深埋引水隧洞長(zhǎng)距離輸漿、高壓灌漿技術(shù)研究與應(yīng)用

殷 國(guó) 權(quán)

（中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，四川 成都 611130）

深埋引水隧洞長(zhǎng)距離輸漿、高壓灌漿技術(shù)研究與應(yīng)用

殷 國(guó) 權(quán)

（中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，四川 成都 611130）

錦屏二級(jí)水電作為世界最大規(guī)模水工隧洞群，其設(shè)計(jì)、施工技術(shù)水平處于世界前列，具有埋深大、洞線長(zhǎng)、洞徑大的特點(diǎn)，為超深埋長(zhǎng)隧洞特大型地下水電工程。隧洞的開(kāi)挖支護(hù)、襯砌、灌漿、混凝土消缺等多工序、多點(diǎn)、密集、交叉、高強(qiáng)作業(yè)，施工難度和施工強(qiáng)度世所罕見(jiàn)。如何按期完成長(zhǎng)大12 km的輸漿和如此巨大、高強(qiáng)的高壓灌漿工程，具有極大的挑戰(zhàn)性和風(fēng)險(xiǎn)性。

深埋；引水隧洞；長(zhǎng)距離輸漿；高壓灌漿

1 工程概況

錦屏二級(jí)水電站主要由4條長(zhǎng)約16.7 km引水隧洞構(gòu)成，隧洞之間的中心間距60 m，一般埋深1 500～2 000 m，最大埋深約2 525 m。鉆爆法施工洞段為馬蹄形斷面，混凝土襯砌后洞徑11.8 m。TBM開(kāi)挖隧洞為圓形斷面，混凝土襯砌后洞徑為11.2 m。具有埋深大、洞線長(zhǎng)、洞徑大的特點(diǎn)，為超深埋長(zhǎng)隧洞特大型地下水電工程。經(jīng)查新，其設(shè)計(jì)、施工技術(shù)水平處于世界前列，為世界最大規(guī)模水工隧洞群。

由于錦屏二級(jí)水電站東端1號(hào)、2號(hào)引水隧洞施工戰(zhàn)線長(zhǎng)達(dá)23.2 km，其中TBM洞段5.8 km，采用有軌運(yùn)輸。其中固結(jié)灌漿鉆灌110.2萬(wàn)m，回填灌漿32萬(wàn)m2、堵水灌漿鉆灌9.5萬(wàn)m，最高灌漿壓力為12 MPa，水泥輸送量約36萬(wàn)t，長(zhǎng)距離輸漿技術(shù)難度大，對(duì)輸漿設(shè)備性能要求高。隧洞的開(kāi)挖支護(hù)、襯砌、灌漿、混凝土消缺等多工序、多點(diǎn)、密集、交叉、高強(qiáng)作業(yè)，施工難度和施工強(qiáng)度世所罕見(jiàn)。如何按期完成如此巨大、高強(qiáng)的輸漿灌漿工程，具有極大的挑戰(zhàn)性和風(fēng)險(xiǎn)性。

研究引水隧洞群長(zhǎng)距離輸漿方案，解決錦屏二級(jí)水電站引水隧洞高壓、長(zhǎng)距離（獨(dú)頭掘進(jìn)和輸漿最大距離將達(dá)14 km）灌漿技術(shù)；研究水泥漿液長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)規(guī)律和漿液穩(wěn)定性，選擇合適的水泥漿管道材質(zhì)和高壓灌漿設(shè)備、機(jī)具等，為確保灌漿質(zhì)量和效果、保證引水隧洞施工期的順利建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期的安全運(yùn)行提供保證。

2 引水隧洞長(zhǎng)距離輸漿技術(shù)

2.1 長(zhǎng)距離輸漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1.1 輸漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案基本要素

