淺談錦屏二級引水隧洞近岸坡巖溶洞段灌漿技術設計

單衛華 李德兵

【摘 要】在引水隧洞末端靠近近岸坡和地下廠房巖溶一般較發育，一旦揭露的巖溶連通性好，將引起大的內水外滲，甚至危及廠區樞紐邊坡的穩定性和地下廠房洞室群的運行安全，以及電量損失，后果嚴重。針對巖溶發育特點，固結灌漿技術設計（裸巖固結灌漿和襯后固結灌漿）在巖溶處理中起著關鍵作用，處理后效果達到設計要求，該方法所取得參數經驗對類似工程的巖溶處理有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】引水隧洞 巖溶處理 固結灌漿 技術

1 概況

錦屏二級水電站工程樞紐主要由首部低閘、引水系統、尾部地下廠房等永久性建筑物組成，為一低閘、長隧洞、大容量引水式電站。電站地處深山峽谷地區，地質條件復雜，工程規模巨大，技術難度高，尤其是四條長16.7Km、最大深埋2525m、開挖直徑12.4～13m的引水隧洞，其設計、施工技術水平處于世界前列，為世界最大規模水工隧洞。

在引水隧洞東端及廠房樞紐開挖施工中，陸續揭露出巖溶洞段。巖溶主要沿NWW向陡傾角結構面發育為主，并集中發育于距離岸坡近800m范圍內，尤其是近調壓室區域的斷層f7附近。根據開挖揭示和統計，引水隧洞近岸坡鹽塘組（T2y）大理巖中共揭露出大小不等的巖溶形態827個，形態以不規則的亞圓形為主，充填情況不一，主要以溶蝕裂隙為主，局部發育溶蝕寬縫及中、小型溶洞。

引水隧洞末端巖溶洞段在長期高內水作用下，將引起嚴重的內水外滲，進而直接威脅高壓管道的外壓穩定，惡化地下廠房運行環境、影響廠區邊坡的安全。因此，引水隧洞末端巖溶洞段必須對溶蝕空洞及裂隙進行回填混凝土和充填式固結灌漿處理，在引水隧洞周圍形成一定厚度的防滲固結灌漿圈。

2 巖溶發育特點及重難點

錦屏二級水電站引水隧洞沿線多處于淺變質大理巖中，圍巖屬強富水性可溶巖。巖溶發育具有以下特點：

（1）巖溶局部集中發育，單體尺寸相對較小但數量眾多；

（2）巖溶洞段圍巖穩定性一般較好；

（3）為數眾多的潛伏巖溶形態勘測難度較大；

（4）巖溶多垂直向發育，施工處理難度大；

（5）巖溶發育洞段有壓隧洞處理要求相對較高。

鑒于巖溶處理的特殊性，新增施工的工程量大、工期條件受限；洞內發育點較多，面廣等是施工過程中的重難點。

3 處理原則

3.1 總體原則

通過地質超前預報發現隧洞前方巖溶發育時，要在查明巖溶分布范圍、類型（大小、有無水、是否在發育中）、巖層的穩定程度、地下水情況（有無長期補給來源、雨季水量有無增長）等后，分別采用“引、堵、越”等措施進行處理。

3.2 分類處理

3.2.1 大于5m溶洞

先及時采取支護確保圍巖穩定；在清除溶洞內松散塊體后回填混凝土，充填溶洞空腔（當溶洞處于頂拱時，混凝土回填應采用預埋管，并分層回填）?；炷粱靥罟ぷ魍瓿珊筮M行系統裸巖灌漿加固圍巖。后期施工隧洞襯砌混凝土，并系統固結灌漿。

3.2.2 0.5～5m之間溶洞

對穩定性不佳的充填型溶洞，應首先按要求進行系統噴錨支護，否則可先清除溶洞內松散塊體后再進行系統支護。支護完成后，采用混凝土回填空腔（當溶洞處于頂拱時，回填應采用預埋管）。然后進行裸巖充填灌漿加固圍巖。后期施工隧洞襯砌混凝土，并系統固結灌漿。

