水工隧洞固結(jié)灌漿試驗過程研究

于 曼

（遼陽市遼陽灌區(qū)管理處，遼寧 遼陽 111000）

目前我國水利工程遍布全國各地，作為長距離輸供水工程的組成部分，水工隧洞施工的安全及工程質(zhì)量就顯得尤為重要?，F(xiàn)結(jié)合我國遼寧地區(qū)LXBGS 水利工程某段無壓城門形輸水隧洞，對其Ⅴ類圍巖固結(jié)灌漿的施工方法及處理過程展開研究。試驗段隧洞線路穿越了早白堊系石英二長巖、侏羅系花崗閃長巖、太古界混合花崗巖及花崗閃長巖等，強度高，完整性差，局部破碎明顯，巖石的分布規(guī)律復(fù)雜，涉及的工程地質(zhì)問題眾多，具有很高的研究試驗及指導(dǎo)實踐價值。

1 試驗段概況

根據(jù)隧洞開挖揭示的地質(zhì)情況及現(xiàn)場施工條件，本試驗部位選擇在進口控制段，試驗長度12 m，固結(jié)灌漿孔間排距3 m，深入圍巖3 m（鉆孔深度不小于3.55 m），梅花型布置，每排有灌漿孔6 個，共計24 個；試驗順序采用環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則進行；環(huán)間分兩序，灌漿采用全孔一次灌漿法。灌漿壓力1.5 MPa，灌漿漿液水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1 三個比級。

2 試驗準(zhǔn)備

除項目組織機構(gòu)人員及現(xiàn)場施工人員的配置以外，針對本次試驗，應(yīng)就鉆孔機械、灌漿機械等設(shè)備提出以下具體要求：

1）采用回轉(zhuǎn)式鉆機，使用之前認(rèn)真檢查設(shè)備狀態(tài)，確保鉆機有效且正常工作。

2）灌漿泵的性能應(yīng)與配置漿液的類型、濃度等參數(shù)相適應(yīng)，且泵的容許工作壓力不得小于最大工作灌漿壓力的1.5 倍。

3）根據(jù)現(xiàn)場灌漿需要，配置高速和低速漿液攪拌機；攪拌機的轉(zhuǎn)速和拌和能力應(yīng)分別與所攪拌的漿液類型及灌漿泵的排漿量相吻合。

4）灌漿管路應(yīng)及時清理并沖洗干凈，以確保漿液流動暢通；另外，灌漿管路最大承壓能力不低于1.5 倍的最大灌漿壓力。定期檢查灌漿泵及孔口壓力表，不合格的和已損壞的壓力表應(yīng)及時換新。

5）灌漿管路應(yīng)采用可承受高壓水泥漿沖蝕的耐磨灌漿閥門。

3 灌漿試驗施工方法

3.1 固結(jié)灌漿施工流程

圖1 固結(jié)灌漿施工流程

3.2 固結(jié)灌漿孔布設(shè)

根據(jù)施工技術(shù)要求，固結(jié)灌漿試驗段灌漿孔排距3.0 m，環(huán)向60°分布，入巖深度不小于3 m，共布設(shè)灌漿孔24 個，工程量為72 m，采用了2 臺鉆機鉆孔。

圖2 固結(jié)灌漿孔布置圖

3.3 鉆孔

1）鉆孔布置：灌漿孔孔位采用梅花形布置，排距為3 m，根據(jù)現(xiàn)場測量放孔位，采用YT28 鑿巖機入巖成孔，鉆孔孔徑為38 mm～42 mm，入巖深度不小于3 m。

2）鉆機安裝應(yīng)平整穩(wěn)固。鉆孔時必須保證孔向準(zhǔn)確，應(yīng)進行孔斜測量，并采取措施控制孔斜。

3）鉆孔施工按分序加密的原則進行。

4）鉆孔結(jié)束，進行檢查驗收；檢查合格后，方可進行下一步操作。

5）造孔過程中如遇結(jié)構(gòu)鋼筋可在5 cm 范圍內(nèi)移動，不得損傷鋼筋截面，如遇臨時支護鋼筋，可穿過。

3.4 灌漿孔沖洗及壓水試驗

1）灌漿前，應(yīng)對所有鉆孔進行沖洗，孔內(nèi)沉積厚度不得超過20 cm。同時在灌漿前，宜采用壓力水進行裂隙沖洗，直至回水清凈為止。

2）沖洗水壓力可為灌漿壓力的80%，若該值大于1 MPa時，采用1 Mpa。單孔沖洗時間不少于30 min。

3）灌漿孔壓水試驗應(yīng)在裂隙沖洗后進行，采用“單點法”，且試驗孔數(shù)不宜少于總孔數(shù)的5%。

3.5 制漿

1）灌漿水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1（由稀到濃）三個比級。

2）制漿原材料應(yīng)按照要求稱重，且控制重量誤差波動在5%以內(nèi)。

3）灌注漿液應(yīng)攪拌均勻，并測定和記錄漿液密度、粘滯度等參數(shù)。

4）旋流式高速漿液攪拌機攪拌不少于30 s，且攪拌均勻的漿液在使用前必須過篩。

3.6 灌漿

1）隧洞固結(jié)灌漿在回填灌漿結(jié)束7d 后進行。

2）試驗按兩個次序進行灌漿，即先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔，環(huán)間分序，環(huán)間加密，先底部后側(cè)壁，再頂部。

