大斷面高邊墻洞室群灌漿施工技術

方善新，鄭 勇，羅仲列

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

1 工程概述

白鶴灘水電站左岸導流隧洞工程共布置了三條導流隧洞，洞軸線平均長度為1794．59m，其中1#導 流 隧 洞 長 2007．63m、2#導 流 隧 洞長 1791．31m、3#導流隧洞長1584．82m，襯砌凈空尺寸為17．5m×22m(寬×高)，其中邊墻高度為12．56m，頂拱高度為4．94m。由于邊墻高度高，局部洞段圍巖穩(wěn)定性差及滲水問題，給施工帶來了巨大的困難。

2 白鶴灘水電站左岸導流隧洞灌漿施工特點分析

2．1 工程特點

(1)地質(zhì)條件:導流隧洞沿線巖體為單斜巖層，巖性 P2β22、P2β32、P2β3、P2β14、P2β24層杏仁玄武巖、隱晶～微晶玄武巖夾角礫熔巖和凝灰?guī)r等，其中 P2β3層的 P2β23、P2β33層發(fā)育柱狀節(jié)理玄武巖，P2β23層主要為第二類柱狀節(jié)理玄武巖，P2β33層主要為第一類柱狀節(jié)理玄武巖，P2β2層頂部的P2β42為厚0．3 ～1．75m 的凝灰?guī)r，P2β3層頂部的 P2β63為厚0．01～1．3m的凝灰?guī)r，凝灰?guī)r巖質(zhì)軟弱，遇水易軟化。導流隧洞沿線巖體多新鮮堅硬，完整性較好，嵌合緊密，巖體多呈塊狀～次塊狀結構，地應力量值為中等～高，圍巖以Ⅱ～Ⅲ類為主。

(2)導流隧洞特性:導流隧洞具有隧洞長、地質(zhì)條件復雜(巖爆、錯動帶、巖層破碎)、斷面大、邊墻高、交通運輸困難等特性。

(3)鉆孔灌漿特性:鉆孔灌漿工程施工項目多，工程量大，施工強度高，投入資源多。

(4)施工組織特性:由于工期原因，導致鉆孔灌漿與導流隧洞襯砌交叉施工，施工干擾大，施工組織較為困難。

2．2 主要工程量

左岸導流隧洞灌漿工程量統(tǒng)計情況見表1。

表1 各類型灌漿工程量統(tǒng)計表

2．3 主要施工條件及技術指標

左岸1#、2#、3#導流隧洞全長 5383．76m，主要施工條件見表2。

白鶴灘水電站大斷面高邊墻隧洞灌漿施工技術參數(shù)見表3。

3 鉆灌材料及設備

3．1 灌漿施工用的水泥、水、砂和外加劑

(1)水泥:用于回填灌漿、固結灌漿的水泥強度等級不低于42．5MPa，而且所用水泥的細度通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。袋裝水泥的出廠日期不超過3個月，散裝水泥不超過6個月。

表2 各類型灌漿參數(shù)表

表3 固結灌漿壓力分布表

(2)用于攪制水泥漿的水中所含礦物質(zhì)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)中對拌制水工混凝土用水的要求，水溫不高于40℃。

(3)摻合料:在水泥漿液中摻入的砂、粘性土、粉煤灰和水玻璃等摻合料的質(zhì)量符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》DL/T5148-2012第3．1．6 條規(guī)定。

(4)外加劑:在施工過程中，可在水泥漿液中摻入速凝劑、減水劑、穩(wěn)定劑等質(zhì)量符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》DL/T5148-2012第3．1．7條中的規(guī)定，且所有能溶于水的外加劑均以水溶狀態(tài)加入。

3．2 鉆孔平臺

(1)頂拱回填灌漿:頂拱部位的回填灌漿采用吊車進行造孔灌漿，不占用灌漿施工直線工期。

(2)固結灌漿:針對導流隧洞固結灌漿工程量大、工期緊等特點，對于邊墻8m以下固結灌漿孔采用多臂鉆及自制8m簡易排架配合造孔及灌漿施工。對于邊墻8m以上及頂拱部位采用灌漿臺車進行造孔施工。每條導流洞配置4臺灌漿臺車，共12臺灌漿臺車，灌漿臺車長度為6m，兩邊及頂部采用排架搭設。將污水池及空壓機放置在臺車底部地梁兩側(cè)，底部平臺放置灌漿泵和記錄室，灌漿臺車設計情況如圖1所示。為提高工作進度，在導流洞襯砌鋼筋安裝完成后，改裝鋼筋臺車兼作灌漿臺車使用。

