超前止水灌漿技術(shù)在觀音閣輸水工程中的應(yīng)用

王志剛

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧沈陽110003）

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超前止水灌漿技術(shù)在觀音閣輸水工程中的應(yīng)用

王志剛

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧沈陽110003）

摘要：超前止水灌漿是引水隧洞工程施工中的常用方法，本文敘述了超前灌漿技術(shù)在觀音閣輸水工程3#施工支洞中的應(yīng)用情況，介紹了超前灌漿參數(shù)選擇、施工方案優(yōu)化及施工工藝技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：引水隧洞；超前灌漿；輸水工程

1　概述

遼寧省觀音閣水庫輸水工程自遼寧省本溪縣的觀音閣水庫庫區(qū)自流引水，經(jīng)過輸水管線及隧洞，將水引到本溪市。該工程為大型引水工程，工程等別為Ⅱ等。隧洞一標(biāo)主體工程項(xiàng)目包括取水頭部工程、電站工程、主隧洞（9485m）工程、取水頭部交通洞工程及1～3#支洞，線路樁號(hào)M0 +000～M9 +485m。

3#支洞為城門洞形，洞室總長(zhǎng)1088.56m，最大縱坡10.59%。鎖口段開挖斷面尺寸5.1× 4.95m，Ⅲ、Ⅳ類圍巖開挖斷面尺寸4.2×4.3m，Ⅴ類圍巖開挖斷面尺寸4.3×4.35m。樁號(hào)K0 + 715m處為灰黑色弱風(fēng)化角閃巖，屬堅(jiān)硬巖，塊狀構(gòu)造。開挖中在樁號(hào)K0 +712m左側(cè)揭露一壓扭性斷層（350°∠70～75°），向右前方延伸，該斷層走向與洞軸線（S180°）近垂直，斷層上、下盤面平直光滑，寬約1.5m左右，由碎裂巖及斷層泥充填，不能自穩(wěn)。沿?cái)鄬映视克疇畛鏊繙y(cè)出水量為773L/min，受其影響在右側(cè)拱角產(chǎn)生塌落，塌腔最深處約1.8m左右。洞室?guī)r體構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體較破碎。節(jié)理面起伏光滑～平直光滑，張開～微張，充填巖屑或泥質(zhì)。

在超前探孔過程中，右側(cè)1#探孔于4.8m深處出水，相鄰2#探孔于6.5m處巖石較軟，于7m處孔內(nèi)出水。初期揭露水質(zhì)清澈，無壓，出水量量測(cè)810～1100L/min。根據(jù)探孔推測(cè)前方地質(zhì)條件，可能發(fā)育一與洞軸線斜交構(gòu)造，寬約1.5m，構(gòu)造內(nèi)含水，圍巖類別為Ⅳ類。為了施工質(zhì)量和安全，進(jìn)行超前止水灌漿施工。

2　超前灌漿施工技術(shù)

2.1 灌漿方案

最初采用HSG超細(xì)水泥進(jìn)行局部涌水點(diǎn)阻水灌漿，通過鉆孔檢查不能達(dá)到預(yù)期止水效果，決定采取全斷面超前灌漿［1］。

從洞室已開挖的掌子面來看，地下水流量較大，但壓力較小。針對(duì)不同的出水段、超前預(yù)報(bào)揭示的地下水情況以及HSG阻水灌漿試驗(yàn)，采取分段注漿方法，每個(gè)循環(huán)設(shè)計(jì)孔深21m（如圖1所示）。灌漿掌子面噴射30cm厚混凝土作阻漿墻［2］。采取分五段進(jìn)行灌漿，第一段和第二段為3m，第三段、第四段和第五段均5m。灌漿材料，在第二段（6m）采用水泥水玻璃雙液灌漿。

