注漿效果又能節(jié)省工程費(fèi)用。

3 灌漿方法

3.1 原材料選擇

注漿材料選用河北某公司生產(chǎn)的HSC 特種注漿材料:

1)HSC 特種注漿材料是在特制的硫鋁酸鹽水泥中添加專用外加劑，再經(jīng)過粉磨和混拌工藝加工制成。

2)HSC 特種注漿材料屬超細(xì)水泥灌漿材料、其可灌注性好、凝結(jié)時間可根據(jù)施工要求調(diào)整、結(jié)石強(qiáng)度高、注漿時對巖層擾動小。

3)HSC 特種注漿材料可注入較微小的巖石縫隙，承壓水不會推移圍巖中已注入的漿液，特別適用于含水粉細(xì)砂、含淤泥質(zhì)、地應(yīng)力較高的軟弱破碎圍巖等難注入漿液的地層的注漿加固［1］。

4)HSC 特種注漿材料的技術(shù)指標(biāo)為:粒徑:6 －8um;結(jié)石率:98 ～100%;流動度:400 m。

漿液拌制用水可使用符合JGJ63—89 第3.0.4條規(guī)定的清水，水溫≤40℃。

3.2 灌漿設(shè)備選擇

根據(jù)本工程的灌漿強(qiáng)度要求和地下水壓情況選用SGD6—10、100/100 型灌漿泵，其注漿壓力和排漿量可根據(jù)施工需要而調(diào)整。制漿使用ZJY400 型高速制漿機(jī)(攪拌轉(zhuǎn)速為1 000 r/min)，配套選用J600型儲漿攪拌機(jī)，使用GJY 型記錄儀進(jìn)行灌漿記錄。選用能承受1.5 倍最大灌漿壓力的高壓膠管輸送漿液，灌漿泵出口和灌漿孔口處安裝隔膜壓力表，用于觀察灌漿壓力。使用3 m3/min 電動空壓機(jī)驅(qū)動YT－28 型鑿巖機(jī)鉆灌漿孔。

3.3 注漿孔布置

根據(jù)查梁子已揭露洞室滲漏水情況，地下水發(fā)育、滲漏水嚴(yán)重部位主要呈現(xiàn)為3 種情況:

1)大的基巖裂隙出水;

2)節(jié)理密集帶大面積淋水、線流;

3)單點涌水。

針對洞室圍巖的這3 種出水情況，注漿孔布置方案如下:

3.3.1 基巖裂隙出水

對于巖石完整，單純基巖裂隙出水情況，沿裂隙兩側(cè)布置灌漿孔，采用騎縫或斜孔穿縫布置，灌漿孔與基巖裂隙相交，并在裂隙部位鉆設(shè)2 ～3個導(dǎo)水孔，集中引排水、卸壓。注漿孔間距1.5 ～2.0m，孔深3.5 ～5.0m，鉆孔直徑φ42 mm。導(dǎo)水孔沿裂隙出水點布置，導(dǎo)水孔深3.5 m，孔徑φ42 mm，安裝導(dǎo)水管集中引水。

3.3.2 節(jié)理密集帶大面積淋水、線流出水

對于節(jié)理密集帶淋水、線流出水情況，沿節(jié)理、裂隙密集帶梅花形布孔，采用騎縫布置，并用膠泥封閉大的出水裂隙，布孔排距1.5 ～2.0m，孔深3.5 ～5.0m，鉆孔直徑φ42 mm。導(dǎo)水孔在節(jié)理裂隙出水點布置，導(dǎo)水孔深3.5 m，孔徑φ42 mm，安裝導(dǎo)水管集中引水。

3.3.3 單點涌水布孔

對于單點涌水情況，沿涌水點周圍梅花形布置注漿孔，布孔間距1.5 ～2.0m，孔深5.0m，孔徑φ 42 mm，在出水點安裝導(dǎo)水管排水。

3.4 鉆孔、清洗

灌漿孔的鉆孔利用自制灌漿平臺和人工操作YT28 鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，孔徑為φ42，孔深為3.5 ～5.0m，孔間排距為1.5 ～2m。鉆孔結(jié)束后立即使用水壓為灌漿壓力80%的清水對鉆孔進(jìn)行壓力沖洗，洗出鉆孔內(nèi)的巖粉和雜質(zhì)，回水清潔時結(jié)束。清洗用水的壓力一般不＞1.0MPa。鉆孔時存在坍塌現(xiàn)象或出水量較大并帶有一定水壓的鉆孔應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定是否需要沖洗以及采用何種沖洗方法。

