淺孔高壓固結灌漿在高水頭、小斷面引水隧洞中的應用

熊 天 智， 陳 彥 好

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

淺孔高壓固結灌漿在高水頭、小斷面引水隧洞中的應用

熊 天 智， 陳 彥 好

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

以老撾南湃水電站引水隧洞為工程實例，介紹了高水頭、小斷面引水隧洞高壓固結灌漿采用的施工方法，對弱透水巖層隧洞灌漿進行了總結分析，可為類似工程的隧洞灌漿提供參考。

老撾；南湃水電站；高水頭；引水隧洞；高壓固結灌漿

1 概 述

老撾南湃水電站為高水頭、長引水式電站，引水系統(tǒng)由左岸引水隧洞和壓力鋼管兩部分組成，總長8 247 m，其中隧洞段長6 739.4 m，壓力鋼管段長1 507.47 m。

引水隧洞進口底板高程為1 114 m，總長度為6 739.4 m，隧洞由3段平洞和2段豎井組成，3段平洞縱向坡度分別為i=1.7%、0.5%、0.5%。末端高程分別為1 075.04 m、848 m、629.96 m，對應長度分別為2 390.89 m、2 298.65 m、1 530 m。隧洞采用圓形平底斷面，開挖洞徑為4.4 m(寬2.75 m)，襯砌后底寬2.47 m。

上平段主要以常規(guī)固結灌漿(最大灌漿壓力為2 MPa)作為基礎處理手段，中平段和下平段為高壓固結灌漿(最大灌漿壓力分別為4 MPa和7 MPa，中平段為無蓋重高壓固結灌漿)。

引水隧洞下平段圍巖以中厚層凝灰?guī)r為主，局部間夾薄層黑色板巖或薄層凝灰?guī)r，Ⅱ類圍巖約占6.33%，Ⅲ1類圍巖約占41.44%，Ⅲ2類圍巖約占40.57%，Ⅳ類圍巖約占11.66%。襯砌方式主要為掛網噴混凝土，極少量洞段采取鋼筋混凝土襯砌、引水隧洞下平段圍巖以中厚層凝灰?guī)r為主，局部間夾薄層黑色板巖或薄層凝灰?guī)r，Ⅲ1類圍巖約占37.2%、Ⅲ2類圍巖約占53%、Ⅳ類圍巖約占9.8%。全洞段實施鋼筋混凝土襯砌。

2 設計理念、技術參數及其工程特點

2.1 設計理念及采用的技術參數

老撾南湃水電站引水隧洞以鋼筋混凝土襯砌與圍巖作為聯合受力體，基礎灌漿的主要目的：一是為提高圍巖的整體性，二是填充圍巖裂隙，減少圍巖透水率。該工程引水隧洞固結灌漿灌后透水率要求小于1 Lu，其相應的技術參數見表1。

表1 各部位基礎固結灌漿技術參數表

2.2 工程特點

該工程高壓固結灌漿的主要特點：隧洞斷面小，在施工機械選擇上具有較大的局限性；洞內空間過小，施工不便；局部洞段灌漿屬于無蓋重高壓灌漿，漏漿、串漿等風險高，難度大；電站高水頭高，灌漿壓力高；灌后質量要求高，灌后基巖透水率不大于1 Lu。

3 所采用的施工方案

筆者以引水隧洞下平段典型的高壓固結灌漿為例，論述了該工程下平段高壓固結灌漿采用的施工方案及技術措施。

3.1 施工布置

(1)風水電布置。該工程施工用電為鉆孔、灌漿、抽水、照明等用電，在指定變壓器低壓端架設240 mm2主電纜線至工作面主配電柜內，配電柜再分配至制漿站和鉆孔、灌漿施工工作面。

