化學灌漿在輸水隧洞滲漏處理中的運用

翁培龍

(福清市東張水庫管理局，福建 福清350301)

1 工程概況

1.1 工程布置

福清市位于福建省東部沿海，是閩江下游經(jīng)濟區(qū)最具活力的發(fā)展區(qū)域之一。但匱乏的水資源已成為限制當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的主要因素。為解決人民生產生活用水和經(jīng)濟快速發(fā)展的供水需求，福清市興建閩江調水工程。該工程曾被列為福建省十大“重中之重”基礎設施建設項目之一。建設規(guī)模按引水流量10 m3/s設計，遠期考慮發(fā)展到15 m3/s。

其中一期工程，主要由峽南取水泵站樞紐工程、峽南調壓井至酒店輸水主干線(全23.17 km，其中隧洞21.11 km、洞徑4 m，Φ 2 000 mm雙線預應力混凝土管道2.06 km)、新局調節(jié)水庫(庫容為33.5 萬m3)和酒店到巖兜輸水支線(全長8.56 km的隧洞，洞徑3 m)、酒店到龍高輸水支線(全長30.74 km，其中隧洞9.79 km，洞徑3 m，Φ 1 200 ～1 600 mm玻璃鋼管道20.95 km)所組成。

隧洞采用鋼筋混凝土(厚300 ～350 mm)、噴射混凝土(厚100 ～120 mm)襯砌及不襯砌3 種形式，其中鋼筋混凝土襯砌段約占25%，噴射混凝土襯砌段約占51%，不襯砌段約占24%。

1.2 工程地質與水文地質概況

福清市閩江調水工程輸水隧洞沿線地形以多山地、丘陵及山間盆地為主，地形地貌主要受新華廈構造系的長樂—笏石斷裂帶的影響，山脈走向北北東—北東向，長樂—笏石斷裂帶西北側山勢稍高，一般高程在50 ～400 m。

隧洞穿越主要地層為侏羅紀上統(tǒng)南園組酸性火山巖，其巖性為淺灰色流紋質晶屑凝灰熔巖，主要巖性為晶屑凝灰?guī)r、灰白色砂巖、泥巖夾一些砂巖。

以其中一個標段樟南隧洞工程為例，其主要斷層有F26、F33、F35、F37、F38、F39，其影響寬度約2 ～20 m，斷層走向與隧洞走線交角較大，多為張扭性，呈裂隙密集帶狀。

地下水受地層巖性、地質構造、地形地貌、植被、氣象、水文等綜合因素制約［1］。主要有孔隙潛水、裂隙潛水及裂隙承壓水，它儲存于斷裂破碎帶和層間裂隙之中，單位吸水量≤0.01 L/min·m·m，地下水的補、逕、排因含水巖組及地貌類型的不同而不同，其水量大小由大氣降水的控制。

經(jīng)現(xiàn)場實測，在雨季掘進施工時整條隧洞最大滲漏量最高達620 m3/h，其它時段日常漏水量一般為480 m3/h。曾數(shù)度因水量大而迫使停工。

1.3 水泥注漿后仍然有少量滲透原因

根據(jù)出水點所處的工程地質與水文地質情況，充分應用水泥注漿堵水及加固地層的作用機理，可以堵住大部分水，把大水變成小水，因此采用“圍截注漿法”，即以出水點為中心，在一定范圍內布孔口從外到里層層縮小包圍，對出水點進行圍截，最后集中堵水的注漿方法［2－3］。

但由于節(jié)理裂隙的三維發(fā)育及其復雜的聯(lián)系，欲想用水泥注漿方法完全堵住水是非常困難。經(jīng)水泥注漿處理后，還有部分水從別處較小的通道出來，但經(jīng)過較長的路徑，水壓力和水量自然會減小，這些少量的有壓水從薄弱混凝土、裂隙縫、施工縫和水泥灌漿嘴中滲流出來，也是在所難免。

2 使用材料簡介

針對不同的漏水情況，施工修補材料的選擇及材料性能如下:

2.1 丙乳砂漿

丙乳(丙烯酸酯共聚乳液)是一種高分子聚合物的水分散體，加入水泥砂漿后為聚合物水泥砂漿即丙乳砂漿。

它具有優(yōu)異的黏接、抗裂、抗凍、防滲、防腐、抗氯離子滲透、耐磨、耐老化等性能，適用于各類混凝土結構的防滲、防腐護面和修補工程?？扇斯ね磕ɑ驒C械噴涂，使用壽命同普通水泥砂漿，并適合潮濕面黏結，無毒，耐大氣老化。

