引水隧洞回填灌漿和固結(jié)灌漿施工工藝

譚熠南，宋尚鑫

(1.云南省滇中引水工程建設(shè)管理局昆明分局，云南 昆明 650000；2.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650000)

1 工程實(shí)例

某引水工程項(xiàng)目的各項(xiàng)建設(shè)數(shù)據(jù)如下：引水隧洞內(nèi)直徑為6.8 m，隧洞總長(zhǎng)度約為5 410 m，計(jì)劃最大輸水流量為126.9 m3/s，襯砌材料選取鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度設(shè)計(jì)在50～80 cm。此項(xiàng)目的引0+000至引起0+920為擠壓破碎地段，地質(zhì)疏松，50%由黃黏土構(gòu)成，其余為破碎巖石，含有大量地下水。

2 灌漿材料和制漿

2.1 灌漿材料

引水隧洞工程的灌漿建筑材料最好選用質(zhì)量達(dá)標(biāo)且在使用期限之內(nèi)的硅酸鹽類(lèi)水泥。水泥中砂的直徑在2.5 mm之內(nèi)，細(xì)度模數(shù)≤2。在施工灌漿階段，若出現(xiàn)裂縫、溶洞或者斷層現(xiàn)象，且在灌漿后壓力值依舊低于預(yù)期壓力，則將等級(jí)≥二級(jí)的粉煤灰與水泥漿混合，作為灌漿的原材料進(jìn)行灌注，或?qū)⑺酀{換成水泥砂漿進(jìn)行灌漿施工，注漿用水應(yīng)符合混凝土攪拌用水標(biāo)準(zhǔn)。表1為一般情況下的灌漿施工設(shè)備表。

表1 回填和固結(jié)灌漿施工設(shè)備

2.2 制 漿

制漿是灌漿項(xiàng)目中最基礎(chǔ)也最為重要的環(huán)節(jié)，一般情況下，施工單位會(huì)選擇集中制漿法，水與水泥灰的比例確定為1∶2，同時(shí)將水泥漿流速限制在1.4～2 m/s，待水泥漿混合均勻后即可投入施工。建筑水泥的重量要稱(chēng)重，誤差控制在5%以?xún)?nèi)。也要嚴(yán)格把控泥漿混合攪拌的時(shí)間，普通攪拌機(jī)攪拌需>3 min；高速攪拌機(jī)需>30 s。并且泥漿應(yīng)在過(guò)篩后4 h內(nèi)灌注完成。

3 回填灌漿

在水電站工程二期支護(hù)混凝土的建設(shè)強(qiáng)度超過(guò)70%方可開(kāi)展回填灌漿，計(jì)劃施工兩次，第一次施工與第二次施工時(shí)間間隔2 d。

3.1 造 孔

工程回填造孔項(xiàng)目應(yīng)選用YT-28氣腿式鑿巖機(jī)，將終孔的直徑控制在3.8 cm以上。每一個(gè)灌漿區(qū)域的造孔工程按照順序進(jìn)行，通常情況下先實(shí)施Ⅰ序孔的造孔工作，待48 h后實(shí)施Ⅱ序孔的造孔，同時(shí)施工灌漿區(qū)域的兩側(cè)建造封堵孔，保證造孔項(xiàng)目順利進(jìn)行。同時(shí)，運(yùn)用鉆孔直徑為5 cm的鉆頭清理多余的聚氯乙烯材料，盡可能保證孔位與預(yù)留孔位一致，若孔位有偏差，則在該位置周?chē)?0 cm再次造孔。Ⅰ序與Ⅱ序鉆孔一定要符合規(guī)范要求，保證造孔深度滿足工程計(jì)劃造孔深度。

3.2 灌 漿

1)灌漿壓力。Ⅰ序孔灌漿壓力為0.2～0.4 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力為0.4～0.6 MPa。實(shí)際施工過(guò)程中，技術(shù)操作人員根據(jù)灌漿的實(shí)際情況適當(dāng)分級(jí)調(diào)整灌漿壓力，并且升壓值不超過(guò)0.03 MPa。同時(shí)在施工過(guò)程中時(shí)刻觀察壓力表數(shù)值變化，確保施工質(zhì)量[1]。

2)漿液配比。Ⅰ序孔水灰比值為2∶1，Ⅱ序孔的水灰比值可選用4∶5或者2∶1，若在引水隧洞回填灌漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)溶蝕空腔等問(wèn)題，操作人員必須馬上將灌漿材料換成水泥砂漿。

3)回填灌漿方式及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。引水隧洞回填灌漿選取等高雙孔并聯(lián)灌注法，即由地形較高處灌注水泥漿液，水泥漿灌注到一定量時(shí)改由高處向低處灌漿，由此反復(fù)幾次，直到灌漿工作結(jié)束。此外，每個(gè)灌注區(qū)的灌漿工作可以在同孔序造孔或者分序孔造孔時(shí)灌注。