3.5 裂隙封堵

為減少漏漿、節(jié)約成本、保證止水灌漿的施工效果，對于構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙常呈微張狀、張開狀態(tài)的出水部位，在灌漿前使用清水和壓縮空氣把裂隙沖洗干凈，然后采用水玻璃水泥或堵漏劑進(jìn)行封堵。

3.6 止?jié){塞制作和安裝

止?jié){塞采用螺桿壓縮式膠球灌漿塞，膠球塞的膨脹部分由實體天然橡膠材料構(gòu)成，通過設(shè)置在孔口的螺桿裝置對膠球施加壓力，迫使膠球止?jié){。

鉆孔、沖孔結(jié)束，將注漿管與螺桿壓縮式膠球灌漿塞連接插入灌漿孔內(nèi)，止?jié){塞達(dá)到設(shè)計位置，旋緊螺桿使膠塞膨脹，與注漿孔孔壁擠壓緊實，防止漏漿。

3.7 灌漿

用止?jié){塞封閉孔口后采用全孔一次純壓式HSC單液灌注，一般情況下注漿壓力應(yīng)高于圍巖出水壓力0.5MPa且≤4 MPa。注漿時應(yīng)使注漿壓力盡快達(dá)到設(shè)計壓力，并注意觀察漿液的凝結(jié)時間，灌漿時間一般應(yīng)控制在45min 以內(nèi)，以防止?jié){液凝固而堵塞泵管。

止水灌漿順序應(yīng)先遠(yuǎn)后近，先灌注無水的孔，后灌注有水的孔，最后灌注導(dǎo)水孔。水平縫應(yīng)由一端向另一端逐孔灌入，豎直縫應(yīng)由下往上逐孔灌入，節(jié)理密集帶由外向內(nèi)，自下而上灌入。

3.8 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)灌漿壓力上升到了4.0MPa，灌漿段的吸漿量仍然較大，但≤10 L/min時，可再繼續(xù)灌漿15 min后結(jié)束灌漿工作;最后進(jìn)行導(dǎo)水孔封孔灌漿，灌漿壓力達(dá)到0.5 MPa，灌漿段的吸漿量≤10L/min 時，可再持續(xù)灌注10min 后結(jié)束灌漿工作［2］。

4 灌漿施工質(zhì)量控制措施

灌漿施工質(zhì)量控制包含施工為檢測、跟蹤檢測、記錄制度、質(zhì)量檢測4個方面的內(nèi)容:

4.1 施工前檢測

施工前對注漿進(jìn)行檢測，提前選配好漿液配合比。灌漿材料要滿足灌漿質(zhì)量要求，漿液材料必須具有出廠合格證和檢驗報告單。灌漿用HSC 注漿材料要求新鮮，受潮結(jié)塊的不準(zhǔn)使用;出廠時間超過3個月的HSC 注漿材料經(jīng)檢驗合格后方可使用。

4.2 跟蹤檢測

施工中安排試驗人員跟班作業(yè)，及時取樣，跟蹤檢測，對灌漿工藝實行全過程跟蹤檢測。保證施工質(zhì)量檢驗頻率。

4.3 記錄制度

實行施工工序驗收三檢制，所有檢測項目均按監(jiān)理工程師要求進(jìn)行記錄(如實填寫監(jiān)理公司下發(fā)的灌漿記錄表，請現(xiàn)場監(jiān)理工程師確認(rèn))，保證記錄完整，匯總形成報告，并及時上報，采用灌漿記錄儀自動記錄漿液的消耗量。

4.4 質(zhì)量控制

加強(qiáng)施工現(xiàn)場控制，安排專職質(zhì)檢人員對注漿施工質(zhì)量進(jìn)行控制，認(rèn)真執(zhí)行現(xiàn)場施工技術(shù)規(guī)程，精心組織施工，對違章施工者嚴(yán)格按照施工質(zhì)量獎罰條例對責(zé)任者進(jìn)行處罰。

5 結(jié) 語

在有水壓的富水洞段阻水灌漿施工中，采用HSC 特種注漿材料是適用的，可以節(jié)省工期、降低造價，同時取得較滿意的阻水效果，對類似工程施工有一定的借鑒價值。

［1］徐利芬，冀紅偉. 淺談采用HSC 新型灌漿材料進(jìn)行隧洞阻水灌漿的方法［J］. 水電站設(shè)計，2009(04):74 －75，106.

［2］路廣平，趙麗麗，韓靚靚. 固結(jié)灌漿技術(shù)在大伙房輸水工程六河不良地質(zhì)段的應(yīng)用［J］. 水利建設(shè)與管理，2009(11):67 －69.