3）灌漿壓力控制在1.5 MPa 左右。灌漿漿液的濃度由稀到濃，逐級變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變、注入率持續(xù)減少時，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比；當(dāng)某一比級漿液注入量已達300 L 以上或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無顯著變化時，應(yīng)改濃一級漿液灌注。

4）灌漿全孔一次灌漿應(yīng)優(yōu)先采用單孔灌漿，吸漿量小時可采用兩孔并聯(lián)灌注。發(fā)生串漿時，也可采用多孔并聯(lián)灌漿，但孔數(shù)不應(yīng)多于3 孔。

5）在規(guī)定壓力下，當(dāng)灌漿孔吸漿量不大于0.4 L/min 時，繼續(xù)灌注30 min，灌漿即可結(jié)束。

6）注漿時根據(jù)漿液擴散情況、注漿量、注漿壓力等參數(shù)調(diào)整注漿材料和配合比。

7）注漿過程中記錄孔位、孔徑、孔深、漿液配比、注漿壓力、注漿量、跑漿、串漿等數(shù)據(jù)。

3.7 特殊情況處理

1）注漿過程中如發(fā)現(xiàn)冒漿漏漿，應(yīng)根據(jù)實際情況采用嵌縫、表面封堵、低壓濃漿、限流、間歇灌漿等方法處理。

2）灌漿應(yīng)連續(xù)進行，如因故中斷，應(yīng)及早恢復(fù)灌漿，否則應(yīng)立即沖洗鉆孔或掃孔，而后恢復(fù)灌漿；恢復(fù)后應(yīng)使用開灌比級的水泥漿灌注。

3）灌漿段注入量大，灌漿難于結(jié)束時，應(yīng)采用限流、限壓、限量、間歇灌漿等措施，如仍不能解決問題，則采用其他外加劑等措施。

3.8 變形觀測

在灌漿區(qū)，應(yīng)安設(shè)變形觀測裝置，灌漿過程中隨時觀測。當(dāng)發(fā)生異常時（如變形突然增大、掉塊等），應(yīng)立即降壓，并作詳細(xì)記錄。

4 灌漿成果分析

4.1 灌前壓水試驗分析

表1 灌漿前壓水試驗統(tǒng)計表

從表1 可以看出：Ⅰ序孔壓水透水率區(qū)間在100 Lu～500 Lu之間的占67%，Ⅱ序孔壓水透水率區(qū)間在10 Lu～50 Lu 之間的占92%。

從上述灌漿前壓水試驗統(tǒng)計表看出；隨著灌漿次序的增加透水率遞減十分明顯，符合灌漿的一般規(guī)律，說明灌漿效果良好。

4.2 單位注灰量的區(qū)間、頻率分析

固結(jié)灌漿試驗段分序灌漿單位注入量見表2。

表2 固結(jié)灌漿試驗段分序灌漿單位注入量統(tǒng)計表

Ⅰ序孔平均單位注入量CⅠ=951.06 kg/m，Ⅱ序孔平均單位注入量CⅡ=367.79 kg/m，Ⅱ序孔的單位注灰量相對Ⅰ序孔的遞減率為61.3%。

S1+083～S1+095Ⅴ類圍巖固結(jié)灌漿試驗段各序孔隨著孔序的加密，單位注灰量呈遞減的趨勢，同時通過Ⅰ、Ⅱ序孔單位注灰量遞減率的對比可知，單位注灰量相對于灌漿孔間排距的減小遞減明顯，符合一般灌漿規(guī)律。

4.3 檢查孔壓水試驗分析

試驗區(qū)布置2 個檢查孔，鉆孔完畢后按灌漿孔進行驗收，并按要求進行壓水試驗。檢查孔壓水試驗成果見表3。

表3 檢查孔壓水試驗成果表

從表3 可以看出：檢查孔的透水率小于設(shè)計值5 Lu,這表明灌漿效果良好。

5 結(jié)論

試驗隧洞進口控制段地質(zhì)情況較為復(fù)雜，S1+083～S1+095Ⅴ類圍巖段Ⅰ序孔平均單位注入量CⅠ=951.06 kg/m，Ⅱ序孔平均單位注入量CⅡ=367.79 kg/m，相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)及施工工藝得到有力驗證，此次固結(jié)灌漿試驗取得預(yù)期效果，試驗段施工參數(shù)可用于本標(biāo)段隧洞固結(jié)灌漿施工。