水泥輸送工程中的關(guān)鍵參數(shù)包括：漿液濃度、漿液粘度、流量、流速以及壓力損失等。當(dāng)輸送長(zhǎng)度和需求量一定時(shí)，漿液濃度越大則需輸送的漿液總量越小，但一般漿液的粘度隨著濃度的提高而增加，從而壓力損失增加，輸漿管道承受的內(nèi)壓增高，繼而會(huì)對(duì)施工的安全性產(chǎn)生不利影響。輸漿試驗(yàn)?zāi)康囊彩谦@取管道輸漿過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)施工、改進(jìn)措施提供參考。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用漿液分為水灰比0.6∶1純水泥漿液和水灰比0.6∶1純水泥漿外加JG－2H聚羧酸系高性能減水劑（水泥重量的0.5%）兩種，管道長(zhǎng)度有1 074 m、678 m、1 047 m和402 m四種?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用TTB120／20型注漿泵進(jìn)行送漿，試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)讀送漿過(guò)程中各個(gè)測(cè)點(diǎn)壓力、流量、漿液輸送前后比重、粘度、漿溫等，每種管路連接方式送漿次數(shù)為3次。采用3SNS泵返程輸送漿液，但由于流量傳感器和壓力傳感器不能測(cè)記逆向數(shù)據(jù)，故未監(jiān)測(cè)返程輸送數(shù)據(jù)。漿液輸漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路見(jiàn)表1。

方案設(shè)計(jì)如表1所示：在輸漿長(zhǎng)度上，第一次和第三次輸漿管路超1 km，第二次和第四次輸漿管路低1km；在輸漿材質(zhì)上，第一次和第二次采用的是0.6∶1的純水泥漿液，第三次和第四次采用的是純水泥漿液加0.5%（水泥重量）的減水劑；在輸漿管路特征上，第一次輸漿管路有拐點(diǎn)，第二次輸漿管路有弧段，第三次和第四次輸漿管路均為直線。通過(guò)方案之間的對(duì)比，即可掌握管路長(zhǎng)度、漿液配比、管線特征對(duì)長(zhǎng)距離輸漿中壓力損失的影響。

2.1.2 試驗(yàn)成果分析

第一次輸漿試驗(yàn)管道長(zhǎng)度為1 074 m，輸送漿液水灰比為0.6∶1的純水泥漿，流量為80.92 L／min，平均流速為2.4 m／s。各測(cè)點(diǎn)的位置和壓力見(jiàn)表2。

表1 輸漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案基本要素

表2 第一次輸漿試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及壓力損失

由表2可知：第一次輸漿試驗(yàn)起始?jí)毫?.93 MPa，測(cè)點(diǎn)二位于測(cè)點(diǎn)一下游486 m，壓力為3.28 MPa，兩者之間下降了2.65 MPa，壓力損失為0.545 2 MPa／100 m；測(cè)點(diǎn)三位于測(cè)點(diǎn)二下游210 m，壓力為2.3 MPa，兩者之間下降了0.98 MPa，壓力損失為0.466 7 MPa／100 m；測(cè)點(diǎn)四位于測(cè)點(diǎn)三下游378 m，壓力為0.14 MPa，兩者之間下降了2.16 MPa，壓力損失為0.571 4 MPa／100 m；綜上可得水泥輸漿的平均壓力損失為0.552 MPa／100 m。

第三次輸漿試驗(yàn)管道長(zhǎng)度為1 047 m，輸送漿液水灰比為0.6∶1的純水泥漿外加JG－2H聚羧酸系高性能減水劑（水泥重量的0.5%），流量為77.50 L／min，平均流速為2.3 m／s。各測(cè)點(diǎn)的位置和壓力見(jiàn)表3。

表3 第三次輸漿試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及壓力損失

由表3可知，第三次輸漿試驗(yàn)起始?jí)毫?.76 MPa，測(cè)點(diǎn)二位于測(cè)點(diǎn)一下游362 m，壓力為3.76 MPa，兩者之間下降了2.0 MPa，壓力損失為0.552 4 MPa／100 m；測(cè)點(diǎn)三位于測(cè)點(diǎn)二下游183 m，壓力為2.78 MPa，兩者之間下降了0.98 MPa，壓力損失為0.535 5 MPa／100 m；測(cè)點(diǎn)四位于測(cè)點(diǎn)三下游167 m，壓力為1.89 MPa，兩者之間下降了0.89 MPa，壓力損失為0.532 9 MPa／100m；測(cè)點(diǎn)五位于測(cè)點(diǎn)四下游335 m，壓力為0.12 MPa，兩者之間下降了1.77 MPa，壓力損失為0.528 3 MPa／100 m。綜上可得水泥輸漿的平均壓力損失為0.538 7 MPa／100 m。