回填灌漿的壓力值到達(dá)預(yù)期壓力值時(shí)穩(wěn)壓5 min，然后停止。對(duì)于Ⅰ序孔與Ⅱ序孔施工過(guò)程中的竄漿問(wèn)題，處理方式有所不同。前者應(yīng)及時(shí)封閉造孔并停止灌漿工作；后者則封閉竄漿空洞，隨后清理造孔，按照常規(guī)程序繼續(xù)灌漿工作。

4 固結(jié)灌漿

在引水隧道工程二次襯砌混凝土的建設(shè)強(qiáng)度超過(guò)70%時(shí)進(jìn)行固結(jié)灌漿工作，并且固結(jié)灌漿工作在回填灌漿工作完成后的7 d開(kāi)始施工。

4.1 造 孔

工程回填造孔項(xiàng)目應(yīng)選用YT-28氣腿式鑿巖機(jī)，將終孔的直徑控制在3.8 cm以外。造孔位點(diǎn)要精確，與預(yù)期孔位的誤差≤10 cm，角度誤差≤5°，造孔深度偏差≤20 cm。在造孔過(guò)程中為了確保工程質(zhì)量，減少人力、物力的不必要損耗，需在每一階段查驗(yàn)孔位的方位角、造孔深度以及造孔傾斜度，及時(shí)改正失誤，保證工程進(jìn)度與工程質(zhì)量。同時(shí)嚴(yán)格按照工程順序進(jìn)行施工，在造孔工程出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)真研究，制定并采取科學(xué)的應(yīng)對(duì)辦法，及時(shí)解決問(wèn)題。最后選用木塞堵住孔口，確?？锥春笃诘恼Ｊ褂肹2]。

4.2 洗孔和裂隙沖洗

1)在引水隧道回填灌漿工作實(shí)施前對(duì)孔洞進(jìn)行10 min以上的敞開(kāi)式清洗，清洗裂縫的水壓控制在1 MPa以?xún)?nèi)，且壓力值不得超過(guò)灌漿壓力的80%。鉆孔清洗應(yīng)<0.5 h，并且在清洗出現(xiàn)清水的10 min后結(jié)束沖洗。對(duì)于地質(zhì)條件較差的部位采取高壓風(fēng)方式清理，嚴(yán)格控制風(fēng)壓在0.5 MPa以下，且不超過(guò)灌漿壓力的50%。

2)引水隧洞的固結(jié)灌漿工程需在鉆孔沖洗結(jié)束后的1 d內(nèi)進(jìn)行，若超出此時(shí)段則再次沖洗后方可實(shí)施固結(jié)灌漿工作。

3)洗孔時(shí)如果發(fā)生竄孔或圍巖裂縫問(wèn)題，減小清洗水壓。若洗孔1 h以后返水依然不是清水，應(yīng)立即暫停洗孔工作，找出并解決引起此現(xiàn)象的問(wèn)題。

4)洗孔與裂縫清洗工作應(yīng)在鄰近孔灌漿完畢后的24 h以后進(jìn)行。

4.3 壓水試驗(yàn)

固結(jié)灌漿項(xiàng)目實(shí)施前進(jìn)行鉆孔的單點(diǎn)式壓水試驗(yàn)。選擇總孔數(shù)的5%的具有一定參考價(jià)值的鉆孔，選擇<1 MPa且大于預(yù)期灌漿壓力50%的水壓進(jìn)行測(cè)試，待水壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后保持水壓穩(wěn)定，每5 min記錄一次流量數(shù)值，試驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)時(shí)結(jié)束試驗(yàn)，并使用最終流量值計(jì)算與分析流量。

4.4 灌 漿

4.4.1 灌漿壓力

一般情況下，引水隧洞漸變段的灌漿預(yù)期壓力應(yīng)為0.5 MPa，其他段標(biāo)準(zhǔn)如下：Ⅲ類(lèi)圍巖1 MPa，Ⅳ類(lèi)圍巖1～1.5 MPa進(jìn)行，Ⅴ類(lèi)圍巖(擠壓破碎帶)0.5～1 MPa，表2為分段灌漿壓力控制表。

表2 擠壓破碎帶灌漿壓力值

最終的灌漿壓力需根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)選擇，灌漿壓力的最大值為圍巖變形0.2 mm時(shí)所達(dá)到的灌漿壓力；如若圍巖變形超過(guò)0.2 mm，灌漿壓力依舊沒(méi)有達(dá)到預(yù)值，則停止增加灌漿壓力。

4.4.2 漿液配比

灌漿所用的水泥漿濃度需要從小到大進(jìn)行試驗(yàn)。擠壓破碎帶的灌漿漿液水灰比值有多種選擇，分別為1∶1、4∶5、1∶2；非擠壓破碎帶灌漿漿液水灰比可為2∶1、1∶1、4∶5、2∶1。

