可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法在大建壩水電站引水隧洞加固工程中的應(yīng)用

譚勇　丁劍波　蔣厚良　曾珊峰

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司　長沙市　410123）

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可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法在大建壩水電站引水隧洞加固工程中的應(yīng)用

譚勇丁劍波蔣厚良曾珊峰

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司長沙市410123）

【摘要】針對大建壩水電站引水隧洞中段沿軟弱夾層與破碎帶存在貫通水庫的集中滲漏點(diǎn)，引起洞身圍巖的穩(wěn)定變形，導(dǎo)致內(nèi)襯鋼管變形，嚴(yán)重影響工程效益的正常發(fā)揮，采取對軟弱夾層與破碎帶進(jìn)行固結(jié)、防滲堵漏處理，采用可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法對圍巖變形段進(jìn)行充填固結(jié)灌漿，取得了良好的工程效果，既對軟弱夾層與破碎帶進(jìn)行了有效固結(jié)，又封堵了變形段的集中滲漏。

【關(guān)鍵詞】可控擠入灌漿軟弱夾層與破碎帶充填固結(jié)灌漿

大建壩電站于水庫左岸開有一直徑4m的壓力隧洞引水發(fā)電，自然水頭24m，壓力隧洞全長1 718m，裝機(jī)容量為2 500 kW（2×1 250 kW），年設(shè)計發(fā)電量1 034.05萬kW·h。電站主要由引水式廠房及引水隧洞、開關(guān)站等建筑物組成。引水式廠房內(nèi)設(shè)2臺單機(jī)容量1 250 kW軸流定漿式水輪發(fā)電機(jī)組。

隧洞圍巖為中厚狀白云巖、白云灰?guī)r，其中中段局部存在軟弱夾層與破碎帶，隧洞與巖層走向斜交，隧洞圍巖基本穩(wěn)定，但節(jié)理裂隙中等發(fā)育。

引水隧洞K1+342m～K1+368m處巖體為軟弱夾層與破碎帶，采用鋼管內(nèi)襯，由于破碎帶引起內(nèi)襯鋼管失穩(wěn)變形，鋼襯與巖體之間脫空嚴(yán)重，且在引水隧洞離進(jìn)口約200m處，有集中滲漏點(diǎn)貫通水庫，因此對該段采用可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法進(jìn)行充填固結(jié)灌漿處理。

1　充填固結(jié)灌漿方案

可控擠入灌漿是利用彈塑性漿體具有的凝結(jié)觸變性特征，后續(xù)灌入的漿液在不斷升高的壓力作用下使先前灌入已開始初凝的漿體發(fā)生推擠剪切觸變效應(yīng)，不斷推動漿體克服阻力向前擠入，實現(xiàn)漿體被灌入到受灌孔段孔隙或裂隙中，直至漿體粘滯阻力與漿體流動前沿處灌漿壓力相等時，漿液停止流動，同時，高觸變漿體在灌入時，也對周邊巖體產(chǎn)生擠密固結(jié)效應(yīng)，通過對灌量與灌漿壓力的配合調(diào)整控制，即可實現(xiàn)使?jié){液控制在帷幕有效范圍內(nèi)較均勻擴(kuò)散，并形成有效帷幕固結(jié)體，從而達(dá)到可控制灌漿的目的。

根據(jù)場地地質(zhì)條件和需要解決的工程問題，本次充填固結(jié)灌漿選用可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法即采用孔內(nèi)阻塞，自上而下分段、擠入流動度為（70～200）mm的水泥-水玻璃雙液漿液，選用專用灌漿泵實施控制灌漿。

2　充填固結(jié)灌漿施工

2.1孔位布置

本固結(jié)灌漿針對引水隧洞內(nèi)管襯鋼管段灌漿，采取“自上而下、孔內(nèi)循環(huán)”灌漿方法，采用在沿垂直隧道軸線方向360°環(huán)形均勻布孔，排距為2m，每排8個孔，相鄰排序呈梅花形布孔。見圖1和圖2。

2.2灌漿施工次序

灌漿施工次序：采取逐排加密的原則進(jìn)行，同一排上由低部至頂部分二序孔施工，先底部、后兩邊再頂部，先I序、后II序。在施工兩邊孔時，先充填灌注，同時把相應(yīng)頂部的孔位鋼板割開，作為排氣孔，以防灌注壓力對鋼管再次造成變形。

圖1　隧洞固結(jié)灌漿布置平面展布圖

圖2　鋼管灌漿1-1剖面圖

2.3單孔施工流程

施工流程：放樣、定孔—→第一段鉆孔—→灌漿—→第二段鉆孔—→灌漿—→第三段鉆孔—→灌漿至結(jié)束—→錨固—→下一孔。

2.4灌漿工藝

2.4.1灌漿方法

鋼管內(nèi)襯段充填固結(jié)灌漿，采用“自上而下、孔內(nèi)循環(huán)”灌漿法。灌漿深度為10m（底部6m），分三段鉆孔灌漿，第一段2m，第二段3m（底部2m），第三段5m（底部2m），每段灌漿形成一定強(qiáng)度后，在原孔位下鉆至下一段進(jìn)行灌漿。