施工用水根據施工部位的不同及現場實際情況，鋪設φ80鋼管或橡膠管、利用水泵抽水至制漿站、再分散到各個工作面。

施工用風為鉆孔用風，在交通支洞的空壓機接φ100主風管至洞內主洞以及上下游施工面。

(2)制漿系統(tǒng)的布置。根據該工程施工現場條件，結合本次灌漿施工特點及施工進度安排，采取集中制漿的方式制漿。在洞外搭設一個面積約80 m2的集中制漿站，可儲存水泥150 t。安設2臺高速制漿機、2臺低速攪拌機、2臺灌漿泵及供水、輸漿管路系統(tǒng)等。輸漿管路為直徑30 mm的鋼編管。漿液攪拌后分送至各轉漿站，再由轉漿站分送至各工作面。

3.2 施工材料及機械

3.2.1 水泥、摻合料及外加劑

該工程選用標號P.I 52.5水泥作為灌漿用水泥，細度要求通過80 μm方孔篩余量不大于5%，按國家和行業(yè)的有關規(guī)定，對每批次水泥進行取樣檢測。

該工程在施工過程中未使用任何摻合料和外加劑，均以純水泥漿液進行灌注。

3.2.2 制漿用水

灌漿用水符合《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5l44拌制水工混凝土用水要求的規(guī)定。

3.2.3 施工機械

該工程主要采用的施工機械有：23 m3電動空壓機、YG80導軌式鑿巖機、ZJ400-A高速攪拌機、DS-1000L低速攪拌機、SGB6-10灌漿泵、SGB6-18高壓灌漿泵。

3.3 高壓固結灌漿施工

3.3.1 灌漿試驗

該工程首先進行生產性試驗灌漿。鑒于該工程下平段的地質特點，選取一處Ⅲ2類圍巖作為試驗區(qū)，并對Ⅳ類圍巖的首次灌漿進行密切觀察，確定合理的灌漿參數及灌漿工藝(灌漿壓力、灌漿孔間排距等)。水泥漿液性能測試：漿液配制程序及拌制時間、漿液的穩(wěn)定性，確定漿液配比。

3.3.2 孔位布置

該工程引水隧洞灌漿孔布置情況見圖1。

圖1 灌漿孔布置圖

3.3.3 鉆孔的分序與分段

該工程引水隧洞下平段由于灌后要求較高，施工難度較大，高壓固結灌漿孔環(huán)間及環(huán)內均分2序施工，鉆孔采用YG80導軌式鑿巖機進行施工，一次性鉆至終孔深度，鉆頭為φ50十字型鉆頭。

3.3.4 鉆孔沖洗及壓水試驗

固結灌漿孔需進行孔壁和裂隙沖洗?？妆跊_洗至回水澄清后即可結束。裂隙沖洗采用壓力水進行沖洗，結束標準為回水澄清后10 min或總時間不少于30 min。對于地質條件復雜的孔段，還應結合實際情況采用適宜的沖洗方法。

灌漿前，選擇有代表性的孔段作壓水試驗，采用全孔單點壓水法，壓水壓力為1 MPa。壓水試驗的目的是獲得巖體灌前透水率等參數及發(fā)現混凝土缺陷處是否存在漏水、滲水等現象，以便提前進行處理。

3.3.5 灌漿方法

灌漿采用自下而上的孔口循環(huán)法進行灌漿施工，由孔底向外分段卡塞灌漿。若遇特殊地質洞段，可采取自上而下、分段灌漿及加密處理的方式予以處理。灌漿塞為φ38，L=0.5 m(橡膠段)的水囊塞。灌注第二段時，在孔口外加設長度為15 cm的護筒以保證孔內有效灌漿段長，該方法能有效防止灌漿塞外露鉆孔部分因受力不均炸裂。

3.3.6 灌漿壓力及變漿標準

該工程固結灌漿水灰比可采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個比級，開灌漿液水灰比選用2∶1，變漿標準執(zhí)行相關規(guī)范標準，灌漿壓力見表2。

