化學(xué)灌漿在隧洞封堵處理中的應(yīng)用

蔡冬松

(漳州市峰頭水庫(kù)管理局，福建 云霄 363300)

1 工程概況

1.1 工程基本情況

峰頭水庫(kù)位于漳州市云霄縣漳江中上游，距離云霄城關(guān)14km，控制流域面積333km2，總庫(kù)容1.77億m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、供水的大(二)型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐工程由攔河壩、引水建筑物及壩后電站等組成，工程于1977年2月破土動(dòng)工，1989年11月竣工。

向東渠道先于水庫(kù)修建，起于水庫(kù)右岸，經(jīng)云霄、東山兩縣，至紅旗水庫(kù)，全長(zhǎng)78km。原渠首輸水隧洞從水庫(kù)大壩右岸山體穿山而過(guò)，為城門型無(wú)壓隧洞，長(zhǎng)146m，修筑水庫(kù)大壩時(shí)，從上游迎水面深入隧洞50m，以塊石混凝土封堵(封堵段長(zhǎng)10m)，再灌漿封實(shí)。上游隧洞進(jìn)口左右各30m范圍內(nèi)采用粘土培厚夯填加固，下游隧洞出口處，以漿砌塊石封堵后砌筑擋土墻，填土護(hù)坡。原輸水隧洞封堵后，在壩體10#壩段引水管道后預(yù)留一錐閥接入壩后明渠。

1.2 滲漏原因分析

2005年10月，大壩右岸山體背水坡約50m高程，原向東渠隧洞出口處發(fā)現(xiàn)一處小股滲漏水流，水流清澈，未見(jiàn)流土或管涌，現(xiàn)場(chǎng)踏勘巡查，周邊及背水坡也沒(méi)有其它濕坡、散滲等現(xiàn)象。壓滲反濾處理后設(shè)置薄皮小三角堰進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)55m高程時(shí)開始滲漏，滲漏水量隨庫(kù)水位升降而顯著增減變化，滲漏量約0.2～3.5L/s。

現(xiàn)場(chǎng)開挖后，滲漏水從隧洞出口漿砌塊石中冒出，挖除漿砌塊石進(jìn)入到隧洞內(nèi)，發(fā)現(xiàn)原封堵塊石混凝土拱頂處有三處小股水流涌出，洞壁兩側(cè)接觸縫也有幾處散滲。從當(dāng)時(shí)的工程運(yùn)行情況看，隧洞進(jìn)口夯填的粘土表層有局部龜裂、滑坡下陷現(xiàn)象。查閱原施工資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查推斷，當(dāng)時(shí)封堵施工時(shí)，由于施工工藝落后或措施不當(dāng)，原塊石混凝土封堵段(特別是拱頂)澆筑或灌漿不實(shí)，造成拱頂段及兩側(cè)接觸面存在縫隙或滲漏通道。工程運(yùn)行初期，由于隧洞進(jìn)口有粘土層的防滲保護(hù)作用未發(fā)生滲漏，長(zhǎng)期運(yùn)行后粘土防滲層遭破壞，水流滲入隧洞內(nèi)部，再順著封堵段的滲漏通道溢出，造成集中滲漏，這也是工程運(yùn)行了十幾年之后才出現(xiàn)滲漏的原因。

2 堵漏方案選定

為防止長(zhǎng)期滲漏造成滲流破壞，必須進(jìn)行防滲堵漏處理。2010年水庫(kù)除險(xiǎn)加固時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)各方充分討論，提出了采用水泥漿加速凝劑(水玻璃)、環(huán)氧樹脂、水溶性聚氨酯材料等幾種灌漿堵漏方案。由于無(wú)法到達(dá)迎水面，只能從下游側(cè)進(jìn)行灌漿作業(yè)，采用水泥或環(huán)氧樹脂混合漿液，雖其可灌性好強(qiáng)度高，但都不適宜帶水作業(yè)，特別是在動(dòng)水作業(yè)中漿液容易被水流沖刷帶走或稀釋，達(dá)不到灌漿堵漏的效果。而水溶性聚氨酯灌漿材料，具有良好的親水性，漿液遇水后即分散乳化，快速凝膠固結(jié)，其固結(jié)體為彈性體，遇水可二次膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙生功能，特別適合涌水、動(dòng)水作業(yè)面的防滲堵漏。采用水溶性聚氨酯進(jìn)行化學(xué)灌漿，一是工藝成熟，適宜帶水作業(yè)，灌漿堵漏效果可靠；二是施工簡(jiǎn)易，不會(huì)對(duì)現(xiàn)有工程運(yùn)行和供水任務(wù)造成影響；三是滲漏封堵作業(yè)面不大，施工成本可控。經(jīng)比選和研究，最終確定采用水溶性聚氨酯進(jìn)行化學(xué)灌漿堵漏處理。