3.2.3 0.5～2.5m溶蝕寬縫

先根據圍巖情況進行噴錨支護，再清除寬縫內的溶蝕堆積物，并回填混凝土，混凝土回填工作完成后進行系統裸巖充填灌漿加固圍巖。后期施工隧洞襯砌混凝土，并系統襯后固結灌漿。

3.2.4 小于0.5m溶蝕裂隙與溶孔

在完成系統噴錨支護和加強支護后回填溶蝕縫隙，施工條件允許時，應盡可能分層回填混凝土，否則可采用水泥砂漿灌注密實，必要時增加插管等手段進行回填，隨后進行裸巖充填灌漿加固圍巖。后期施工隧洞襯砌混凝土及系統固結灌漿工作。

4 灌漿設計

4.1裸巖固結灌漿

4.1.1概述

巖溶發育洞段置換、回填混凝土（砂漿）的目的是填充空腔，恢復圍巖彈抗及堵塞滲漏通道。但回填混凝土工藝本身存在客觀的技術缺陷，如難以確?；靥钯|量、無法充填尺寸細小的溶腔裂隙、充填范圍有限、無法充填洞周潛伏巖溶形態等等。巖溶裸巖灌漿則可以在一定程度上彌補以上不足，為洞室襯砌結構預留足夠的安全余度。

裸巖灌漿是一種低壓充填型灌漿，且一般均需在噴混凝土支護施工完成后進行。一方面可以滿足灌漿過程中的圍巖穩定需要；另一方面可以利用噴層提供一定蓋重，減少漏漿可能。

4.1.2工藝流程

灌漿施工順序：灌漿時要求從低孔向高孔灌漿，盡量采取一泵灌一孔方式，嚴控開孔數量和位置，盡量少出現串漿、冒漿現象，孔位宜保持對稱，并應控制灌漿壓力，I序孔待凝72h后才可鉆、灌II序孔。

流程：施工準備→鑲鑄孔口管→灌前聲波、抬動施工→先導孔施工→分序鉆孔灌漿→固結灌漿質量檢查→如需補灌→補灌后檢查。

4.1.3施工方法

灌漿孔深一般為12m，根據巖溶發育情況，施工中如若出現塌孔、掉鉆等巖溶現象，則可將孔加深至15-20m。根據透水率的大小，可先采用水泥砂漿進行灌注，再采用純水泥漿進行灌注。

環間分Ⅰ序、Ⅱ序，采用自深而淺、分段卡塞、純壓式灌漿方法進行灌漿。

裸巖固結灌漿分段和灌漿壓力見表1。

表1 灌漿分段長度和壓力列表

灌漿孔深（m） 間排距 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa） 備注

12 2m×2m 孔口段0～4 / 巖溶裂隙發育洞段

孔深4～8 1.5

孔深8～12 2.5

20 孔口段0～4 / 巖溶空腔發育洞段

孔深4～10 1.5

孔深10～16 2.5

孔深16～20 1.5

（1）鉆孔施工方法。底板區域內鉆孔采用XY-2PC地質鉆機配φ76mm金鋼石鉆頭進行鉆孔，開孔孔徑φ91mm，鉆進至基巖0.5m，然后預埋φ76mm孔口管，孔口管以下鉆孔孔徑φ56mm。 頂拱部位采用XZ-10型潛孔液壓鉆機配沖擊器及合金球齒鉆頭鉆進，鉆孔孔徑φ65mm，配備電動空壓機。

（2）灌漿方法及阻塞位置。主要采用自下而上分段卡塞、純壓式灌漿法施工，一次造孔至設計孔深，灌漿塞阻塞在該灌漿段段頂以上0.5m處。采用水壓灌漿塞和機械塞，有效阻塞長度約85cm，最大充水壓力可達9MPa，灌漿記錄采用中大華瑞公司JT-IV型自動記錄儀，三參數小循環灌漿系統。在鉆孔過程中如遇破碎巖層或大的裂隙、溶腔等，采用自上而下純壓灌漿法施工。典型灌漿管路布置圖見圖1。