通過(guò)上述對(duì)輸漿管路及沿程壓力損失的分析來(lái)看，在假想輸漿管路成直線形分布的情況下，同一種介質(zhì)在相同管徑中成紊流狀態(tài)流動(dòng)，則輸漿管路長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的所需合理輸出泵壓見(jiàn)表4。

2.1.3 小 結(jié)

在錦屏二級(jí)水電站引水隧洞現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了4次管道輸漿試驗(yàn)。試驗(yàn)用長(zhǎng)為432～1 074 m的管道分別測(cè)試了：直線輸漿、彎道管路、有無(wú)減水劑等工況下的起始泵壓大小、沿程阻力損失、流量變化情況、流速大小、漿液溫度及粘度變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：水泥漿液在管道輸送中的壓力損失介于：0.46～0.552 MPa／100 m，由于檢測(cè)儀器的誤差，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性較大，在施工中可以考慮0.55～0.6 MPa／100 m。在輸漿起點(diǎn)和末點(diǎn)對(duì)漿液的比重和黏度進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)漿液的黏度和比重在上述兩種輸漿方式中沒(méi)有發(fā)生明顯的改變。

表4 輸漿管路長(zhǎng)度與所需合理輸出泵壓關(guān)系

2.2 長(zhǎng)距離引水隧洞輸漿方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

鑒于錦屏二級(jí)水電站東端1號(hào)、2號(hào)引水隧洞灌漿工程規(guī)模巨大，隧洞軸線長(zhǎng)、洞內(nèi)交通緊張、施工干擾大、場(chǎng)外專用公路在雨季交通無(wú)保障及洞內(nèi)布置條件的局限性、開(kāi)挖進(jìn)度、灌漿工程總進(jìn)度及用漿需求量等情況，如何及時(shí)將洞外的水泥和水泥漿輸送至工作面。經(jīng)研究，對(duì)于長(zhǎng)隧洞工程，還是在洞外集中制漿的方案較為穩(wěn)妥，把握性較大。

集中制漿系統(tǒng)包括兩部分：一是儲(chǔ)灰罐；二是自動(dòng)制漿系統(tǒng)。根據(jù)總體施工進(jìn)度安排及每日用漿需求量初步計(jì)算，按三天的儲(chǔ)灰量考慮，約需1 500 t的水泥儲(chǔ)量。自動(dòng)集中制漿系統(tǒng)占地面積約需260 m3，而EL 1 560 m平臺(tái)站場(chǎng)的總布置規(guī)劃中，將儲(chǔ)灰罐暫時(shí)布置在小水溝隧洞與1號(hào)施工支洞口之間的梯形面積區(qū)域。通過(guò)多方面綜合考慮，擬在EL 1 560 m平臺(tái)鋼框架辦公樓至東引1號(hào)施工支洞洞口靠山側(cè)（樁號(hào)范圍：AK4＋601～AK4＋580）布置散裝水泥罐和自動(dòng)化集中制漿系統(tǒng)供給本工程2條引水隧洞的灌漿施工漿液。

實(shí)施效果：采用了750 t自動(dòng)化集中制漿方案，在制漿輸漿方面，解放了勞動(dòng)力資源，實(shí)現(xiàn)了制漿的自動(dòng)化；在環(huán)保方面，在儲(chǔ)灰罐頂設(shè)置吸塵器，避免上灰時(shí)產(chǎn)生塵埃，防止了揚(yáng)塵污染。但是750 t自動(dòng)化集中制漿方案在洞內(nèi)鋪設(shè)管路過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)需要布置多級(jí)中轉(zhuǎn)泵站，漿液性能受到一定程度的影響，進(jìn)而直接影響了灌漿質(zhì)量。

2.2.2 洞內(nèi)集中制漿站輸漿方案

（1）布置思路。結(jié)合灌漿工程總進(jìn)度、漿液需求和現(xiàn)場(chǎng)布置條件分析，大面積施工后全部采用自動(dòng)化洞內(nèi)集中制漿系統(tǒng)制漿，以滿足沿途各用漿單位的施工供漿需求。同時(shí)避免輸漿管路過(guò)長(zhǎng)而造成漿液損耗過(guò)大，提高保障性；充分利用洞內(nèi)施工橫通道等已有條件進(jìn)行布置，另外可通過(guò)擴(kuò)挖建立集中制漿站，解決洞內(nèi)場(chǎng)地缺乏問(wèn)題；通過(guò)經(jīng)濟(jì)性及合理性等的綜合分析，確定集中制漿站的布置位置和輸送范圍、中轉(zhuǎn)站設(shè)置、建站規(guī)模和使用時(shí)段等，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置。單座集中制漿站覆蓋范圍為1 000～1 500 m，兩端供漿。