4.4.3 漿液變漿原則

1)當(dāng)水泥漿灌注速率下降壓力值無(wú)變化或者水泥漿灌注速率無(wú)變化而壓力值卻上升時(shí)，水灰比值應(yīng)保持恒定。

2)當(dāng)漿液按照一定的水灰比值進(jìn)行配制，且灌注量超過(guò)300 L、灌注時(shí)間超過(guò)30 min，但灌漿壓力值與灌漿灌注速率沒(méi)有較大變化時(shí)，可以加大水泥漿的水灰比例；當(dāng)灌漿速率超過(guò)30 L/min時(shí)可以適當(dāng)提高漿液濃度。

3)當(dāng)漿液的水灰比值達(dá)到最大，灌漿速率基本維持不變時(shí)，可使用間歇性灌漿的方式進(jìn)行灌注。

4)水泥漿濃度變化后，灌漿壓力明顯升高或灌漿速率明顯降低，需要檢查并解決工程中出現(xiàn)的問(wèn)題。

4.4.4 固結(jié)灌漿方式及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

固結(jié)灌漿需要嚴(yán)格遵循施工順序進(jìn)行。在同一灌注區(qū)域之內(nèi)，Ⅱ序孔的施工工作必須在Ⅰ序孔工作完全結(jié)束后進(jìn)行。并且，引水隧洞固結(jié)灌漿工程需使用單孔灌漿法進(jìn)行灌漿，其中，非擠壓破碎段使用全孔一次性灌漿技術(shù)，擠壓破碎段使用序間循環(huán)分段灌漿技術(shù)，第一段長(zhǎng)度為2 m，第二段長(zhǎng)度為4 m。在固結(jié)灌漿施工時(shí)，要求技術(shù)人員實(shí)時(shí)觀察襯砌混凝土的變形情況，并記錄與分析觀測(cè)所得數(shù)據(jù)，混凝土襯砌變形量超過(guò)0.2 mm時(shí)，立刻降低灌漿壓力。當(dāng)灌漿壓力達(dá)到預(yù)期最大值且灌注速率不超過(guò)1 L/min時(shí)，固結(jié)灌漿工作應(yīng)在灌注開(kāi)始后30 min時(shí)停止。

4.5 封 孔

灌漿工作完成后對(duì)部分鉆孔進(jìn)行封孔，其中孔口向下與有涌水的孔使用全空灌漿法封孔，其他孔則使用導(dǎo)管注漿法進(jìn)行封孔。封孔采用干硬性水泥砂漿封閉孔口。導(dǎo)管注漿封孔法：在造孔的底端插入專(zhuān)用導(dǎo)管，通過(guò)該導(dǎo)管向孔內(nèi)灌注濃度為50%的漿液，使得浮漿與污水排出造孔；全孔灌漿封孔法：在造孔的底端插入專(zhuān)用導(dǎo)管，通過(guò)該導(dǎo)管向孔內(nèi)灌注水灰比值為2∶1的水泥漿，將灌漿塞完全置于鉆孔之中，使用最大壓力值對(duì)孔口進(jìn)行灌漿封孔。

4.6 特殊情況處理

1)如因故中斷灌漿應(yīng)盡快處理，盡快恢復(fù)施工。如果中斷時(shí)間超過(guò)30 min，則應(yīng)使用濃度大于水灰比2∶1的稀水泥漿打孔；如洗后無(wú)明顯效果則應(yīng)掃孔。若恢復(fù)注漿后注入量大幅降低，且短時(shí)間內(nèi)不再吸收注漿，則視為注漿不合格，查明原因后采取相應(yīng)措施進(jìn)行補(bǔ)救[3]。

2)注漿作業(yè)中如發(fā)現(xiàn)注漿或注漿，可采取封堵面、嵌縫、降低注漿壓力、增加注漿濃度等方法處理。

3)出現(xiàn)油泥的處理措施：立即停止鈍孔鉆進(jìn)作業(yè)；當(dāng)污泥量不大時(shí)將濃度高于水灰比2∶1的稀水泥漿注入鈍孔，使水泥漿不會(huì)填滿鉆孔；注漿量大時(shí)可在開(kāi)孔的同時(shí)進(jìn)行注漿。否則，竄孔將被軟木塞嚴(yán)密密封。灌漿作業(yè)完成后再次掃走竄孔、打孔、鉆孔和灌漿。

4)注漿時(shí)應(yīng)定期測(cè)量水泥漿比重，在注漿結(jié)束時(shí)也應(yīng)測(cè)量水泥漿比重，并做好注漿記錄。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，合理科學(xué)地應(yīng)用隧洞回填灌漿與固結(jié)灌漿技術(shù)可以在一定程度上降低工程建設(shè)成本，有效防止隧洞施工過(guò)程的涌突水風(fēng)險(xiǎn)，提高工程效率，保障引水隧洞的整體工程質(zhì)量，確保工程建成后的正常使用。

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