2.4.2灌漿阻塞器安裝

固結(jié)灌漿第一段在壓力鋼管焊接簡易孔口封閉器，采用孔口封閉灌漿；以下各段應(yīng)分別阻塞在上一灌段底以上0.5m左右，阻塞不住時，可逐漸上移阻塞器，不得下移；阻塞器移動時，應(yīng)保證射漿管距孔底不超過0.5m，否則應(yīng)重新配制射漿管。

2.4.3灌漿壓力

每孔固結(jié)灌漿分為三段施工。通過試驗孔，發(fā)現(xiàn)因內(nèi)襯鋼管失穩(wěn)變形，從鋼管內(nèi)漏水沖刷弱夾層與破碎帶，造成孔隙率非常大，鉆孔無回水、塌孔，吸漿量特別大。各段灌漿壓力如表1。

表1　各灌漿段壓力表　MPa

2.4.4灌漿材料及配比

灌漿材料主要采用水泥與水玻璃。水泥采用普通R32.5硅酸鹽水泥，水玻璃：Be"=28～40，模數(shù)2.4～3.0。

本工程屬于承壓水條件下軟弱夾層與破碎帶固結(jié)灌漿，為控制漿液不致流失太遠(yuǎn)，必須使?jié){液在合適的時間內(nèi)凝固。根據(jù)前期試驗成果選擇1∶1、0.8∶1 和0.5∶1三組水灰比分別摻加3%、5%、7%、10%的水玻璃四種不同摻量進(jìn)行了漿液初、終凝時間、流動性、析水率的測定。可使用的配合比見表2。

表2　可使用的雙液漿的配比和性能表

（1）灌漿配合比。純水泥漿液水灰比（重量比）采用1∶1、0.8∶1、0.5∶1等三個比級，其配置見表2。

（2）開灌水灰比及變換原則。開灌水灰比一般采用1∶1。灌漿水灰比變換原則：

①灌漿過程中，如灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減小，或當(dāng)注入率不變而灌漿壓力持續(xù)升高，不得改變漿液水灰比。

②當(dāng)某一級水灰比漿液的單孔注入量達(dá)1 000 L以上、而灌漿壓力或注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改濃一級水灰比的漿液灌注。

③當(dāng)注入率大于30 L/min時，視具體情況可越級變濃漿液水灰比。

④漿液水灰比改變后，如灌漿壓力突增或注入率突減至原注入率的1/2以下時，應(yīng)立即回稀至原級水灰比進(jìn)行灌注，并查明原因。

2.4.5灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計灌漿壓力下，當(dāng)灌漿孔段注入率不大于1.0 L/min時，延續(xù)灌注30min后可結(jié)束灌漿作業(yè)。

2.4.6灌漿后錨固

每孔灌漿結(jié)束后，在孔內(nèi)插入Φ25mm螺紋綱筋，鋼筋外露50mm并車絲，用濃漿補(bǔ)注，使鋼筋固結(jié)后，加10mm鋼墊板用螺母適當(dāng)施加預(yù)緊力后，將螺母及鋼墊板與壓力鋼管焊接，再打磨平整。

2.4.7灌漿施工過程中特殊情況的處理

（1）鉆灌過程中如發(fā)現(xiàn)灌漿孔串通時，查明串通量和串通孔數(shù)、范圍，并按下述方法處理：

①如串通孔具備灌漿條件時：串通孔漏水量相近，在滿足設(shè)計壓力和正常供漿的前提下，可將串通孔并聯(lián)灌注，但應(yīng)分別控制灌漿壓力與鋼管變形，防止壓力鋼管破壞，同時并聯(lián)孔數(shù)不超過2個；串通孔的串通量相差懸殊時，應(yīng)單機(jī)同時灌注，并分別控制灌漿壓力，各自變漿，使各串通孔不發(fā)生互串現(xiàn)象；串通孔灌漿時，應(yīng)先預(yù)留足夠的排稀漿孔，一般可采取一灌一排方式間歇性（間隔時間可按15min左右控制）排放稀漿，待排漿孔排出的漿液濃度與灌漿漿液濃度一致時，將排漿孔并入串通孔組進(jìn)行灌漿。

②如串通孔不具備灌漿條件時：串通孔正在鉆進(jìn)應(yīng)立即停鉆；串漿量較大時，應(yīng)將阻塞器阻塞于被串孔漿部位上方（0.5～1）m處，對灌漿孔繼續(xù)進(jìn)行灌漿，灌漿結(jié)束后應(yīng)立即將串通孔內(nèi)的阻塞器取出，并掃孔、待凝后進(jìn)行灌漿。

（2）大量吸漿段：灌漿過程中大量吸漿段灌入的漿量達(dá)到或超過設(shè)計確定的200 kg/m后，未出現(xiàn)減少跡象者，須采取間歇待凝、加大水玻璃摻合比例、預(yù)埋灌漿管灌注等措施，直至灌段達(dá)到設(shè)計結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。其中平均單耗最大的孔K2-I-2共灌入水泥33.1 t，達(dá)1 136.5 kg/m；K3-I-3共灌入水泥118.5 t，平均單耗1741.1 kg/m。灌注過程中，對壓力鋼管兩端和下游出口均進(jìn)行了觀察，未發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。