（2）擴(kuò)挖制漿站。擴(kuò)挖腔體尺寸大小為10 m（長(zhǎng)）×10 m（寬）×7 m（高），開(kāi)挖典型斷面尺寸如圖1所示。

2.思辨能力。思辨能力就是思考辨析能力。思辨能力包括邏輯思維能力、辯證邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力三方面。在言語(yǔ)交際中，交際者傳遞的思想內(nèi)容依賴于其思辨能力。一般而言，思辨能力相對(duì)強(qiáng)的學(xué)生在英語(yǔ)口語(yǔ)課堂教學(xué)活動(dòng)中表現(xiàn)得比較活躍，即跨文化交際口語(yǔ)能力較強(qiáng)。

圖1 擴(kuò)挖部位典型斷面示意

開(kāi)挖部位邊頂拱布置系統(tǒng)錨桿進(jìn)行支護(hù)，表面噴射混凝土。系統(tǒng)支護(hù)采用φ32 mm漲殼式預(yù)應(yīng)力中空錨桿，L＝4.5 m＠1×1 m，噴射C30納米仿鋼纖維混凝土，噴射厚度15 cm，局部隨機(jī)施作φ33 mm水脹式錨桿，L＝4 m。

（3）自動(dòng)制漿系統(tǒng)運(yùn)行。自動(dòng)化集中制漿系統(tǒng)工藝流程：加灰漏斗→螺旋輸送機(jī)送灰→稱量系統(tǒng)限量→加水及投灰入高速制漿機(jī)→拌制漿液→放漿至儲(chǔ)漿桶→送漿泵輸運(yùn)至工作面。具體見(jiàn)圖2。

實(shí)施效果：在隧洞內(nèi)，設(shè)計(jì)了洞內(nèi)自動(dòng)化集中制漿站，實(shí)現(xiàn)了袋裝水泥制漿的自動(dòng)化。單座集中制漿站覆蓋范圍為1 000～1 500 m，可以滿足兩端供漿。洞內(nèi)高峰期共布置23個(gè)制漿站，有力保障了主體工程的灌漿施工。

圖2 集中制漿流程示意

（4）灌漿列車輸漿方案。獨(dú)立的灌漿系統(tǒng)應(yīng)用于2個(gè)范圍，即TBM前部的水泥注漿（目標(biāo)1）和大量巖爆時(shí)的混凝土噴射（目標(biāo)2）。針對(duì)每一個(gè)目標(biāo)，灌漿服務(wù)列車可細(xì)分為3個(gè)部分（見(jiàn)圖3）：第一部分包括一輛裝有水泥制漿攪拌和注漿泵的平板車（目標(biāo)1）和第二部分包括二個(gè)裝有相同泵的平板車（目標(biāo)2），此外，第三部分是電力供應(yīng)的平板車。

實(shí)施效果：在有軌運(yùn)輸階段，引進(jìn)了灌漿列車，實(shí)現(xiàn)了制漿灌漿的集成，達(dá)到了模塊化管理，避免了長(zhǎng)距離輸漿管道的投入。

圖3 獨(dú)立灌漿列車系統(tǒng)

3 引水隧洞高壓固結(jié)灌漿技術(shù)

3.1 高壓（12 MPa）固結(jié)灌漿試驗(yàn)

12 MPa的超高壓固結(jié)灌漿是國(guó)內(nèi)外隧洞工程中史無(wú)先例的固結(jié)灌漿壓力，對(duì)高壓大流量突涌水圍巖采用超高壓固結(jié)灌漿的方式處理也是史無(wú)先例的，目前國(guó)內(nèi)外還未有隧洞超高壓固結(jié)灌漿規(guī)范，對(duì)當(dāng)前錦屏二級(jí)水電站引水隧洞施工采用超高壓固結(jié)灌漿的方式進(jìn)行高地應(yīng)力、高壓大流量突（涌）水、高地溫、多地震、多斷層圍巖的處理的可能性進(jìn)行探索，可為今后類似的超高壓固結(jié)灌漿工程提供重要的設(shè)計(jì)和施工參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

