淺談水工隧洞施工中灌漿技術(shù)的應(yīng)用

王娟 趙雙要

黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，中國·河南 洛陽 471000

1 引言

水工隧洞的灌漿是從壩基基礎(chǔ)灌漿技術(shù)中演化而來的，灌漿技術(shù)在隧洞的使用中雖然和大壩灌漿有很多區(qū)別，但基本原理和目的都是相同的，都是通過機械產(chǎn)生的壓力將灌漿材料注入巖體的裂隙中，以達到加固圍巖，改善圍巖和混凝土的受力結(jié)構(gòu)，提高巖體的承載能力。

2 工程概況

中國青海省玉樹州某水電站建前工程導(dǎo)流洞項目，該水電站位于瀾滄江干流（扎曲）的一級支流子曲河上，工程等級確定為Ⅱ等大型工程。導(dǎo)流洞項目位于壩址右岸山體中，地貌類型為中高山峽谷區(qū)；導(dǎo)流洞設(shè)計洞室為城門型無壓洞，洞徑5.5m×7.0m（寬×高），隧洞縱坡i=7.5 ∶1000，坡降起點高程3900.50m，隧洞出口底板高程為3896.0m。

3 灌漿工藝

3.1 類序

當在同一個部位做2 種或者2 種以上灌漿的時候，要盡量做好為下一個灌漿去創(chuàng)造有利的條件。設(shè)計時，灌漿施工的順序應(yīng)為：頂拱回填灌漿—巖石固結(jié)灌漿—帷幕灌漿—鋼襯接觸灌漿。

3.2 排序

因為本隧洞基巖的圍巖是基本穩(wěn)定的，且隧洞混凝土襯砌的工作已結(jié)束，回填及固結(jié)灌漿的面積比較大，為確保灌漿時的排氣排水。灌漿方案應(yīng)從隧洞的兩頭向中間逐排進行，這樣既解決排氣排水問題，又保證了規(guī)定灌漿壓力下，隧洞的頂部空腔及巖石裂隙灌漿充分的要求[1]。

3.3 工序

一般來講，每一個灌漿孔或者灌漿段的工序安排都是：鉆孔—鉆孔沖洗—壓水試驗—灌漿—封孔。

3.4 分段

隧洞的固結(jié)灌漿孔深是3m，帷幕灌漿孔深是15m，因為固結(jié)灌漿孔比較淺，按照規(guī)范要求，只是在帷幕灌漿孔進行了一個自下而上分段的方法，先把一個灌漿孔鉆到設(shè)計的深度再采用“段頂堵塞法”，分段灌漿。

4 水工隧洞灌漿施工技術(shù)要點分析

該工程的施工現(xiàn)場為低山丘陵區(qū)，上覆山體的厚度較大，其主要形式為EW 向陡傾角張裂性斷裂，斷層節(jié)理充分發(fā)育。其地質(zhì)巖性主要為花崗巖，屬于燕山晚期范疇。隧道挖至0+517~0+595 節(jié)段時，巖石基本為碎塊，分布有大面積的軟弱面，地下水水位較高，且活動明顯，斷層帶伴有滴水現(xiàn)象。鑒于上述情況，技術(shù)人員決定進行灌漿施工，以提高掌子圍巖的穩(wěn)定性，保證施工的順利進行。下面以此工程為例，詳細闡述灌漿施工技術(shù)。

4.1 回填灌漿

4.1.1 回填灌漿鉆孔

對于鋼筋混凝土襯砌而言，應(yīng)在預(yù)埋管中鉆孔，孔徑要求為大于38.5mm，孔深要求深入巖石約12.0cm，對混凝土的空腔尺寸和厚度等重要參數(shù)進行嚴格測記。頂拱回填灌漿采用分段進行的方法，單段長度應(yīng)小于45.0m，對端部進行封堵處理?；靥罟酀{的施工順序為先從低端開始，逐漸向高端推進[2]。

4.1.2 回填灌漿壓力

回填灌漿分一序孔和二序孔兩類，其灌漿壓力各不相同。其中，一序孔允許灌入水泥漿的水灰比要求為0.5 ∶1；二序孔為1 ∶1。對于空隙比較大的部位，一、二序孔均可灌注水泥砂漿，所摻雜的砂量應(yīng)小于水泥本身質(zhì)量的200%。根據(jù)混凝土的襯砌厚度和配筋情況合理確定回填灌漿的壓力，素混凝土襯砌的回填灌漿壓力要求控制在0.2~0.3MPa，而鋼筋混凝土襯砌則需要加大至0.3~0.5MPa。在設(shè)計的回填灌漿壓力下停止吸漿，繼而持續(xù)灌注10min 即可結(jié)束。在灌漿施工中，該工程曾發(fā)生過串漿問題，技術(shù)人員根據(jù)實際情況，采取群孔并聯(lián)灌孔的方法灌注，孔數(shù)為3 個，嚴格控制了灌漿的壓力和速度，避免了因壓力過大或速度過快而導(dǎo)致混凝土面出現(xiàn)抬動，進而影響施工質(zhì)量。

4.1.3 質(zhì)量檢查

該工程完成灌漿后約一周內(nèi)進行質(zhì)量檢查，合理布置檢查孔，主要選定3 個位置：脫空較大的部位、串漿孔集中的部位和灌漿情況異常的部位。所設(shè)置的檢查孔數(shù)量約為灌漿孔總量的5.0%。采用鉆孔注漿法進行回填灌漿質(zhì)量檢量，將水灰比為2 ∶1 的水泥漿液注入孔內(nèi)，并保證壓力值穩(wěn)定。在初始的10min 之內(nèi)，注入量不得超過12L，隨后可逐漸加快注入速度。確認合格后，采用水泥砂漿對鉆孔進行封填處理，并對孔口進行壓實抹平。