圖1 灌漿管路布置示意圖

4.2襯砌固結灌漿

4.2.1概述

對于隧洞沿線孔隙較大圍巖，襯砌前無蓋重裸巖灌漿吸漿量大，灌漿效果好，但由于裸巖灌漿壓力受邊界條件限制無法提高，當隧洞充水時，灌漿密實度和可靠度不高，漿液擴散半徑及范圍有限，對于透水襯砌來說尚不能有效阻止內水外滲，還有必要對近岸坡巖溶集中發育洞段進行襯后有蓋重固結灌漿。

4.2.2工藝流程

固結灌漿施工在回填灌漿結束后7天進行，固結灌漿施工程序：施工準備→抬動觀測孔鉆孔安裝→灌前聲波測試孔鉆孔→灌前聲波測試→Ⅰ序灌漿孔鉆孔灌漿（加深加密）→Ⅱ序灌漿孔鉆孔灌漿（加深加密）→質量檢查驗收。

4.2.3施工方法

（1）分序原則。灌漿孔采用環間不分序，環內分兩序施工原則，相鄰Ⅰ序孔全部灌漿結束后，再進行II序孔的鉆孔、灌漿施工。

（2）鉆孔方法。在襯后固結灌漿時基于隧洞交通狀況、施工進度綜合的需要，可采用湯姆洛克（700-2型）、阿特拉斯多功能液壓鉆機（Atlas Roc D7）、Boomer 353E多臂鉆等大型液壓設備鉆孔。部分工程量集中洞段采用湖南湘豹XLD-2000、哈邁液壓鉆機DM-30和液壓鉆機HDY-30H配金剛石鉆頭鉆進。

（3）灌漿方法。采用孔內卡塞、孔內循環綜合灌漿法的灌漿工藝進行施工，固結灌漿分段和灌漿壓力見表2。

表2 固結灌漿分段長度和壓力列表

入巖孔深（m） 分段長度 灌漿壓力（MPa） 備注

6 0～2m 2.5 一般灌漿孔，自深而淺進行灌漿

2～6m 6.0

12 0～2m 2.5 0-6m 采用自深而淺灌漿，6m孔深以外采用自淺而深灌漿的綜合灌漿法

2～6m 6.0

6～12m 6.0

20 0～2m 2.5 0-8m 采用自深而淺灌漿，8m孔深以外采用自淺而深灌漿的綜合灌漿法

2～8m 6.0

8～14m 6.0

14～20m 6.0

1）加密施工。在完成鉆孔沖洗后，采用單點法壓水分段進行檢查（其中每環4個壓水檢查孔深度直接加深到12m），壓水分段長度為第一段2～6m，第二段6～12m（加深檢查孔），各段壓水檢查壓力均采用1MPa。加深壓水檢查孔見圖2。

圖2 加深壓水檢查孔布置圖

當第一段（加深檢查孔第二段）灌前壓水透水率超過10Lu，四方確認后，對該孔加深至12m（加深孔壓水檢查孔則加深到20m），同時該加深孔四周再分別布置一個與加深孔同深度的加密灌漿孔進行加強灌漿。

壓水檢查孔和四周的加密灌漿孔在鉆孔過程中，若揭露洞穴或出現掉鉆、坍孔等異?，F象時，應將該孔加深至20m，同理該孔四周再分別布置一個與加深孔同深的加強灌漿孔。加密布置見圖3。