2010年2月，采用清水作為循環(huán)介質(zhì)，進(jìn)行了高壓灌漿塞及高壓灌漿泵、穩(wěn)壓裝置等洞內(nèi)工藝性模擬試驗(yàn)，初步確定了天通TTB100／20型灌漿泵進(jìn)行局部改進(jìn)能夠滿足錦屏12 MPa超高壓灌漿要求；ZSQ系列水壓灌漿塞能滿足最高壓力為14 MPa的承壓要求。2010年5月～2010年8月，基本完成3 m排距試驗(yàn)區(qū)12 MPa灌漿試驗(yàn)，試驗(yàn)成果如下：

（1）針對(duì)灌漿塞在試驗(yàn)中易出現(xiàn)堵塞、膠囊易脫離、摩擦阻力不夠等現(xiàn)象，與廠家進(jìn)行咨詢，并聯(lián)合開(kāi)發(fā)了滿足12 MPa灌漿壓力的ZSQ系列灌漿塞。

（2）產(chǎn)生脈沖壓力較大，約為灌漿壓力的1.5倍，導(dǎo)致空氣蓄能器及灌漿泵安全閥片易爆破、高壓灌漿管路易發(fā)熱老化，存在極大安全隱患。

（3）12 MPa灌漿壓力條件下漿液溫度不滿足DL／T5148－2001技術(shù)規(guī)范、漿液粘度不具備可灌性、壓力不穩(wěn)定（產(chǎn)生脈沖壓力較大，約為灌漿壓力的1.5倍）、灌漿塞損壞嚴(yán)重、局部巖層發(fā)生劈裂等現(xiàn)象，確定了12 MPa灌漿壓力不適合錦屏工程的地質(zhì)特點(diǎn)和在規(guī)范內(nèi)配置的灌漿設(shè)備和機(jī)具，最佳灌漿壓力宜為8～9 MPa，極限灌漿壓力可達(dá)到9.5 MPa。為研究極限灌漿壓力條件下的灌漿工藝，將12 MPa灌漿壓力固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿壓力調(diào)整為9.5 MPa。

（4）通過(guò)對(duì)孔段進(jìn)行劈裂壓水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)巖層在壓水壓力不斷增大的情況下會(huì)出現(xiàn)裂隙張開(kāi)度增大或局部產(chǎn)生劈裂現(xiàn)象，但在壓力逐步減小的過(guò)程中巖層均不能回復(fù)至初始狀態(tài)。

3.2 高壓固結(jié)灌漿施工工藝分析

3.2.1 自行式液壓坑道鉆孔臺(tái)車鉆孔施工工藝

（1）工藝原理?？拥楞@孔臺(tái)車主要由鉆機(jī)固定機(jī)構(gòu)、軌道支撐、行走機(jī)構(gòu)、支架、平臺(tái)、操作平臺(tái)、橫梁、護(hù)欄、扶梯，供水系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、防水照明、液壓油缸等部分組成。

八臺(tái)液壓鉆機(jī)分別布置在坑道鉆孔臺(tái)車的前后端，距離為6 000 mm，前后端各安裝四臺(tái)鉆機(jī)，每臺(tái)鉆機(jī)通過(guò)油缸操作能圍繞坑道中心旋轉(zhuǎn)0～34°，采用絲杠滑塊機(jī)構(gòu)能使鉆機(jī)前后移動(dòng)各120 mm，在調(diào)節(jié)鉆機(jī)的位置時(shí)，各鎖緊裝置要全部松開(kāi)，在鉆孔時(shí)必須將鉆機(jī)鎖緊在需要的位置。

換位時(shí)行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)及減速器驅(qū)動(dòng)坑道鉆孔臺(tái)車在軌道上行走到下一個(gè)工作位置，調(diào)整行走架和工作平臺(tái)兩邊的千斤頂將坑道鉆孔臺(tái)車固定在工作位置。

還需微量調(diào)節(jié)鉆孔位置時(shí)，可以直接調(diào)整鉆機(jī)的橫向和縱向位置，在開(kāi)鉆前必須鎖緊鉆機(jī)。

（2）施工工藝流程。引水隧洞防滲固結(jié)灌漿鉆孔施工工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 引水隧洞防滲固結(jié)灌漿鉆孔施工工藝流程