2.2 施工工藝流程

止水灌漿工藝流程如圖2。

圖2　灌漿施工工藝流程

（1）采用風(fēng)動(dòng)潛孔鉆機(jī)成孔，灌漿采用預(yù)埋管法進(jìn)行孔口封閉［3］。預(yù)埋管采用ф89mm鋼管，長(zhǎng)度1.5m，管尾安裝閥門，在出現(xiàn)大量涌水時(shí)，既可做排水孔，也可做灌漿孔，在注漿時(shí)關(guān)閉閥門，形成靜水壓力注漿。灌漿孔布置如圖3。

圖3　灌漿孔布置

灌漿孔外循環(huán)（1-10#孔），Ⅰ為1序孔，Ⅱ?yàn)?序孔，分2序施工。內(nèi)循環(huán)（11-14#孔）按孔號(hào)順序施工，不分序。

（2）灌漿所用的水泥強(qiáng)度等級(jí)確定為42.5級(jí)，水玻璃溶液模數(shù)在2.4～2.8之間，波美計(jì)測(cè)定濃度應(yīng)為35～40波美度［4］。在施工過程如果確有在水泥漿液添加摻合料、外加劑的必要，可以結(jié)合據(jù)監(jiān)理工程師的意見，通過具體試驗(yàn)來確定摻量。

（3）漿液比級(jí)采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個(gè)比級(jí)，具體的漿液比級(jí)應(yīng)結(jié)合施工情況適時(shí)調(diào)整［5］。在施工中灌漿液首先采用2∶1，灌漿漿液由稀到濃逐級(jí)變換，當(dāng)灌漿壓力不變、注入率持續(xù)減少或注入率保持穩(wěn)定而灌注壓力不斷升高時(shí)，應(yīng)保持水灰比不變。當(dāng)漿液注入量超過300L或灌注時(shí)間超過30min，而灌漿壓力與注入率并無明顯變化時(shí)，應(yīng)采用下一級(jí)漿液進(jìn)行灌注。當(dāng)注入率超過30L/min時(shí)，可采用越級(jí)變濃的方式進(jìn)行灌注。

（4）灌漿壓力根據(jù)深度及涌水壓力相應(yīng)抬高，第一段≥0.5MPa，第二段為1.0～1.5MPa，第三段、第四段、第五段均為1.5～2.0MPa。

（5）鉆孔及灌漿所用主要設(shè)備如表1所示。

表1　鉆孔及灌漿主要設(shè)備配置表

2.3 灌漿質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.3.1 準(zhǔn)備工作

鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)孔位，鉆孔方向與洞軸線向外呈不大于8O的夾角，保證鉆孔深度。灌漿用的原材料滿足設(shè)計(jì)要求，袋裝水泥出廠不能超過三個(gè)月，漿液應(yīng)保證均勻、連續(xù)拌制，嚴(yán)格控制各階段的漿液比級(jí)，雙液漿應(yīng)進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn)。流量計(jì)、壓力表、壓力軟管、供水管及閥門等要復(fù)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，掌握好灌漿壓力，自動(dòng)灌漿記錄儀做好記錄。

2.3.2 沖洗和壓水試驗(yàn)

在灌漿施工開始前，需要對(duì)所有灌漿孔（段）逐一進(jìn)行沖洗和壓水試驗(yàn)［6］。在地質(zhì)條件較復(fù)雜的區(qū)域，特別是大裂隙和斷裂層，沖洗工作應(yīng)爭(zhēng)取監(jiān)理人指示并通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的方法進(jìn)行。在裂隙沖洗完畢之后，即可進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，壓水試驗(yàn)段最大長(zhǎng)度設(shè)定為5m。壓水試驗(yàn)采用“簡(jiǎn)易法”進(jìn)行，試驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80%，如果大于1MPa，則采用1MPa；壓水實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為20min，每隔5min讀一次壓水流量，并將最后的流量值作為透水率計(jì)算流量。若試驗(yàn)段的透水率不超過2Lu，則先不灌漿，直接進(jìn)行下一段壓水試驗(yàn)，直至透水率超過2Lu時(shí)，將該段與前段合并為一個(gè)灌漿段進(jìn)行灌漿作業(yè)，但合并后的最大灌漿段以不超過10m為宜。