表2 下平段高壓固結灌漿壓力控制一覽表

3.3.7 灌漿結束標準與封孔

各灌漿段灌漿的結束條件應根據地質條件和工程要求確定。一般情況下，當灌漿段在最大設計壓力下、注入率不大于1 L/min后繼續(xù)灌注30 min即可結束灌漿。固結灌漿孔采用全孔灌漿法封孔。

3.3.8 特殊情況的處理

固結灌漿過程應密切注意混凝土有無形變、高壓情況下壓力是否存在突升陡降及地下水滲漏等情況。灌漿期間特殊情況的處理可參照相關施工規(guī)范要求執(zhí)行。

3.3.9 質量檢查方法及合格標準

該工程之高壓固結灌漿工程的質量檢查以采用鉆孔壓水試驗的方法為主，檢測巖體彈性波波速的方法為輔。單點壓水試驗檢查孔的數量不應少于灌漿孔總數的5%，檢測時間應在灌漿完成7 d以后，檢查結束后應進行灌漿和封孔。

該工程高壓固結灌漿質量壓水試驗檢查的結果表明：其孔段合格率在85%以上；不合格孔段的透水率不超過設計規(guī)定值的150%且不集中，灌漿質量可認為合格。

4 高壓固結灌漿施工情況

4.1 施工完成情況

該工程高壓固結灌漿試驗段累計完成高壓固結灌漿鉆孔80個，共計長312 m，完成水泥注漿干耗灰55.38 t。

4.2 質量檢查情況

該工程高壓固結灌漿試驗段灌前圍巖最大透水率為9.39 Lu，平均透水率為2.77 Lu。灌后質量檢測得到的最大透水率為0.62 Lu，平均透水率為0.35 Lu。效果良好。

4.3 結 論

該工程高壓固結灌漿施工后巖層裂隙得到了充分填充。在進行高壓固結灌漿施工后，圍巖的滲透性得到了明顯改善，在后續(xù)的隧洞充水過程以及電站正常發(fā)電過程中，山體無明顯變形發(fā)生和涌水現象，原沖溝內的水量亦無明顯變化。

5 結 語

(1)該工程高壓固結灌漿的特點為洞型斷面小、鉆孔深度淺、灌漿壓力大、灌后要求高。處理該類工程時應充分考慮施工機械的實用性。該工程選用的YG80式導軌式鑿巖機及SGB6-18高壓灌漿泵經濟適用、易于檢修、拆卸方便。但該鉆機在如此小斷面的隧洞內移動不是特別便捷。在今后類似工程選取該種鉆孔設備時，可選擇制作一個小型臺車，或在隧洞頂拱預埋掛鉤或軌道等用于鉆孔設備的移動。

(2)在進行高壓固結灌漿施工前進行簡易壓水試驗很有必要，其主要目的是檢查巖層的滲透性及回填灌漿的效果。

(3)灌漿過程應逐級升壓、逐級穩(wěn)壓，穩(wěn)壓過程密切關注灌漿塞的狀態(tài)。該工程在實際施工過程中，少數部位出現了當壓力達到5 MPa后、在穩(wěn)壓過程中灌漿塞因內部壓力過大而出現緩慢退出灌漿孔段的現象，針對這種現象，采取機械助力的方式予以彌補，在灌漿塞末端架設了一個支架以穩(wěn)固灌漿塞，實踐證明效果良好。

(4)在進行高壓固結灌漿施工過程中，壓力越高，壓力穩(wěn)定性越差，會出現壓力突升陡降的情況。筆者建議：今后在類似工程進行高壓固結灌漿時，在灌漿塞末端加設一節(jié)灌漿管并設穩(wěn)壓筒，在采取了多重穩(wěn)壓措施的情況下，高壓力情況下壓力突升陡降的情況會得到一定程度的改善。

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1001-2184(2017)06-0086-03

2017-06-10

熊天智(1964-)，男，四川綦江人，工程師，從事水利水電工程基礎處理施工技術及管理工作；

陳彥好(1992-)，男，四川都江堰人，助理工程師，從事建設工程施工技術與管理工作.

李燕輝)