3.2.2 自行式液壓棧橋臺(tái)車作業(yè)原理

棧橋臺(tái)車是專門為大型全液壓鑿巖機(jī)提供的特殊設(shè)備。該設(shè)備為Atlas ROC D7以及湯姆洛克700－2型全液壓鑿巖機(jī)提供了一個(gè)80余平米的工作平臺(tái)，鉆機(jī)可以在該平臺(tái)上施工洞室腰線以上的灌漿孔，解決了鉆孔臺(tái)車無(wú)法施工的部位，還可以讓兩種鉆機(jī)在圓形洞室內(nèi)調(diào)頭，減少鉆機(jī)來(lái)回行走的時(shí)間以及避免不必要的磨損，提高設(shè)備工作效率。

作業(yè)與行走：鉆機(jī)平臺(tái)就位后，舉升油缸收起，將平臺(tái)放于底部，引橋油缸放下引橋，進(jìn)行鉆孔作業(yè)，行走時(shí)引橋油缸舉起引橋，舉升油缸頂起平臺(tái)，啟動(dòng)行走電機(jī)行走。

臺(tái)車上鉆機(jī)作業(yè)：滿足Atlas Roc D7、湯姆洛克700－2全液壓露天鉆機(jī)在臺(tái)車上鉆孔、調(diào)頭，滿足鋼筋、混凝土車輛的通過(guò)，達(dá)到鉆機(jī)與其他設(shè)備錯(cuò)車的目的。

3.2.3 自行式灌漿臺(tái)車灌漿工藝

（1）工藝原理。灌漿臺(tái)車主要包含行走機(jī)構(gòu)、支架、工作臺(tái)、護(hù)欄、扶梯和上部灌漿站、記錄儀操作室等部分。行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)灌漿臺(tái)車在軌道上行走，到工作位置時(shí)，調(diào)整行走架和上下工作平臺(tái)兩邊的手動(dòng)千斤頂將灌漿平臺(tái)固定在工作位置。

臺(tái)車上灌漿設(shè)備布置：布置2臺(tái)600型儲(chǔ)漿攪拌機(jī)，4臺(tái)雙層低速攪拌機(jī)、4臺(tái)3SNS高壓灌漿泵，1個(gè)灌漿記錄室。

（2）施工工藝流程。引水隧洞防滲固結(jié)灌漿施工工藝流程見(jiàn)圖5。

3.2.4 引水隧洞鉆孔灌漿施工機(jī)械配合施工工藝

在澆筑過(guò)橫通道之前，灌漿無(wú)法安排施工。襯砌臺(tái)車過(guò)橫通道之后，安裝配套的臺(tái)車，同時(shí)輔以D7或多臂鉆進(jìn)行施工。灌漿臺(tái)車按照月強(qiáng)度1 500 m／臺(tái)，在襯砌完成后兩個(gè)月可以完成灌漿施工。不同的工作面根據(jù)具體的交通，襯砌、工程量進(jìn)行安排（見(jiàn)圖6）。

臺(tái)車的布置充分考慮襯砌工作面的長(zhǎng)度，剩余工程量，施工干擾、施工工期等因素?；靥钆_(tái)車緊跟每個(gè)襯砌臺(tái)車，同步進(jìn)行施工；鉆孔臺(tái)車和灌漿臺(tái)車按照1∶1或者1∶2的比例進(jìn)行協(xié)調(diào)配置；棧橋臺(tái)車布置在圓形洞室洞段，為其它施工提供交通，保證灌漿的進(jìn)行。

3.2.5 實(shí)施效果

錦屏二級(jí)水電站1號(hào)、2號(hào)引水隧洞灌漿工程，隧洞襯砌后洞徑11.8 m，1號(hào)引水隧洞施工洞段長(zhǎng)11.9 km，固結(jié)灌漿53.5萬(wàn)m，2號(hào)引水隧洞施工洞段長(zhǎng)11.3 km，固結(jié)灌漿56.7萬(wàn)m。針對(duì)工程洞線長(zhǎng)、斷面大、施工干擾大、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，研制了“自行式液壓坑道鉆孔臺(tái)車”、“自行式液壓棧橋臺(tái)車”、“自行式灌漿臺(tái)車”等施工機(jī)械并集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工程的優(yōu)質(zhì)高效機(jī)械化施工，保證了引水隧洞按期充水發(fā)電。

