水工隧洞回填灌漿的設(shè)計(jì)與施工工藝探討

【摘要】水工隧洞回填灌漿可使混凝土襯砌與圍巖緊密結(jié)合，是確保隧洞安全運(yùn)行的重要措施之一。因此文章結(jié)合工程實(shí)例就水工隧洞回填灌漿的設(shè)計(jì)與施工工藝展開探討。

【關(guān)鍵詞】水工隧洞；回填灌漿；設(shè)計(jì)；施工

在隧洞工程中，采用混凝土輸送泵澆筑時(shí)，混凝土流動(dòng)性較好，靠自重在底部和兩側(cè)比較容易填滿，但沖頂時(shí)在拱頂90°的范圍內(nèi)，不可避免地在襯砌與圍巖之間留下空隙或空洞，另外溫差和混凝土干縮也是形成空隙的主要因素?；靥罟酀{主要是充填混凝土襯砌與圍巖間的空隙。

一、工程概況

某供水工程輸水隧洞鉆爆段采用光面爆破、全斷面一次開挖成型，先邊頂拱后仰拱襯砌方式，成型斷面為7.28m×6.5m（馬蹄形），單元長(zhǎng)度12m，襯砌混凝土指標(biāo)為C35W12F200，二級(jí)配，Ⅱ類圍巖和Ⅲa 為素混凝土襯砌，Ⅲb 和Ⅳ類圍巖為鋼筋混凝土襯砌，設(shè)計(jì)厚度30～50cm，采用混凝土輸送泵、斜溜槽多窗口下料澆筑工藝，現(xiàn)每類圍巖選取24m進(jìn)行回填灌漿試驗(yàn)段施工。灌漿孔在素混凝土襯砌中可采用直接鉆孔方法，在鋼筋混凝土襯砌中采用預(yù)埋管鉆孔的方法。

二、回填灌漿設(shè)計(jì)及施工工藝

（一）回填灌漿設(shè)計(jì)

隧洞回填灌漿應(yīng)在襯砌混凝土達(dá)70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，灌漿孔主要應(yīng)布置在頂拱中心角90～120°范圍之內(nèi)。（1）灌漿孔排距為3.0m，梅花型布置，每環(huán)灌漿孔均布在隧洞襯砌斷面拱頂90°扇形范圍內(nèi)，回填灌漿孔沿?cái)嗝嬷行木€左右對(duì)稱布置，一序孔為3個(gè)（Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3），二序孔為4個(gè)（Ⅱ-1，Ⅱ-2，Ⅱ-3，Ⅱ-4），深入巖石100mm 以上，孔徑 38～40mm。（2）灌漿壓力：素混凝土襯砌采用0.3MPa，鋼筋混凝土襯砌采用0.5MPa。（3）灌漿水灰比：一序孔灌注水灰比0.5：1 的水泥漿，二序孔灌注水灰比為1：1和0.5：1兩個(gè)比級(jí)的水泥漿，空隙大的部位應(yīng)灌注水泥砂漿或高流態(tài)混凝土，摻砂量不大于水泥重量的200%。（4）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注10min 即可結(jié)束。

（二）回填灌漿施工工藝

1.灌漿區(qū)段劃分

回填灌漿應(yīng)分區(qū)段進(jìn)行，區(qū)段長(zhǎng)度一般不大于三個(gè)襯砌段（50 m 左右）。區(qū)段的端頭在混凝土施工時(shí)封堵嚴(yán)實(shí)。

2.灌漿孔施工

回填灌漿孔施工可采用機(jī)械直接鉆進(jìn)成孔和從預(yù)埋管中鉆進(jìn)成孔兩種方式。一般在素混凝土襯砌中宜采用機(jī)械造孔，對(duì)于鋼筋混凝土襯砌可采用從預(yù)埋管中鉆進(jìn)成孔的方法。鉆孔孔徑不宜小于38 mm，孔深宜深入圍巖5～10 cm。鉆孔完畢后，應(yīng)記錄混凝土厚度和混凝土與圍巖之間的空隙尺寸。遇有圍巖塌陷、溶洞、超挖較大等回填空腔很大特殊情況時(shí)，應(yīng)在該部位埋設(shè)灌漿管。灌漿管數(shù)量不應(yīng)少于2個(gè)，其出口應(yīng)在空腔最高處，以利于進(jìn)漿和排水、排氣。