(3)帷幕灌漿:帷幕灌漿采用灌漿臺車進行鉆孔灌漿。

圖1 灌漿臺車設計圖

3．3 鉆孔及灌漿設備

(1)鉆孔設備:白鶴灘水電站左岸導流隧洞固結灌漿工程灌漿孔深分為4．5m、6m、9m三種。其中4．5m和6m孔采用手風鉆或圓盤鉆機造孔。9m孔主要采用圓盤鉆機造孔。帷幕灌漿采用圓盤鉆機(邊頂拱孔)及XY-2PC地質(zhì)鉆機(底板孔)造孔。

(2)灌漿設備:主要采用3SNS灌漿泵、ZJY-400型高速攪拌機，其有效容量為400L，拌制能力為400L/min。采用螺桿壓縮式角球灌漿塞(圖2)。該灌漿塞與采用的灌漿方法、灌漿壓力及地質(zhì)條件相適應，其膠塞具有良好的膨脹性和耐壓性能，在最大灌漿壓力下能可靠地封閉灌漿孔段，且易于安裝和拆除;內(nèi)外管均采用厚壁無縫鋼管，可滿足多種壓力下的卡塞要求。

圖2 灌漿塞示意圖

(3)灌漿自動記錄儀:采用灌漿設備自動記錄灌漿壓力、注入率和水灰比(或密度)等施工參數(shù)的三參數(shù)灌漿自動記錄儀，其性能具備以下要求:①灌漿自動記錄儀的流量和壓力精度達到1%，密度的精度達到5%。②灌漿自動記錄儀在溫度10℃～40℃，濕度不大于90%的環(huán)境下能長期穩(wěn)定工作。儀器本身具有較好的抗電磁干擾能力，儀器主機和傳輸線采取電磁屏蔽措施。③儀器具有較好的操作界面，方便操作，現(xiàn)場打印成果可以長期保存。④儀器可以自動記錄灌漿時的瞬時壓力和瞬時流速，同時可以打印出流量～時間、壓力～時間、比重～時間等關系曲線。

3．4 制漿系統(tǒng)

在2#洞內(nèi)0+440和1#洞內(nèi)1+600各布置一座小型自動化集中制漿站，負責供給1#、2#導流隧洞內(nèi)的施工用漿，在3#導流洞內(nèi)0+060．00樁號布置一座集中制漿站，負責3#導流洞內(nèi)的施工用漿。四周設置排水溝，站旁設廢漿及污水沉淀池。自動化制漿站占地面積為70m2，每個制漿站安置2個50t的水泥儲灰罐，存放散裝水泥50t，在其內(nèi)配備2套自動化制漿設備，制漿站制漿能力為14m3/h。

3．5 施工工藝

(1)鉆孔:灌漿孔施工時，在混凝土面上嚴禁亂開孔。襯砌混凝土施工時，根據(jù)灌漿孔位布置預埋灌漿管。后期造孔時，按預埋管路進行造孔，若埋管無法找到需重新開孔時，第一個孔的孔位由現(xiàn)場初、復檢指定，第二個孔的孔位由終檢指定，第三個及以上開孔由監(jiān)理工程師指定，對于廢孔，按照相關要求進行處理。鉆孔方向和孔深均滿足設計要求，灌漿孔或灌漿段在鉆進完成后，使用大水流或壓縮空氣沖洗鉆孔，排出孔內(nèi)的巖粉及泥渣。

(2)灌前壓水和裂隙沖洗:灌前進行簡易壓水結合裂隙沖洗進行，灌漿孔第一段和不分段灌注的孔的沖洗水壓力為灌漿壓力的80%且不大于0．3MPa，灌漿孔第二段沖洗水壓力為灌漿壓力的80%且不大于1MPa，沖洗時間為20min或至回水清凈時停止。

(3)灌漿壓力:如表4所示。

(4)灌漿水灰比:左岸導流隧洞固結灌漿堵頭上、下游段灌漿漿液采用 2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1(質(zhì)量比)四個比級，開灌水灰比為2∶1;堵頭段灌漿漿液采用 3∶1、2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1(質(zhì)量比)五個比級，開灌水灰比為3∶1。

表4 各孔深固結灌漿壓力分布表

(5)注入率與壓力控制:為控制混凝土抬動變形，對灌漿過程中的注入率和灌漿壓力進行了嚴格控制，注入率和灌漿壓力關系見表5。

表5 固結灌漿注入率和壓力關系參考表

(6)灌漿方式:①當灌漿壓力保持不變，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;②當某級漿液灌入量已達300 L以上或灌漿時間已大于30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時改濃一級水灰比;③當注入率達到30L/min時，根據(jù)具體情況越級變濃。