3.3 高壓灌漿塞研究與應(yīng)用

圖5 引水隧洞防滲固結(jié)灌漿施工工藝流程

圖6 典型斷面灌漿布置示意

在工程施工過(guò)程中，經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，完成了循環(huán)式機(jī)械塞改進(jìn)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)在錦屏二級(jí)1號(hào)、2號(hào)引水隧洞的全面推廣和使用循環(huán)式機(jī)械塞，在滿足質(zhì)量要求的同時(shí)，降低了施工成本，節(jié)省了輔助時(shí)間，提高了施工效率，加快了施工進(jìn)度，得到了監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)單位的一致好評(píng)。

改進(jìn)型循環(huán)式機(jī)械塞（見(jiàn)圖7）設(shè)計(jì)所使用材料均為常規(guī)材料，易采購(gòu)，單套塞包括圓管形膠球塞5個(gè)、傳力支架3個(gè)、擠壓平衡板9塊、推力軸承1個(gè)、加力螺帽1個(gè)、固定螺帽1個(gè)、三通1個(gè)、進(jìn)回漿管轉(zhuǎn)換器1個(gè)，進(jìn)漿管1根、回漿管1根。

圖7 改進(jìn)型循環(huán)式機(jī)械塞

改進(jìn)型循環(huán)式機(jī)械塞與常規(guī)氣、液壓塞的封閉原理基本相同，水或漿液在高壓泵的作用下，經(jīng)灌漿管路由灌漿塞進(jìn)漿管向中心通道到射漿管，再到孔底，漿液或水由孔底上返，經(jīng)灌漿塞中心通道與外管之間的間隙至三通管部位，從返漿管至灌漿槽，完成一個(gè)灌漿或壓水循環(huán)。

灌漿或壓水試驗(yàn)時(shí)，將灌漿塞放于孔口，位于基巖與混凝土的接觸帶上，通過(guò)扭進(jìn)加力螺帽將由推力軸承將力作用于傳力鋼管，再由鋼管作用于擠壓平衡板上，將力平衡的作用于四個(gè)圓管形膠球塞，圓管形膠球塞在力的作用下，在中心軸方向進(jìn)行壓縮，且在擠壓平衡板的平衡限制下發(fā)生軸方向的壓縮變小，徑向上的均勻放大，使膠球塞與孔壁緊密接觸起到封閉孔的作用。

改進(jìn)方面主要增加了傳力支架，由于兩端平齊，受力及傳力均勻，強(qiáng)制平衡板始終與孔的中心方向垂直，使膠球塞向周圍360°方向均勻變化，封閉孔。

實(shí)施效果：由于采用了改進(jìn)型循環(huán)式機(jī)械塞的灌漿工藝，無(wú)需加工預(yù)埋鋼管和孔口封閉的鋼材，減少了氣囊塞的購(gòu)買數(shù)量，大大節(jié)省了人力財(cái)力，節(jié)省施工成本200萬(wàn)元，同時(shí)避免了孔口封閉灌漿法工藝的待凝等工序，節(jié)約了工期時(shí)間，提高了鉆灌工效，提前完成了錦屏二級(jí)東端1號(hào)、2號(hào)引水隧洞的施工任務(wù)。

4 主要結(jié)論及實(shí)施效果

在長(zhǎng)距離輸漿技術(shù)方面，采用750 t自動(dòng)化集中制漿方案，解放了勞動(dòng)力資源，實(shí)現(xiàn)了制漿的自動(dòng)化；在環(huán)保方面，在儲(chǔ)灰罐頂設(shè)置吸塵器，避免上灰時(shí)產(chǎn)生塵埃，防止了揚(yáng)塵污染。但是經(jīng)過(guò)在錦屏二級(jí)的施工表明，750 t自動(dòng)化集中制漿方案在長(zhǎng)距離隧洞使用方面有較多的局限性，從1560平臺(tái)向洞內(nèi)輸漿屬于逆坡輸漿，對(duì)輸漿設(shè)備要求較高，在施工中難以滿足整個(gè)工程的輸漿需要。灌漿列車實(shí)現(xiàn)了制漿灌漿的集成，達(dá)到了模塊化管理，避免了長(zhǎng)距離輸漿管道的投入。但是灌漿列車僅限于在有軌運(yùn)輸?shù)臈l件下使用。洞內(nèi)自動(dòng)化集中制漿站，實(shí)現(xiàn)了袋裝水泥制漿的自動(dòng)化，拆裝方便，可以靈活的布置工程量相對(duì)集中的洞段，利于工程的高強(qiáng)度輸漿需要，對(duì)長(zhǎng)隧洞中輸漿有較強(qiáng)的實(shí)用性。