3　工程施工過程控制

（1）施工前詳細(xì)編制了《大建壩水電站引水隧洞加固工程施工組織設(shè)計》，施工組織設(shè)計中詳細(xì)明確了設(shè)備、人員配制、各崗位人員職責(zé)、各施工工序的主要技術(shù)要求和操作流程、質(zhì)量控制的主要手段和安全管理及相關(guān)措施。

（2）施工中，組織各崗位人員認(rèn)真學(xué)習(xí)施工技術(shù)要求，進(jìn)行層層技術(shù)、安全交底，各崗位員工職責(zé)明確，要求清晰并各自履行相應(yīng)的職責(zé)，認(rèn)真把好各自的工序質(zhì)量關(guān)。

（3）建立關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，編制了過程控制質(zhì)量自檢的相關(guān)技術(shù)要求，在孔位、孔斜、孔深、漿液密度、下管置塞、雙液配合比、灌漿壓力控制、提桿灌漿、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、封孔、檢查孔分層、套管隔離、注水試驗等相應(yīng)程序上均由質(zhì)檢、技術(shù)人員嚴(yán)格把關(guān)，全部施工過程中相應(yīng)質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)均控制嚴(yán)密。對于施工過程中出現(xiàn)的特殊問題均能按要求處理，從根本上保證了灌漿質(zhì)量。完成的全部鉆孔中，控制到位，尤其是在出現(xiàn)串漿孔、其它部位冒漿這些特殊孔處理中，對被串孔進(jìn)行掃孔處理，重新灌注，嚴(yán)格把關(guān)，串漿掃孔量達(dá)500m之多。冒漿段根據(jù)冒漿情況改變水玻璃摻量，結(jié)合短時間間歇處理，在保證不冒漿后，灌漿到位達(dá)到相應(yīng)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

（4）根據(jù)灌漿先導(dǎo)孔和試驗孔揭露的不同地質(zhì)條件，及時變更相關(guān)的施工工藝，使灌漿工藝更為適應(yīng)地質(zhì)條件。如在朝天孔和垂直孔各個方向，分別采用不同的埋管置塞工藝，以保證灌漿效果。引水隧洞離進(jìn)口約200m處，有集中滲漏點(diǎn)的部分，灌漿采用下套管，配套孔口封閉器或栓塞進(jìn)行灌漿，確保灌注漿液在灌段內(nèi)充分膠凝，取得良好的灌漿效果。

4　灌漿效果評價

大建壩水電站引水隧洞加固工程，共施工灌漿孔106孔，灌漿段長1 404m。資料統(tǒng)計情況表明：

（1）Ⅰ序孔單位灌入量296 kg/m，Ⅱ序孔206 kg/m，各序次上Ⅰ序＞Ⅱ序，符合逐排逐序遞減的正常規(guī)律，統(tǒng)計情況表明，單位灌入量呈逐排逐序遞減規(guī)律明顯。

（2）灌漿過程中，后序孔內(nèi)的承壓水壓力和流量明顯低于先灌孔，這一現(xiàn)象表明通過先灌孔灌漿后固結(jié)體逐步形成，不斷地封堵地層中大的漏水途徑，通過后序孔灌漿的閉合，固結(jié)防滲功能不斷加強(qiáng)，最終保證了固結(jié)體的整體形成。

（3）3個檢查孔中軟弱夾層與破碎帶、基巖內(nèi)滲透系數(shù)均＜5×10-4cm/s，滿足設(shè)計要求。

（4）檢查孔布置在脫空較大，串漿孔集中以及灌漿情況異常的部位，數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的5%。經(jīng)取芯檢查，回填情況良好，回填體密實，巖石與壓力鋼管之間空隙已經(jīng)被水泥漿液填滿，巖石與水泥漿液膠結(jié)緊密。

5　結(jié)　論

針對大建壩水電站引水隧洞中段局部存在的沿軟弱夾層與破碎帶出現(xiàn)與庫水連通的集中滲漏，引起圍巖穩(wěn)定變形，導(dǎo)致內(nèi)襯鋼管變形等工程問題，采用可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法進(jìn)行充填固結(jié)灌漿處理后證實，“可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法”由于具有施工簡捷、技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)實用、防滲堵漏效果良好等優(yōu)點(diǎn)，能克服其他防滲處理方法在松散強(qiáng)透水地層內(nèi)難以形成固結(jié)體的困難，有效地在壓力鋼管周邊形成固結(jié)體，既保證了壓力鋼管周邊穩(wěn)定，又將承壓含水層內(nèi)的水體堵在了含水層以內(nèi)，確保了壓力鋼管的安全。

作者簡介：譚勇（1983-），男，湖南郴州人，大學(xué)本科，工程師，目前從事水利水電工程施工及管理工作。

收稿日期：（2016-02-05）