對于非柱狀節(jié)理段，采用純壓式灌漿法;對于柱狀節(jié)理段，采用循環(huán)式灌漿法;對于孔深入巖6 m的固結灌漿孔進行全孔一次灌注;孔深入巖9 m的固結灌漿孔均按3m、6m進行分段灌注，接觸段阻塞位置設在結合面并保證入巖20cm，第二段灌漿阻塞設在段頂以上50cm，灌漿塞膠球長度大于50～60cm。

(7)結束標準:固結灌漿在規(guī)定的壓力下，當注入率不大于1L/min時繼續(xù)灌注30min，灌漿即可結束。

(8)灌漿封孔:全孔灌漿工作完成后，必須及時封孔，封孔前排除孔內(nèi)稀漿，灌漿封孔采用0．5∶1的水泥漿液，進行“全孔灌漿封孔法”封孔，封孔壓力為設計灌漿壓力，栓塞底至孔口的脫空部位采用預縮砂漿回填、抹平。

3．6 特殊情況的處理

(1)當灌漿遇到大滲漏量時應及時分析原因。對于屬于正常灌漿的，采用低壓、限流、間歇、限量等方法進行處理，并將限流流量控制在20 L/min內(nèi);當單位注入量達到250kg/m時開始采用間歇灌注，每灌入400L間歇一次，間歇時間一般為10～20min;當單位注入量達到500kg/m時，注入率或壓力無明顯變化時進行待凝，待凝8～12h后掃孔復灌。

(2)竄漿的處理。適當?shù)卦鲩L相鄰兩個次序孔先后施工的間隔時間，待前一次序孔灌注的漿液基本上已經(jīng)凝固后，再開始后一次序孔的鉆灌工作，防止新灌入的漿液將前期已灌入到裂隙中的漿液結石沖開一條通路，由已灌的或其它鉆孔中竄出。

當竄漿孔為正在鉆進的鉆孔時應立即停鉆，在竄漿孔內(nèi)漏漿處以上的部位安設灌漿塞，堵塞嚴密，在灌漿孔中依據(jù)施工技術要求正常地進行灌漿，待灌漿結束后，竄漿孔間恢復正常鉆進。

若竄漿孔為待灌的灌漿孔時，最好是竄漿孔與灌漿孔同時進行灌漿，一臺灌漿泵灌注一個孔，但并聯(lián)灌漿孔不宜多于3個，否則，應塞住竄漿孔，待灌漿孔灌漿結束后，再對竄漿孔進行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進或灌漿。

(3)回漿變濃。回漿變濃一般是因為巖石裂隙細微所致，應換用相同水灰比的新漿進行灌注，亦可加水改稀。

(4)因故中斷處理時應盡快恢復灌漿，否則立即沖洗鉆孔后再恢復灌漿。若無法沖洗、沖洗無效、中斷超過30min時則需進行掃孔后再恢復灌漿。恢復灌漿時，使用開灌比級的水泥漿進行灌注，如注入率為中斷前90%以上，即可采用中斷前水泥漿的比級繼續(xù)灌注;如注入率為中斷前的70% ～90%，則應逐級加濃繼續(xù)灌注;如注入率小于中斷前的70%，且在短時間內(nèi)停止吸漿，則應重新開孔、灌漿。

3．7 質(zhì)量檢查

檢查孔采用單點法壓水，壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%且不大于1MPa。壓水穩(wěn)定標準為:在穩(wěn)定的壓力下，壓入流量連續(xù)四次讀數(shù)中最

式中 q為透水率，Lu;Q為壓入流量，L/min;P為作用在試段內(nèi)的全壓力，MPa;L為試段長度，m。

注:P=S1+S2。S1為壓力表指示壓力，MPa;S2為壓力表中心至壓力起算零線的水柱壓力，MPa;壓力起算零線的確定方法:① 當?shù)叵滤辉谠嚩我陨蠒r，壓力起算零線為地下水位線;②當?shù)叵滤辉谠嚩我韵聲r，壓力起算零線為通過試段中點的水平線;③ 當?shù)叵滤辉谠嚩我詢?nèi)時，壓力起算零線為通過地下水位以上試段中點的水平線。

4 結語

目前白鶴灘水電站導流隧洞灌漿工程已全部完工，根據(jù)現(xiàn)場實際灌漿效果看，邊墻及頂拱處沒有出現(xiàn)滲水情況，因此，依據(jù)上述方法進行的灌漿施工技術及施工順序、施工工藝是可行的并滿足工程要求。大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時，本階段試驗結束，取最后一次的流量值作為計算流量。其成果以透水率q表示，按式(1)計算。

［1］ 馬國彥，常真華 ．巖體灌漿排水錨固理論與實踐［M］．北京:中國水利水電出版社，2003．