3 化學(xué)灌漿堵漏施工

3.1 灌漿材料選擇

根據(jù)施工應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，選用HX—669型水溶性聚氨酯注漿液作為此次化學(xué)灌漿堵漏材料，其主要有以下特點(diǎn)：

(1)漿液遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡，立即進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成不透水的彈性膠狀固結(jié)體。

(2)反應(yīng)后形成的彈性膠狀固結(jié)體有良好的延伸性、彈性及抗?jié)B性、耐低溫性。

(3)與水混合后粘度小，可灌性好，固結(jié)體在水中浸泡對(duì)人體基本無(wú)害、無(wú)毒、無(wú)污染。

(4)漿液遇水反應(yīng)形成彈性固結(jié)體物質(zhì)的同時(shí)，釋放CO2氣體，借助氣體壓力，漿液可進(jìn)一步壓進(jìn)結(jié)構(gòu)的空隙，使多孔性結(jié)構(gòu)或孔隙能完全充填密實(shí)，具有二次滲透的特點(diǎn)。

(5)漿液的膨脹性好，包水量大，具有良好的親水性和可灌性，同時(shí)漿液的粘度、強(qiáng)度、固化速度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

HX—669型水溶性聚氨酯注漿液性能見(jiàn)表1。

表1 HX—669型水溶性聚氨酯注漿液性能表

3.2 施工準(zhǔn)備

(1)機(jī)械設(shè)備和人員。配備2臺(tái)套便攜式化學(xué)灌漿機(jī)，指定專業(yè)的灌漿施工人員操作。

(2)材料及試驗(yàn)。施工前對(duì)采購(gòu)的化學(xué)灌漿材料進(jìn)行動(dòng)水條件下凝膠性能試驗(yàn)，根據(jù)作業(yè)面漏水情況，初步擬定灌漿壓力。

(3)施工技術(shù)方案。制定施工技術(shù)方案和操作要求，做好現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)及文明施工等準(zhǔn)備工作。

3.3 灌漿堵漏施工

(1)作業(yè)面清理。鑿除原封堵混凝土表面析出物，沖洗干凈，在拱頂滲漏水集中的位置鉆孔布置3處排水孔，將滲漏水集中引排。

(2)鉆孔。沿隧洞原襯砌城門型斷面布置灌漿孔，鉆頭直徑14mm(采用12mm灌漿管)，孔深20cm，孔距30cm，孔中心距洞壁10cm，鉆孔采用斜孔，孔與原隧洞洞壁接觸面形成450～700的斜角，斜穿原洞壁接觸縫。在頂拱中心線120度角范圍，距頂排灌漿孔20cm的位置，加密布設(shè)一排灌漿孔，呈梅花型布置，孔深20cm，孔距30cm，灌漿孔布置如圖1所示。

圖1 灌漿孔布置圖

(3)清孔。采用風(fēng)水結(jié)合沖洗，清除灌漿孔內(nèi)殘留的渣料和粉塵。

(4)埋管及封縫。將灌漿管固定在孔內(nèi)，采用快速堵漏劑進(jìn)行孔口封縫。對(duì)原混凝土封堵表面有裂隙或滲水的位置進(jìn)行清表，鑿除浮渣，采用快速堵漏劑進(jìn)行臨時(shí)性嵌縫堵漏處理，防止跑漿。

(5)壓水檢查。待強(qiáng)度滿足要求后，進(jìn)行壓水檢查，如嵌縫或灌漿管(嘴)位置仍有滲水、透氣或脫落現(xiàn)象，則重新處理。

(6)灌漿。接入灌漿管和灌漿機(jī)，開始灌漿。①配漿。將配備好的漿液倒入壓漿泵，壓緊泵蓋，杜絕水氣進(jìn)入泵內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，保持漿液良好流動(dòng)性。②灌漿順序。遵循先下后上，由兩端向中間集中的原則，采取分序錯(cuò)管的灌漿方式，從洞壁兩側(cè)底部開始向頂拱集中，最后進(jìn)行頂拱漏水灌漿處理。③灌漿壓力。以略大于漏水水頭壓力或孔內(nèi)停止進(jìn)漿為控制標(biāo)準(zhǔn)。

