淺孔高壓固結(jié)灌漿在高水頭小斷面引水隧洞中的應(yīng)用

，，

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程簡(jiǎn)介

1.1　工程概況

老撾南湃水電站為高水頭長(zhǎng)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(zhǎng)8247m，其中隧洞段長(zhǎng)6739.4m，壓力鋼管段長(zhǎng)1507.47m。

引水隧洞進(jìn)口底板高程1114m，總長(zhǎng)6739.4m，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1075.04m、848.000m、629.96m，對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度分別為2390.89m、2298.65m、1530m。隧洞采用圓形平底斷面，開挖洞徑4.4m(寬2.75m)，襯砌后底寬2.47m。上平段主要以常規(guī)的固結(jié)灌漿(最大灌漿壓力為2.0MPa)作為基礎(chǔ)處理手段，中平段和下平段為高壓固結(jié)灌漿(最大灌漿壓力分別為4.0MPa和7.0MPa，中平段為無蓋重高壓固結(jié)灌漿)。

1.2　地質(zhì)簡(jiǎn)述

引水隧洞上平段地層主要為風(fēng)化程度不等的凝灰?guī)r及變質(zhì)板巖，其Ⅳ、Ⅴ類圍巖主要集中在T0+850樁號(hào)以前洞段，T0+850后多以Ⅲ2類圍巖居多。平段洞段圍巖為“薄層凝灰?guī)r”，據(jù)隧道質(zhì)量指標(biāo)RMR統(tǒng)計(jì)結(jié)果，Ⅲ1類圍巖約占整個(gè)上平段的5.98%、Ⅲ2類圍巖約占57.22%、Ⅳ類圍巖約占30.74%、Ⅴ類圍巖約占6.06%，襯砌方式為鋼筋混凝土襯砌及掛網(wǎng)噴混凝土。

引水隧洞中平段洞段圍巖以“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(wǎng)噴混凝土，極少量洞段采取鋼筋混凝土襯砌。引水隧洞下平段洞段圍巖以“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53.0%、Ⅳ類圍巖約占9.8%，全洞段進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌。

2　固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)

老撾南湃水電站引水隧洞為襯砌與圍巖作為聯(lián)合受力體，基礎(chǔ)灌漿的主要目的一是為了提高圍巖整體性，二是填充圍巖裂隙，減少圍巖透水率。本工程引水隧洞固結(jié)灌漿灌后透水率要求小于1Lu，各部位固結(jié)灌漿相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

3　固結(jié)灌漿施工

3.1　灌漿材料選擇

3.1.1水泥、摻合料及外加劑

本工程選用標(biāo)號(hào)P.I52.5水泥作為灌漿用水泥，細(xì)度要求通過80um方孔篩余量不大于5%，按國(guó)家和行業(yè)的有關(guān)規(guī)定，對(duì)每批次水泥進(jìn)行取樣檢測(cè)。

表1各部位固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

本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(jìn)行灌注。

3.1.2制漿用水

灌漿用水符合《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5l44-2001)拌制水工混凝土用水要求的規(guī)定。

3.2　灌漿機(jī)具選擇

本工程造孔采用YG80導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)，灌漿采用SGB6-18高壓灌漿泵，兩種機(jī)械設(shè)備主要參數(shù)分別見表2和表3。

表2 YG80導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表3 SGB6-18高壓灌漿泵主要技術(shù)參數(shù)

3.3　高壓固結(jié)灌漿施工

3.3.1灌漿試驗(yàn)

本工程先進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)灌漿，鑒于本工程下平段的地質(zhì)特點(diǎn)，選取一處Ⅲ2類圍巖作為試驗(yàn)區(qū)，并對(duì)Ⅳ類圍巖的首次灌漿進(jìn)行密切觀察。確定合理的灌漿參數(shù)及灌漿工藝(灌漿壓力、灌漿孔間排距等)。

水泥漿液性能測(cè)試：漿液配制程序及拌制時(shí)間、漿液的穩(wěn)定性，確定漿液配比。

3.3.2孔位布置

本工程引水隧洞下平段Ⅲ類圍巖每環(huán)均布置8孔，梅花型布置，環(huán)距2.0m，Ⅳ類圍巖每環(huán)均布置8孔，梅花型布置，環(huán)距1.5m。固結(jié)灌漿孔布置見圖1。

圖1　典型斷面孔位布置

3.3.3鉆孔分序、分段

本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(jié)灌漿孔環(huán)間及環(huán)內(nèi)均分2序施工，鉆孔采用YG80導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)進(jìn)行施工，一次性鉆至終孔深度，鉆頭為φ50mm十字型鉆頭。

3.3.4鉆孔沖洗及壓水試驗(yàn)

固結(jié)灌漿孔需進(jìn)行孔壁和裂隙沖洗?？妆跊_洗當(dāng)回水澄清后即可結(jié)束；裂隙沖洗采用壓力水進(jìn)行沖洗，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為回水澄清后10min或總時(shí)間不少于30min。地質(zhì)條件復(fù)雜的孔段還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，采用適宜的沖洗方法。