4.2 固結(jié)灌漿

4.2.1 固結(jié)灌漿鉆孔

該工程采用風(fēng)鉆進行鉆孔作業(yè)。經(jīng)過測量，終孔的直徑為41.5mm，各項參數(shù)均滿足相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，平面布孔形式為方格形。完成鉆孔作業(yè)后及時進行了清孔處理，將孔內(nèi)的鉆渣、巖粉等雜質(zhì)全部清除干凈。正式灌注前，采用壓力水對裂隙進行沖洗，直至回水不夾帶雜質(zhì)為止。一般而言，沖洗的壓力應(yīng)控制在灌漿壓力的75%~80%，如果該數(shù)值大于1.0MPa，則直接將1.0MPa 作為沖洗壓力值。固結(jié)灌漿時，需要遵循“環(huán)間分序”“環(huán)內(nèi)加密”的雙重原則，對于地質(zhì)情況不理想的地段而言，其加密要求更高[3]。

4.2.2 固結(jié)灌漿壓力

該工程采用單孔固結(jié)灌漿法，對于注入量較低的地段，在同一環(huán)上可進行并聯(lián)灌漿施工，灌漿孔以2 個為最佳，并保持孔位的對稱。灌漿壓力控制在0.5~1.3MPa 即可。如果固結(jié)灌漿的壓力大于2.5MPa，則應(yīng)分段灌注。同時，根據(jù)現(xiàn)場灌漿的試驗，合理確定灌漿段劃分、灌漿工藝選用等方面的具體內(nèi)容。在正式灌漿的過程中，必須確保在最短時間內(nèi)達到預(yù)定的壓力值，灌漿應(yīng)連續(xù)進行，不允許間斷。遵循“由稀至濃”的原則進行漿液變換，在漿液注入量達到280L 以上且連續(xù)灌注時間大于25min 的前提下，需要逐漸降低漿液的濃度。此外，如果灌漿吸漿量小于0.3L/min，則需要采用機械壓漿法進行封孔處理。需要注意的是，在灌漿中，如果回漿變濃，則建議改用水灰比完全一致的新漿繼續(xù)灌注，延續(xù)時間為25min。

4.2.3 質(zhì)量檢查

固結(jié)灌漿的質(zhì)量檢查以孔壓水試驗為主，灌漿完成5d后可進行壓水試驗。嚴格控制檢查孔的數(shù)量，要求控制在灌漿孔的5%左右。同時，孔段合格率大于85%、透水率值要求小于30%、處于分散狀態(tài)時，可認定灌漿合格，可落實后續(xù)的養(yǎng)護措施。完成質(zhì)量檢驗后，需要將孔內(nèi)的積水和污物等全部排出，采用壓力灌漿法進行封孔處理，隨后再采用機械法抹平孔口。

4.3 帷幕灌漿

一般情況下，水工隧洞是不設(shè)帷幕灌漿的，因為本隧洞是處在壩基下49m，而且軸線與大壩的軸線是相交的，所以為了加強大壩的基礎(chǔ)帷幕灌漿，在洞內(nèi)增設(shè)帷幕灌漿，達到降低滲漏的損失和保持穩(wěn)定之目的。與固結(jié)灌漿相比較，隧洞的帷幕灌漿原理和固結(jié)灌漿是基本相同的，有些具體指標要求不區(qū)別，文中不再贅述。

4.4 接觸灌漿

隧洞的0+217 至0+237 段是鋼襯段，采用接觸灌漿是為了彌補混凝土與鋼構(gòu)件間的空隙。因為頂部的鋼襯管與巖石間空隙已通過回填灌漿彌補過。所以，主要是通過接觸灌漿來解決鋼襯管和兩側(cè)的混凝土結(jié)合不緊的脫空區(qū)。如果澆筑的混凝土質(zhì)量比較好或者比較小的脫空區(qū)，可以不做接觸灌漿。

4.4.1 鉆孔和灌漿

灌漿之前要用風(fēng)來檢查縫隙的串通，吹除掉空隙內(nèi)的水和污物。要注意的是，風(fēng)壓要小于灌漿的壓力，為了使鋼襯不變形，灌漿的壓力一般不能大于0.1MPa，灌漿規(guī)范規(guī)定的漿液水灰比0.8 ∶1、0.5 ∶1 兩個比級。為了保證灌漿的質(zhì)量，應(yīng)該盡量地灌注濃度較高的漿液，適當?shù)臅r候可以加入適量的減水劑。灌漿次序應(yīng)該先由低孔開始，從高處孔排出濃漿以后，再依次把孔口的閥門關(guān)閉。在設(shè)計規(guī)定的壓力情況下，灌漿孔停止吸漿后，再延續(xù)灌注5 分鐘便可結(jié)束。

4.4.2 質(zhì)量檢查

灌漿結(jié)束以后7 天后通過錘擊來檢查脫空區(qū)面積有沒有滿足到設(shè)計的要求。

5 結(jié)語

水工隧洞灌漿是由壩基的基礎(chǔ)灌漿演變來的，在隧洞使用中，雖然灌漿技術(shù)與大壩灌漿有許多的區(qū)別，但是基本原理及目的是相同的，都是要通過機械來產(chǎn)生壓力把灌漿的材料注到巖體裂隙中，達到圍巖加固，繼而改善混凝土和圍巖的受力結(jié)構(gòu)，以提高巖體的承載能力的目的。