在高壓灌漿技術(shù)方面，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展方向和水平的研究分析，針對(duì)依托工程難點(diǎn)和特點(diǎn)展開(kāi)研究，課題研究緊緊圍繞東端1號(hào)、2號(hào)引水隧洞在施工過(guò)程中，開(kāi)挖支護(hù)、襯砌、灌漿混凝土消缺等多工序、多點(diǎn)、密集、交叉、高強(qiáng)作業(yè)，施工難度和施工強(qiáng)度世所罕見(jiàn)的巨大難題：①研制的自行式液壓坑道鉆孔臺(tái)車，通過(guò)液壓油缸可移動(dòng)懸臂和調(diào)節(jié)環(huán)距模塊，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)孔位和環(huán)距的自由變換，進(jìn)行洞室上部全部鉆孔作業(yè)。②研制的自行式液壓棧橋臺(tái)車，利用大型液壓鉆機(jī)解決圓形洞室下部鉆孔作業(yè)。輔以研制的自行式液壓鉆孔平臺(tái)，可解決異形洞室鉆孔作業(yè)。③研制的自行式灌漿臺(tái)車，集儲(chǔ)漿、灌注、操作、控制于一體，實(shí)現(xiàn)了灌漿作業(yè)機(jī)械化施工。通過(guò)研制設(shè)備的集成應(yīng)用，確保了洞內(nèi)交通暢通，減少了施工干擾，降低了施工成本，實(shí)現(xiàn)了高效機(jī)械化施工。

5 結(jié) 語(yǔ)

錦屏二級(jí)水電站引水隧洞長(zhǎng)距離輸漿、高壓灌漿技術(shù)研究，對(duì)當(dāng)前錦屏二級(jí)水電站引水隧洞施工具有實(shí)用性。在長(zhǎng)距離輸漿技術(shù)方面，總結(jié)了不同條件下的輸漿技術(shù)。在高壓灌漿方面，三種臺(tái)車配合現(xiàn)有鉆孔灌漿設(shè)備集成應(yīng)用，保障了各個(gè)鉆孔灌漿工序快速、高效、經(jīng)濟(jì)的實(shí)施，確保了東端1號(hào)、2號(hào)引水隧洞按期充水發(fā)電。本工程完工后，臺(tái)車被國(guó)內(nèi)類似的三個(gè)工程引進(jìn)，其中包括長(zhǎng)河壩水電站10臺(tái)，黃金坪水電站4臺(tái)，錦屏二級(jí)水電站C5標(biāo)4臺(tái)。該研究成果將推動(dòng)我國(guó)深埋長(zhǎng)大隧洞長(zhǎng)距離輸漿技術(shù)和高壓灌漿技術(shù)水平邁向新高度。

［1］陳豪雄，殷杰.隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，1995.

［2］覃仁輝，王成.隧道工程（第三版）［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2011（8）.

［3］汪雪英，蔡仲銀，熊建清.長(zhǎng)大深埋隧洞工程施工技術(shù)研究［M］.黃河水利出版社，2009（12）.

［4］房敦敏，褚衛(wèi)江，吳旭敏，張洋.深埋隧洞高外水壓力洞段灌漿效果評(píng)估［A］.中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)2009學(xué)術(shù)大會(huì)論文集，2009.

［5］張繼勛，任旭華，姜弘道，黃麗偉.高外水壓力下隧道工程滲控措施研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2006.

［6］盛金昌，趙堅(jiān)，速寶玉.高水頭作用下水工壓力隧洞的水力劈裂分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005.

TV543.3

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1003－9805（2015）01－0055－07

2014－12－11

殷國(guó)權(quán)（1978－），男，四川成都人，工程師，從事水力水電工程管理工作。