圖3 異?？姿闹芄酀{加密孔位布置圖

2）加強型灌漿施工。為進一步加強引水隧洞近岸坡巖溶通道集中較發育洞段防滲灌漿圈質量，在已進行巖溶置換、回填及裸巖固結灌漿基礎上，利用引水隧洞襯砌后提供的蓋重條件，對這些洞段進行全斷面的高壓防滲固結灌漿。排距2m，每環20孔，孔深分為12m與20m兩種，開灌水灰比3：1。

當加強灌漿段孔底段灌前壓水檢查透水率超過5Lu時，待四方確認后，對于入巖孔深12m段孔加深至20m，并在加深孔四周再分別布置一個與加深孔同深度的加密灌漿孔進行加強灌漿；對于加強灌漿入巖孔深20m段孔，在該孔四周再分別布置一個與檢查孔同深度的加密灌漿孔進行加強灌漿即可。

壓水檢查孔和四周的加密灌漿孔在鉆孔過程中，若揭露洞穴或出現掉鉆、坍孔等異常現象時，應將該孔加深至20m（20m孔不加深），同理該孔四周再分別布置一個深20m的加強灌漿孔進行加強灌漿。加密布置參照圖3。

4.3檢查驗收標準

4.3.1裸巖固結灌漿

無蓋重裸巖固結檢查驗收標準由灌后壓水試驗檢查、聲波檢查等兩部分組成，且將壓水試驗的透水率標準作為灌漿質量檢查的主要控制標準。

壓水試驗檢查孔數量不少于灌漿孔總數的5%，聲波檢查孔數量不少于灌漿孔總數的2%。

（1）壓水檢查。壓水試驗采用單點法，檢查孔在1.0MPa壓力下，75%以上試段的透水率不大于1Lu，其余試段的透水率值不超過2Lu，且分布不集中時為合格。

（2）巖體波速。巖體波速測試孔孔深同灌漿孔，聲波檢查孔也應與灌漿孔錯開，應根據灌漿分段表示灌后聲波值。巖溶巖體灌后聲波檢查合格標準為75%的測試值不小于5000m/s，小于4250m/s的測試值不超過3%，且分布不集中。該標準為灌漿質量檢查的輔助控制標準。

4.3.2 襯砌固結灌漿

固結灌漿檢查驗收標準亦由灌后壓水試驗檢查、聲波檢查等兩部分組成。壓水試驗檢查孔數量不少于灌漿孔總數的5%，聲波檢查孔數量不少于灌漿孔總數的2%。

（1）壓水試驗采用單點法，檢查孔在1.0MPa壓力下，85%以上試段的透水率不大于1Lu，其余試段的透水率值不超過1.5Lu，且分布不集中時為合格。

（2）巖體波速測試孔孔深同灌漿孔，聲波檢查孔也應與灌漿孔錯開，應根據灌漿分段表示灌后聲波值。巖溶巖體灌后聲波檢查合格標準為85%的測試值不小于4500m/s，小于4250m/s的測試值不超過3%，且分布不集中。

5 結語

（1）通過近岸坡巖溶區檢查與充水效果來看，采用裸巖充填固結灌漿設計，能確保引水系統巖溶區灌漿質量。因巖溶分布存在隨機性的特點，為針對性的加強溶洞、溶孔的充填處理，固結灌漿鉆孔需著重布置在巖溶分布區域，同時對于遇大的溶蝕通道或軟弱夾層，應先灌注水泥砂漿的方法，可達到事半功倍的效果。

（2）針對引水隧洞近岸坡巖溶發育洞段，根據終孔段壓水試驗結果來判斷巖溶裂隙發育程度。若終孔段透水率大于5Lu，則將該孔加深至20m，并在該孔四周布置同深度的加密孔。這樣既保證施工質量，又有針對性，引水隧洞通過加密布孔防滲作用又得到進一步加強，保證近岸坡段巖溶通道防滲圈質量。

作者簡介：單衛華（1980—），男，江蘇大豐人，本科，工程師，中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，從事水電技術施工管理。李德兵（1986—），男，四川成都人，本科，助理工程師，中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，從事水電技術施工管理。