3.灌漿方法

回填灌漿采用“趕灌法”，即先鉆出第Ⅰ次序全部鉆孔（脫空較大時(shí)也可只鉆出部分鉆孔），自灌漿區(qū)段較低的一端向較高的一端推進(jìn)，低處孔灌漿時(shí)，高處孔用于排氣、排水，當(dāng)高處孔排出濃漿（接近或等于進(jìn)漿水灰比）后，可將低處孔堵塞，改從高處孔灌漿，以此類推，直至該區(qū)段灌漿結(jié)束。第Ⅰ次序孔灌漿結(jié)束后，按同樣的方法進(jìn)行第Ⅱ次序灌漿孔的鉆孔灌漿施工?；靥罟酀{多采用純水泥漿液，水泥的強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5。漿液水灰比一般為0.6：1或0.5：1。

4.灌漿結(jié)束條件

在設(shè)計(jì)壓力下灌漿孔停止吸漿后，延續(xù)灌注10min，即可結(jié)束灌漿。

5.灌漿質(zhì)量檢查

回填灌漿質(zhì)量檢查，可采用檢查孔注漿試驗(yàn)或取芯檢查的方法，相應(yīng)的檢查時(shí)間是在該部位灌漿結(jié)束7d和28 d以后。檢查孔應(yīng)布置在頂拱中心線上脫空較大和灌漿異常的部位，孔深應(yīng)深入圍巖10cm。壓力隧洞宜每10 ～15 m 布置 1個(gè)或1對(duì)檢查孔，無壓隧洞的檢查孔可適當(dāng)減少?，F(xiàn)行規(guī)范（DL/T 5148- 2001）推薦的回填灌漿工程質(zhì)量檢查方法及合格標(biāo)準(zhǔn)：① 單孔注漿試驗(yàn)：向檢查孔內(nèi)注入水灰比為2：1的水泥漿液，壓力與灌漿壓力相同，初始10 min 內(nèi)注入漿量不大于10 L為合格。② 雙孔聯(lián)通試驗(yàn)：在指定部位布置2個(gè)間距為2～3m的檢查孔，向其中一孔注入水灰比為2：1的水泥漿液，壓力與灌漿壓力相同，若另一孔出漿流量小于1L/min 為合格。③ 檢查孔及芯樣檢查：探測(cè)鉆孔及觀察巖芯，漿液結(jié)石充填飽滿密實(shí)滿足設(shè)計(jì)要求為合格。根據(jù)工程條件可選用上述一種或兩種檢查方法。

三、灌漿及成果分析

（1）灌漿孔工程量?；靥罟酀{試驗(yàn)段灌漿孔共分8個(gè)孔序，每個(gè)灌漿孔的孔深分設(shè)計(jì)工程量及實(shí)際完成工程量分別記錄。可知實(shí)際完成工程量都比設(shè)計(jì)工程量要大。（2）檢查孔工程量。試驗(yàn)區(qū)每12m 布置1個(gè)檢查孔，共計(jì)8個(gè)，每個(gè)檢查孔的孔深分設(shè)計(jì)工程量及實(shí)際完成工程量分別記錄。可知實(shí)際完成工程量都比設(shè)計(jì)工程量要略大。（3）注漿量分析。根據(jù)注漿量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，試驗(yàn)段Ⅰ序孔單位注入量和Ⅱ序孔單位注入量呈明顯遞減趨勢(shì)，且遞減幅度大，說明隨著灌漿序次遞增襯砌混凝土與洞室圍巖接觸面的單位注入量遞減，空腔不斷被充填、密實(shí)?；靥罟酀{質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，使襯砌混凝土與洞室圍巖接觸面及脫空部位得到更充分的充填。（4）檢查孔注漿分析。從檢查孔的注漿試驗(yàn)結(jié)果可以看出：各孔10min 內(nèi)注入量均小于10L，這表明灌漿效果良好，灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。（5）縫隙寬度計(jì)算。在不考慮一次支護(hù)及其與圍巖間的空隙、一次支護(hù)本身被加密的情況下，根據(jù)水灰比和水化齡期對(duì)水化水泥密度的影響的關(guān)系，通過注入量可以大概算出圍巖與襯砌混凝土間的平均縫隙寬度，由于工期計(jì)劃和設(shè)備情況，現(xiàn)場(chǎng)暫時(shí)無法對(duì)空腔或裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)證。

綜上所述，根據(jù)灌漿的相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，可以看出圍巖與襯砌間存在的空隙的情況，且在注漿后空隙逐漸被充填密實(shí)，經(jīng)檢查符合設(shè)計(jì)要求，按上述參數(shù)和工藝可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求，且施工過程中未觀測(cè)到有抬動(dòng)和跑漿現(xiàn)象。通過該試驗(yàn)可大概了解回填灌漿的效益，可以指導(dǎo)和控制類似工程的報(bào)價(jià)，對(duì)決策者具有重大的意義和指導(dǎo)性作用。

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