2.3.3 灌漿中的質(zhì)量控制

在灌漿過程中，如果改變漿液等級(jí)而導(dǎo)致灌漿壓力突變或注入率銳減，則需要馬上停止灌漿，立即查明原因，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整［7］；灌漿全過程要及時(shí)測(cè)定漿液比重，并作出記錄。當(dāng)采用最高等級(jí)漿液施灌，注入率仍然不符合設(shè)定要求時(shí)，可爭(zhēng)取監(jiān)理人同意并采用“定量供漿、間歇灌漿“的方式予以處理。當(dāng)灌入的水泥漿相當(dāng)于15～20t水泥干料量時(shí)需要暫停灌漿，并至少間歇12h再恢復(fù)灌漿，同時(shí)恢復(fù)灌漿作業(yè)前應(yīng)做好掃孔工作；雙液漿也需要在相當(dāng)于灌入15～20t水泥干料量時(shí)暫停作業(yè)，并至少間歇時(shí)間4h。

3　問題及處理措施

在進(jìn)行第一段灌注時(shí)隧洞掌子面前底板出水，先在底板澆筑長(zhǎng)5m、寬4.3m、厚0.5m的混凝土蓋板進(jìn)行封閉，后進(jìn)行灌漿［8］。第二段Ⅰ序1號(hào)孔進(jìn)行灌漿打孔時(shí)，5m處發(fā)現(xiàn)涌水，9m處涌水較大，出水壓力0.4MPa。當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.4～0.5MPa時(shí)，工作面涌水增加，左下部巖石有粉碎狀壓出，漿液大量外溢，停止注漿，并對(duì)外溢面進(jìn)行噴混凝土封閉處理。

在第二段打6號(hào)孔時(shí)，在7m處出現(xiàn)涌水，鉆孔打入12m，進(jìn)行注漿，注漿壓力1.5MPa時(shí)，不吃漿，加大壓力到1.6MPa時(shí)，漿液進(jìn)入，注漿壓力到2MPa時(shí)，注漿結(jié)束。

灌漿過程中若因?yàn)槎鹿芤约皺C(jī)器故障等突發(fā)原因造成的作業(yè)中斷，需要及時(shí)排除故障，并及時(shí)復(fù)灌。如果因故中斷超過30min，在恢復(fù)灌漿前要再次沖洗，如沖洗無效則需要進(jìn)行掃孔。復(fù)灌時(shí)應(yīng)采用2∶1的漿液灌注，如吸漿量與中斷前十分接近，即可換用先前之水灰比；若吸漿量并沒有明顯減少，則應(yīng)逐步提高漿液等級(jí)；若吸漿量出現(xiàn)銳減，并在極短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，則判定為灌漿不合格，需要進(jìn)行重新灌注。

4　結(jié)語

超前止水灌漿實(shí)施后，對(duì)掌子面前方的地下水及巖體進(jìn)行超前處理，解決了通過排水方式不能解決的地下水對(duì)人員、設(shè)備、工程的威脅問題。超前灌漿處理提高了洞室?guī)r體穩(wěn)定性，不僅滿足了開挖要求，同時(shí)也進(jìn)一步提高了施工安全等級(jí)。在灌漿過程通過加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，嚴(yán)格按照規(guī)范、工序操作，合理選定技術(shù)參數(shù)，保證了超前止水灌漿質(zhì)量。超前止水灌漿在觀音閣輸水3#支洞工程中應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期效果。

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收稿日期：圖1灌漿孔效果示意圖2015-09-23

作者簡(jiǎn)介：王志剛（1986年—），男，助理工程師。

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.039

中圖分類號(hào)：TV543

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）02-0108-03