灌漿前選擇有地質(zhì)代表性的孔段作壓水試驗(yàn)，采用全孔單點(diǎn)壓水法，壓水壓力為1.0MPa。壓水試驗(yàn)的目的是獲得巖體灌前透水率等參數(shù)及發(fā)現(xiàn)混凝土缺陷處是否存在漏水、滲水等現(xiàn)象，以便提前進(jìn)行處理。

3.3.5灌漿方法

灌漿采用自下而上孔口循環(huán)法進(jìn)行灌漿施工，由孔底向外分段卡塞灌漿。如果遇特殊地質(zhì)洞段，可采取自上而下分段灌漿及加密處理。灌漿塞為φ38mm、L=0.5m(橡膠段)的水囊塞。灌注第二段時(shí)在孔口外加設(shè)15cm的護(hù)筒以保證孔內(nèi)有效灌漿段長(zhǎng)，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(biāo)準(zhǔn)

本工程固結(jié)灌漿水灰比可采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個(gè)比級(jí)，開灌漿液水灰比選用2∶1，變漿標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，灌漿壓力見下表4。

3.3.7灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)與封孔

各灌漿段灌漿的結(jié)束條件應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求確定。一般情況下，當(dāng)灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，即可結(jié)束灌漿。固結(jié)灌漿孔采用全孔灌漿法封孔。

3.3.8特殊情況處理

固結(jié)灌漿過程應(yīng)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施工規(guī)范要求執(zhí)行。

表4下平段高壓固結(jié)灌漿壓力控制一覽表

3.3.9質(zhì)量檢查方法及合格標(biāo)準(zhǔn)

本工程高壓固結(jié)灌漿工程質(zhì)量檢查采用鉆孔壓水試驗(yàn)的方法為主，檢測(cè)巖體彈性波波速方法為輔。單點(diǎn)壓水試驗(yàn)檢查孔的數(shù)量不應(yīng)少于灌漿孔總數(shù)的5%，檢測(cè)時(shí)間應(yīng)在灌漿完成7d以后，檢查結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行灌漿和封孔。

本工程高壓固結(jié)灌漿質(zhì)量的壓水試驗(yàn)檢查，其孔段合格率應(yīng)在85%以上；不合格孔段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%，且不集中，灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。

4　質(zhì)量檢查情況

本工程高壓固結(jié)灌漿試驗(yàn)段累計(jì)完成高壓固結(jié)灌漿鉆孔80個(gè)，共計(jì)312m，完成水泥注漿干耗灰55.38t，高壓固結(jié)灌漿試驗(yàn)段灌前圍巖最大透水率9.39Lu，平均透水率2.77Lu。灌漿后質(zhì)量檢查孔壓水試驗(yàn)最大透水率0.62Lu，平均透水率0.35Lu，由此說明了高壓固結(jié)灌漿的效果是非常好的。

5　結(jié)語(yǔ)

(1)本工程高壓固結(jié)灌漿的特點(diǎn)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(shí)應(yīng)充分考慮施工機(jī)械的實(shí)用性。本工程選用的YG80式導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)及SGB6-18高壓灌漿泵經(jīng)濟(jì)適用，易于檢修，拆卸方便。但鉆機(jī)在如此小斷面的隧洞內(nèi)移動(dòng)不是特別便捷，在今后類似工程選取該種鉆孔設(shè)備時(shí)，可選擇制作一個(gè)小型的臺(tái)車，或在隧洞頂拱預(yù)埋掛鉤或軌道等用于鉆孔設(shè)備的移動(dòng)；

(2)在進(jìn)行高壓灌漿施工前進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)是很有必要的，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(yīng)逐級(jí)升壓，逐級(jí)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓過程密切關(guān)注灌漿塞的狀態(tài)。本工程實(shí)際施工過程中，少數(shù)部位出現(xiàn)當(dāng)壓力達(dá)到5MPa后，在穩(wěn)壓過程中灌漿塞因內(nèi)部壓力過大，出現(xiàn)緩慢退出灌漿孔段的現(xiàn)象。針對(duì)這種現(xiàn)象，本工程采取機(jī)械助力的方式彌補(bǔ)，在灌漿塞末端架設(shè)一個(gè)支架以穩(wěn)固灌漿塞，實(shí)踐證明效果良好；

(4)在進(jìn)行高壓灌漿施工過程中，壓力越高，壓力穩(wěn)定性越差，會(huì)出現(xiàn)壓力突升陡降的情況。在今后類似工程進(jìn)行高壓灌漿時(shí)，建議在灌漿塞末端加設(shè)一節(jié)灌漿管并設(shè)穩(wěn)壓筒，多重穩(wěn)壓的情況下，壓力突升陡降的情況會(huì)得到一定的改善。