化學灌漿在輸水隧洞滲漏處理中的運用

翁培龍

(福清市東張水庫管理局，福建 福清350301)

1 工程概況

1.1 工程布置

福清市位于福建省東部沿海，是閩江下游經(jīng)濟區(qū)最具活力的發(fā)展區(qū)域之一。但匱乏的水資源已成為限制當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的主要因素。為解決人民生產(chǎn)生活用水和經(jīng)濟快速發(fā)展的供水需求，福清市興建閩江調(diào)水工程。該工程曾被列為福建省十大“重中之重”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目之一。建設(shè)規(guī)模按引水流量10 m3/s設(shè)計，遠期考慮發(fā)展到15 m3/s。

其中一期工程，主要由峽南取水泵站樞紐工程、峽南調(diào)壓井至酒店輸水主干線(全23.17 km，其中隧洞21.11 km、洞徑4 m，Φ 2 000 mm雙線預應(yīng)力混凝土管道2.06 km)、新局調(diào)節(jié)水庫(庫容為33.5 萬m3)和酒店到巖兜輸水支線(全長8.56 km的隧洞，洞徑3 m)、酒店到龍高輸水支線(全長30.74 km，其中隧洞9.79 km，洞徑3 m，Φ 1 200 ～1 600 mm玻璃鋼管道20.95 km)所組成。

隧洞采用鋼筋混凝土(厚300 ～350 mm)、噴射混凝土(厚100 ～120 mm)襯砌及不襯砌3 種形式，其中鋼筋混凝土襯砌段約占25%，噴射混凝土襯砌段約占51%，不襯砌段約占24%。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)概況

福清市閩江調(diào)水工程輸水隧洞沿線地形以多山地、丘陵及山間盆地為主，地形地貌主要受新華廈構(gòu)造系的長樂—笏石斷裂帶的影響，山脈走向北北東—北東向，長樂—笏石斷裂帶西北側(cè)山勢稍高，一般高程在50 ～400 m。

隧洞穿越主要地層為侏羅紀上統(tǒng)南園組酸性火山巖，其巖性為淺灰色流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖，主要巖性為晶屑凝灰?guī)r、灰白色砂巖、泥巖夾一些砂巖。

以其中一個標段樟南隧洞工程為例，其主要斷層有F26、F33、F35、F37、F38、F39，其影響寬度約2 ～20 m，斷層走向與隧洞走線交角較大，多為張扭性，呈裂隙密集帶狀。

地下水受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、植被、氣象、水文等綜合因素制約［1］。主要有孔隙潛水、裂隙潛水及裂隙承壓水，它儲存于斷裂破碎帶和層間裂隙之中，單位吸水量≤0.01 L/min·m·m，地下水的補、逕、排因含水巖組及地貌類型的不同而不同，其水量大小由大氣降水的控制。

經(jīng)現(xiàn)場實測，在雨季掘進施工時整條隧洞最大滲漏量最高達620 m3/h，其它時段日常漏水量一般為480 m3/h。曾數(shù)度因水量大而迫使停工。

1.3 水泥注漿后仍然有少量滲透原因

根據(jù)出水點所處的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況，充分應(yīng)用水泥注漿堵水及加固地層的作用機理，可以堵住大部分水，把大水變成小水，因此采用“圍截注漿法”，即以出水點為中心，在一定范圍內(nèi)布孔口從外到里層層縮小包圍，對出水點進行圍截，最后集中堵水的注漿方法［2－3］。

但由于節(jié)理裂隙的三維發(fā)育及其復雜的聯(lián)系，欲想用水泥注漿方法完全堵住水是非常困難。經(jīng)水泥注漿處理后，還有部分水從別處較小的通道出來，但經(jīng)過較長的路徑，水壓力和水量自然會減小，這些少量的有壓水從薄弱混凝土、裂隙縫、施工縫和水泥灌漿嘴中滲流出來，也是在所難免。

2 使用材料簡介

針對不同的漏水情況，施工修補材料的選擇及材料性能如下:

2.1 丙乳砂漿

丙乳(丙烯酸酯共聚乳液)是一種高分子聚合物的水分散體，加入水泥砂漿后為聚合物水泥砂漿即丙乳砂漿。

它具有優(yōu)異的黏接、抗裂、抗凍、防滲、防腐、抗氯離子滲透、耐磨、耐老化等性能，適用于各類混凝土結(jié)構(gòu)的防滲、防腐護面和修補工程。可人工涂抹或機械噴涂，使用壽命同普通水泥砂漿，并適合潮濕面黏結(jié)，無毒，耐大氣老化。