(7)灌漿作業(yè)要點(diǎn)及實(shí)施情況。灌漿過(guò)程中，采取“壓(力)快降快壓，壓(力)慢降慢壓”的操作模式。剛開灌時(shí)，孔內(nèi)占漿量較大，灌漿壓力較小，回落較快時(shí)，反映灌漿通道順暢，則快速壓漿，加大進(jìn)漿流量，以利于“以漿趕水”，增加漿體密實(shí)度；而當(dāng)灌漿壓力漸漸增大，回落較慢時(shí)，此時(shí)漿液行走不暢，為減小沿程和局部阻力，適當(dāng)加大壓力并慢壓，減低行漿速度，讓漿液擴(kuò)大行漿半徑，填充周邊空隙。

洞壁兩側(cè)灌漿孔的進(jìn)漿量較小，灌漿順利。頂拱位置剛開始灌注時(shí)暢通性較好，灌注一段時(shí)間后，原預(yù)埋排水管開始出現(xiàn)少量淡黃色渾水現(xiàn)象，部分聚氨酯漿材未能及時(shí)凝膠而被水流帶出。針對(duì)此情況，現(xiàn)場(chǎng)采取措施進(jìn)行調(diào)整控制：一是當(dāng)鄰孔或排水管出濃漿時(shí)，封閉鄰孔或排水管；二是逐步加大灌漿壓力，找到合理的灌漿壓力控制點(diǎn)，保證灌漿壓力略大于漏水水頭壓力，以便于漿液能夠順利進(jìn)入漏水通道，也要防止壓力過(guò)大而使?jié){液稀釋分散無(wú)法凝膠或凝膠效果不佳；三是對(duì)排水管周邊的灌漿孔，采取輪動(dòng)式的灌注方式，盡量讓漿液從不同方位填充整個(gè)滲漏通道并凝膠發(fā)生作用。

(8)灌漿結(jié)束。洞壁兩側(cè)的灌漿孔進(jìn)漿效果一般，持續(xù)灌注一段時(shí)間，當(dāng)該孔位不再進(jìn)漿，保持一定灌漿壓力，繼續(xù)灌注3～5min后結(jié)束該孔灌漿；若串孔冒漿，則封閉出漿管，適當(dāng)加大壓力繼續(xù)壓漿，不再進(jìn)漿后，保壓灌注3～5min后結(jié)束，移至下一序孔繼續(xù)灌注。

拱頂段以堵漏為主，當(dāng)鄰孔或排水管出濃漿時(shí)，封閉鄰孔或排水管，繼續(xù)壓漿，直至該孔位進(jìn)漿量很小或不再進(jìn)漿，移至旁邊灌漿孔輪流多次灌注，直至拱頂段所有灌漿孔都不再進(jìn)漿。

灌漿作業(yè)從早上9時(shí)開始，至下午16時(shí)結(jié)束，前后持續(xù)約7h，灌漿總量約60L。灌漿結(jié)束后，仔細(xì)檢查作業(yè)面，混凝土表面還有些潮濕外，整個(gè)塊石混凝土封堵面不再有明顯滲水跡象，灌漿堵漏取得了初步成效。隨后清除混凝土表面滲出凝膠及灌漿管，再用環(huán)氧砂漿進(jìn)行掃平抹面修復(fù)，順利結(jié)束此次灌漿堵漏施工。

3.4 灌漿效果

此次化學(xué)灌漿于2010年7月26日實(shí)施，當(dāng)時(shí)庫(kù)水位61.89m，至2010年9月底，最高庫(kù)水位達(dá)73.22m(正常庫(kù)水位74m)，在此期間，庫(kù)水位持續(xù)上升，觀察原整個(gè)塊石混凝土封堵面，均不再發(fā)現(xiàn)滲漏或復(fù)漏現(xiàn)象，灌漿堵漏取得了良好成效。

4 結(jié)語(yǔ)

水利水電工程的導(dǎo)流洞或輸水隧道支洞封堵段(俗稱“堵頭”)，往往由于施工不當(dāng)造成封堵不實(shí)、灌漿不到位，或運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致收縮變形等原因而出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，一旦堵頭發(fā)生滲漏，一般無(wú)法到達(dá)上游封堵面，只能從下游進(jìn)行堵漏加固，處理難度較大，常規(guī)的水泥灌漿堵漏效果不宜保證。此次化學(xué)灌漿堵漏施工，一是認(rèn)真分析找出滲漏原因，在此基礎(chǔ)上確定科學(xué)的堵漏方案，選用合適的化學(xué)灌漿堵漏材料；二是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適時(shí)調(diào)整灌漿工藝，精確把握灌漿壓力，保證了灌漿堵漏效果，其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考借鑒。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，可采用水溶性與油溶性聚氨酯注漿液按一定比例混合使用，根據(jù)需要調(diào)節(jié)漿液的粘度、膠凝固化時(shí)間等，提高灌漿后作業(yè)面的抗?jié)B性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)其抗壓抗拉強(qiáng)度，進(jìn)一步的優(yōu)化灌漿效果。