主要性能指標如下(試驗試件的灰砂比1∶2，丙乳摻量為水泥用量27.5%)。其主要性能指標見表1。

表1 丙乳砂漿主要性能指標表

2.2 HLC—VII 防水堵漏劑

HLC—VII 防水堵漏劑是根據(jù)工程實際漏水問題而研制的，它采用無機、有機等多種原料研制而成，具有速凝、早強、抗?jié)B、適用性廣等特點。

其主要性能見表2。

表2 HLC—WII 防水堵漏劑主要性能指標表

2.3 PU4 水溶性聚氨酯灌漿材料

PU4 水溶性聚氨酯是異氰酸酯與水溶性聚醚合成而得的單組份灌漿材料。其遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡，立即進行聚合反應。

聚合后的固結體有良好的延伸性、彈性、抗?jié)B性及耐低溫性。施工工藝簡單，不需要加熱，黏度小，可灌性好，且漿液滲透性強，由于遇水膨脹具有二次滲透作用，止水性好［4］。

漿液遇水發(fā)泡體積增大為2 ～5 倍。漿液對水質適用性強，無污染。其主要性能指標見表3，PU4水溶性聚氨酯主要性能指標見表3。

2.4 PUI 彈性密封膏

PUI 彈性密封膏是一種聚氨酯彈性密封防水材料，由含異氰酸酯基的聚氨酯予聚體為甲組份和含多羥基化合物、助劑和填料的乙組分組成［4］。它具有優(yōu)異的耐水、耐熱穩(wěn)定性，抗凍(－45 ℃)及抗繞曲性能，是一種新型優(yōu)質大壩鑲縫止水材料。經(jīng)工程應用表明其施工工藝簡單，冷固化、液態(tài)施工、澆注入縫。其主要性能指標見表4。

表3 PU4 水溶性聚氨酯主要性能指標

表4 PUI 彈性密封膏主要性能指標表

3 配套機具及工藝流程

3.1 配套機具的優(yōu)缺點

配套的灌漿泵可采用攜帶式手搖灌漿泵，其優(yōu)點為體積小，便于攜帶，操作簡單，在復雜的環(huán)境中使用方便;缺點為不能適應高壓力灌漿。

3.2 工藝流程

在施工中許多施工單位都采用一種自制的灌漿罐，這種罐制作簡單，可以用鋼板與水管三接通頭加工而成，使用起來也較方便，灌漿罐使用工藝流程(略)，灌漿罐結構示意圖如圖1 所示。

圖1 灌漿罐結構示意圖

4 修補施工工藝

修補施工工藝包括水泥灌漿嘴及點滲處理工藝、施工縫滲水處理工藝和裂隙縫滲水處理工藝。

4.1 水泥灌漿嘴及點滲處理工藝

水泥灌漿嘴及點滲處理工藝主要有以下5 點:

1)將灌漿嘴或點滲處鑿成深5 ～8 cm，直徑10～12 cm的圓形弧并清洗干凈。

2)水泥砂子先干拌均勻，加堵漏劑攪拌至能施工，砂漿直接用瓦刀壓進圓形弧槽內，并埋設灌漿嘴，堵壓密實后，還要壓住砂漿5 min左右。堵漏劑砂漿配比:

3)丙乳凈漿涂抹已做好的堵漏劑砂漿表面，以提高黏接力。丙乳凈漿配比為:

4)丙乳凈漿略干時，分層用丙乳砂漿抹平圓型孔，并用塑料長管套上灌漿嘴引流待灌漿。

5)2 ～3 d后在灌漿嘴固定砂漿有一定強度時進行灌漿，壓漿到灌漿嘴不再進漿時，迸漿10 min，然后扎牢灌漿嘴，2 ～3 d后拆除灌漿嘴，堵頭封好，表層再次用丙乳砂漿抹平。

4.2 施工縫滲水處理工藝

施工縫滲水處理工藝應注意以下4 點:

1)找水源，沿施工縫走向鑿成深5 ～8 cm，寬10～12 cm的U 型槽，清洗槽面。

2)用堵漏劑砂漿封閉施工縫，同時沿縫用Φ10的塑料管預埋灌漿通道，待堵漏劑砂漿完全終凝時，抽出塑料管，通道兩端埋設灌漿嘴，并用塑料長管引流。

3)堵漏劑表面先抹丙乳砂漿，待略干時用丙乳砂漿抹平原U 型槽。

4)2 ～3 d后進行灌漿，從一端開始灌漿，當另一端水排完后并溢出漿料時，扎牢出漿口，繼續(xù)灌漿，待灌漿嘴不再進漿，迸漿10 min，扎牢灌漿嘴，幾天后拆除灌漿嘴，堵頭封好，表層再次用丙乳砂漿抹平。

4.3 裂隙縫滲水處理工藝

裂隙縫滲水處理工藝主要包括4 點:

1)將裂隙縫鑿成深8 ～10 cm，寬12 ～14 cm的U型槽，并清洗槽面。

2)縫槽用堵漏劑砂漿封閉，同時沿縫用Φ10 塑料管做灌漿通道，待堵漏劑砂漿未完全終凝時，抽出塑料管，通道兩端埋設灌漿嘴，并用塑料長管引流。堵漏劑表面先抹丙乳砂漿，待略干時用丙乳砂漿抹平原U 型槽。

3)丙乳砂漿達一定強度后，再次沿縫槽用Φ25塑料管及堵漏劑砂漿做灌注PUI 密封膏通道，待堵漏劑砂漿未完全終凝時，抽出塑料管，通道兩端埋設灌漿嘴，并用塑料長管引流。堵漏劑表面先涂抹丙乳凈漿，待略干時用丙乳砂漿分層抹平縫槽。

4)2 ～3 d后丙乳砂漿達一定強度時，開始灌漿，先灌PU4 水溶性聚氨酯，再灌入PUI 彈性密封膏。在灌漿嘴不再進漿時，迸漿10 min，然后扎牢灌漿嘴，幾天后拆除灌漿嘴，堵頭封好，表層再次用丙乳砂漿抹平。

5 丙乳砂漿配制技術要求及施工注意事項

丙乳砂漿配制技術要求及施工注意事項如下:

1)拌制丙乳砂漿，一般使用425#以上硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，砂需過2.5 mm篩孔，水泥砂子均需滿足有關規(guī)范規(guī)定。

2)施工時要求隧洞氣溫＞5 ℃，＜5 ℃不易施工。

3)用量根據(jù)現(xiàn)場水泥砂子及施工和易性要求通過試拌確定，一次攪拌量根據(jù)施工速度而定，要求拌好的砂漿在30 ～45 min內用完。

4)拌合時先將水泥、砂子干拌均勻，然后加入試拌確定的丙乳量(以滿足施工和易性為準)，充分拌均勻、稱量準確、誤差控制為水泥1%，砂2%，丙乳1%，拌合時采用人工拌和，可穿膠鞋人工踩拌。

5)丙乳砂漿需加強養(yǎng)護，施工后待表面略干時就用噴霧養(yǎng)護，終凝后保濕養(yǎng)護7 d以上。

6)拌制密封膏首先把乙組份分層混合均勻，直至稠度一致的灰色流體，加入少量催化劑攪拌均勻，再加入甲組份，充分攪拌(一般拌合5 min左右)，然后在5 min時間內灌注;密封膏配合比為甲組份∶ 乙組份∶ 催化劑=1∶5∶0.05(重量比)。

7)配料人員與施工人員保持緊密聯(lián)系，視施工情況變化及時調整配合比以保證施工質量。

8)混凝土表面處理是關鍵，一定要將表面打粗糙和清洗干凈，確保灌漿加壓時丙乳砂漿與混凝土表面黏接。

9)根據(jù)水壓情況選擇灌漿壓力，一般選擇在0.4～0.6 MPa。

10)灌漿出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象時，要及時將情況告知技術人員進行處理并做好記錄。

11)所有施工機具都應在施工前后清洗干凈，施工完畢后更要及時清洗。

6 灌漿效果

采用這種新材料以及新的修補工藝對輸水隧洞的滲漏全部進行處理，歷時三個多月，共處理大小滲漏達100 多處，堵水率達90%，整個隧洞已無大股漏水，只有個別處有零星滲水，已經(jīng)能夠滿足工程的需要。化學灌漿堵水情況見表5。

表5 表化學灌漿堵水情況匯總表

7 結 語

任何單一的堵水措施都難以達到完全令人滿意的效果，而應當根據(jù)工程實際情況，采取綜合措施進行治理。

閩調隧洞堵水采取了分步走，多種方法綜合進行的灌漿方式，使各種灌漿更切合水文地質條件和工程實際需要，做到因地制宜，有的放矢，使堵水及加固圍巖效果更好，這樣做可能在人工和工期方面消耗較大，但從社會、經(jīng)濟、工程等總體效益來看是劃算的。

水泥灌漿作為一種堵水的常用方法，兼有多種功能，尤其在克服隧洞大漏水以及加固圍巖方面具有安全、有效、長久的特點。

從目前看化學灌漿施工工藝簡單且快速止水，堵水效果好，所以在堵水措施方面化學灌漿應是在水泥灌漿基礎上的一種輔助手段。

［1］鄭旺. 化學灌漿法在輸水隧洞滲漏處理中的應用［J］. 福建建設科技，2003(01):47－48.

［2］吳立新. 高壓輸水隧洞滲漏的處理與思考［J］. 小水電，2009(03):67－68.

［3］熊錦民. 洋潮水庫電站有壓輸水隧洞滲漏的處理［J］. 小水電，2007(02):45－46.

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