主要性能指標如下(試驗試件的灰砂比1∶2，丙乳摻量為水泥用量27.5%)。其主要性能指標見表1。

表1 丙乳砂漿主要性能指標表

2.2 HLC—VII 防水堵漏劑

HLC—VII 防水堵漏劑是根據(jù)工程實際漏水問題而研制的，它采用無機、有機等多種原料研制而成，具有速凝、早強、抗?jié)B、適用性廣等特點。

其主要性能見表2。

表2 HLC—WII 防水堵漏劑主要性能指標表

2.3 PU4 水溶性聚氨酯灌漿材料

PU4 水溶性聚氨酯是異氰酸酯與水溶性聚醚合成而得的單組份灌漿材料。其遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡，立即進行聚合反應(yīng)。

聚合后的固結(jié)體有良好的延伸性、彈性、抗?jié)B性及耐低溫性。施工工藝簡單，不需要加熱，黏度小，可灌性好，且漿液滲透性強，由于遇水膨脹具有二次滲透作用，止水性好［4］。

漿液遇水發(fā)泡體積增大為2 ～5 倍。漿液對水質(zhì)適用性強，無污染。其主要性能指標見表3，PU4水溶性聚氨酯主要性能指標見表3。

2.4 PUI 彈性密封膏

PUI 彈性密封膏是一種聚氨酯彈性密封防水材料，由含異氰酸酯基的聚氨酯予聚體為甲組份和含多羥基化合物、助劑和填料的乙組分組成［4］。它具有優(yōu)異的耐水、耐熱穩(wěn)定性，抗凍(－45 ℃)及抗繞曲性能，是一種新型優(yōu)質(zhì)大壩鑲縫止水材料。經(jīng)工程應(yīng)用表明其施工工藝簡單，冷固化、液態(tài)施工、澆注入縫。其主要性能指標見表4。

表3 PU4 水溶性聚氨酯主要性能指標

表4 PUI 彈性密封膏主要性能指標表

3 配套機具及工藝流程

3.1 配套機具的優(yōu)缺點

配套的灌漿泵可采用攜帶式手搖灌漿泵，其優(yōu)點為體積小，便于攜帶，操作簡單，在復雜的環(huán)境中使用方便;缺點為不能適應(yīng)高壓力灌漿。

3.2 工藝流程

在施工中許多施工單位都采用一種自制的灌漿罐，這種罐制作簡單，可以用鋼板與水管三接通頭加工而成，使用起來也較方便，灌漿罐使用工藝流程(略)，灌漿罐結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 灌漿罐結(jié)構(gòu)示意圖

4 修補施工工藝

修補施工工藝包括水泥灌漿嘴及點滲處理工藝、施工縫滲水處理工藝和裂隙縫滲水處理工藝。

4.1 水泥灌漿嘴及點滲處理工藝

水泥灌漿嘴及點滲處理工藝主要有以下5 點:

1)將灌漿嘴或點滲處鑿成深5 ～8 cm，直徑10～12 cm的圓形弧并清洗干凈。

2)水泥砂子先干拌均勻，加堵漏劑攪拌至能施工，砂漿直接用瓦刀壓進圓形弧槽內(nèi)，并埋設(shè)灌漿嘴，堵壓密實后，還要壓住砂漿5 min左右。堵漏劑砂漿配比:

3)丙乳凈漿涂抹已做好的堵漏劑砂漿表面，以提高黏接力。丙乳凈漿配比為:

4)丙乳凈漿略干時，分層用丙乳砂漿抹平圓型孔，并用塑料長管套上灌漿嘴引流待灌漿。

5)2 ～3 d后在灌漿嘴固定砂漿有一定強度時進行灌漿，壓漿到灌漿嘴不再進漿時，迸漿10 min，然后扎牢灌漿嘴，2 ～3 d后拆除灌漿嘴，堵頭封好，表層再次用丙乳砂漿抹平。

4.2 施工縫滲水處理工藝

施工縫滲水處理工藝應(yīng)注意以下4 點:

1)找水源，沿施工縫走向鑿成深5 ～8 cm，寬10～12 cm的U 型槽，清洗槽面。

2)用堵漏劑砂漿封閉施工縫，同時沿縫用Φ10的塑料管預埋灌漿通道，待堵漏劑砂漿完全終凝時，抽出塑料管，通道兩端埋設(shè)灌漿嘴，并用塑料長管引流。

3)堵漏劑表面先抹丙乳砂漿，待略干時用丙乳砂漿抹平原U 型槽。

4)2 ～3 d后進行灌漿，從一端開始灌漿，當另一端水排完后并溢出漿料時，扎牢出漿口，繼續(xù)灌漿，待灌漿嘴不再進漿，迸漿10 min，扎牢灌漿嘴，幾天后拆除灌漿嘴，堵頭封好，表層再次用丙乳砂漿抹平。

4.3 裂隙縫滲水處理工藝

裂隙縫滲水處理工藝主要包括4 點:

1)將裂隙縫鑿成深8 ～10 cm，寬12 ～14 cm的U型槽，并清洗槽面。

2)縫槽用堵漏劑砂漿封閉，同時沿縫用Φ10 塑料管做灌漿通道，待堵漏劑砂漿未完全終凝時，抽出塑料管，通道兩端埋設(shè)灌漿嘴，并用塑料長管引流。堵漏劑表面先抹丙乳砂漿，待略干時用丙乳砂漿抹平原U 型槽。

3)丙乳砂漿達一定強度后，再次沿縫槽用Φ25塑料管及堵漏劑砂漿做灌注PUI 密封膏通道，待堵漏劑砂漿未完全終凝時，抽出塑料管，通道兩端埋設(shè)灌漿嘴，并用塑料長管引流。堵漏劑表面先涂抹丙乳凈漿，待略干時用丙乳砂漿分層抹平縫槽。

4)2 ～3 d后丙乳砂漿達一定強度時，開始灌漿，先灌PU4 水溶性聚氨酯，再灌入PUI 彈性密封膏。在灌漿嘴不再進漿時，迸漿10 min，然后扎牢灌漿嘴，幾天后拆除灌漿嘴，堵頭封好，表層再次用丙乳砂漿抹平。

5 丙乳砂漿配制技術(shù)要求及施工注意事項

丙乳砂漿配制技術(shù)要求及施工注意事項如下:

1)拌制丙乳砂漿，一般使用425#以上硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，砂需過2.5 mm篩孔，水泥砂子均需滿足有關(guān)規(guī)范規(guī)定。

2)施工時要求隧洞氣溫＞5 ℃，＜5 ℃不易施工。

3)用量根據(jù)現(xiàn)場水泥砂子及施工和易性要求通過試拌確定，一次攪拌量根據(jù)施工速度而定，要求拌好的砂漿在30 ～45 min內(nèi)用完。

4)拌合時先將水泥、砂子干拌均勻，然后加入試拌確定的丙乳量(以滿足施工和易性為準)，充分拌均勻、稱量準確、誤差控制為水泥1%，砂2%，丙乳1%，拌合時采用人工拌和，可穿膠鞋人工踩拌。

5)丙乳砂漿需加強養(yǎng)護，施工后待表面略干時就用噴霧養(yǎng)護，終凝后保濕養(yǎng)護7 d以上。

6)拌制密封膏首先把乙組份分層混合均勻，直至稠度一致的灰色流體，加入少量催化劑攪拌均勻，再加入甲組份，充分攪拌(一般拌合5 min左右)，然后在5 min時間內(nèi)灌注;密封膏配合比為甲組份∶ 乙組份∶ 催化劑=1∶5∶0.05(重量比)。

7)配料人員與施工人員保持緊密聯(lián)系，視施工情況變化及時調(diào)整配合比以保證施工質(zhì)量。

8)混凝土表面處理是關(guān)鍵，一定要將表面打粗糙和清洗干凈，確保灌漿加壓時丙乳砂漿與混凝土表面黏接。

9)根據(jù)水壓情況選擇灌漿壓力，一般選擇在0.4～0.6 MPa。

10)灌漿出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象時，要及時將情況告知技術(shù)人員進行處理并做好記錄。

11)所有施工機具都應(yīng)在施工前后清洗干凈，施工完畢后更要及時清洗。

6 灌漿效果

采用這種新材料以及新的修補工藝對輸水隧洞的滲漏全部進行處理，歷時三個多月，共處理大小滲漏達100 多處，堵水率達90%，整個隧洞已無大股漏水，只有個別處有零星滲水，已經(jīng)能夠滿足工程的需要。化學灌漿堵水情況見表5。

表5 表化學灌漿堵水情況匯總表

7 結(jié) 語

任何單一的堵水措施都難以達到完全令人滿意的效果，而應(yīng)當根據(jù)工程實際情況，采取綜合措施進行治理。

閩調(diào)隧洞堵水采取了分步走，多種方法綜合進行的灌漿方式，使各種灌漿更切合水文地質(zhì)條件和工程實際需要，做到因地制宜，有的放矢，使堵水及加固圍巖效果更好，這樣做可能在人工和工期方面消耗較大，但從社會、經(jīng)濟、工程等總體效益來看是劃算的。

水泥灌漿作為一種堵水的常用方法，兼有多種功能，尤其在克服隧洞大漏水以及加固圍巖方面具有安全、有效、長久的特點。

從目前看化學灌漿施工工藝簡單且快速止水，堵水效果好，所以在堵水措施方面化學灌漿應(yīng)是在水泥灌漿基礎(chǔ)上的一種輔助手段。

［1］鄭旺. 化學灌漿法在輸水隧洞滲漏處理中的應(yīng)用［J］. 福建建設(shè)科技，2003(01):47－48.

［2］吳立新. 高壓輸水隧洞滲漏的處理與思考［J］. 小水電，2009(03):67－68.

［3］熊錦民. 洋潮水庫電站有壓輸水隧洞滲漏的處理［J］. 小水電，2007(02):45－46.

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