輸水隧洞固結灌漿設計探討

范永平，周　明

輸水隧洞固結灌漿設計探討

范永平1，周明2

（1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222；2.寧夏水務投資集團公司，寧夏銀川750002）

在水工輸水隧洞上，固結灌漿是加固圍巖、提高圍巖承載能力及減少滲透的重要措施，合理的固結灌漿設計對隧洞安全尤為重要。結合寧夏固原地區（寧夏中南部）城鄉飲水安全水源工程7#輸水隧洞，對小斷面隧洞的固結灌漿設計進行了探討，根據現場生產性試驗，提出4孔、5孔交錯布置的設計方案。結果表明，該方案的實施在減少工期、節省投資的同時，灌漿效果滿足設計要求，可供類似工程參考。

輸水隧洞；小斷面；現場試驗；固結灌漿

1　工程概況

寧夏固原地區（寧夏中南部）城鄉飲水安全水源工程7#（大灣）隧洞為無壓輸水隧洞，洞長10.6 km，平均埋深165 m，最大埋深310 m，最大外水水頭245 m，是工程單洞最長、埋深最大的洞段。洞線穿越多個走向近南北的深溝，多數溝內常年有水。隧洞區地下水以第四系松散層孔隙潛水和白堊系基巖裂隙水為主，局部地帶表現出裂隙潛水的特征，接受溝谷河水及上層潛水補給。7#隧洞主要圍巖是灰色泥頁巖（K1n1）、泥巖與泥灰巖互層（K1n2）和泥巖夾薄層泥灰巖（K1n3）。

7#隧洞為小斷面施工，地質條件復雜。為了提高圍巖的強度和穩定性，對于斷層破碎帶密集和富含地下水段，采用全斷面固結灌漿。施工階段的預設計為：排距3 m，每環6孔，孔深2.5 m。隧洞空間狹窄，斷面寬度僅有3.4 m，高度約3.3 m。因此，通過生產性試驗選擇合理的間排距、施工工藝和施工方法，在滿足設計要求的同時發揮加快施工進度、保證施工質量的重要作用。

2　灌漿現場生產性試驗及結果

固結灌漿生產性試驗的目的主要是確定水泥灌漿漿液相關特性、灌漿壓力、水灰比、孔距、排距等灌漿工藝參數以及鉆孔、灌漿的方式方法，為整個隧洞固結灌漿提供合理的灌漿參數。

考慮到確保固結灌漿質量的同時需加快施工的進度，項目實施過程中選擇典型洞段（7#隧洞）進行了3次現場生產性試驗，試驗結果作為確定灌漿孔間排距、灌漿壓力、水灰比等灌漿參數的依據。現場生產性試驗參數，見表1。

表1　現場生產性試驗參數

2.1第一次灌漿試驗檢查結果

3個單元的試驗區共布設6個檢查孔，6個檢查孔壓水試驗呂榮值全部小于5 Lu，達到了設計要求。壓水試驗透水率，見表2。

表2　壓水試驗透水率

2.2第二次灌漿試驗檢查結果

根據檢查孔透水率分析，IV2類圍巖兩組試驗透水率均小于5 Lu，能夠滿足設計要求；V類圍巖第一組試驗透水率小于5 Lu，達到設計要求；V類圍巖第二組試驗透水率大于5 Lu，達不到設計要求。壓水試驗透水率，見表3。

表3　壓水試驗透水率

2.3第三次灌漿試驗檢查結果

根據檢查孔透水率分析，IV2、V類圍巖兩組試驗透水率均小于5 Lu，能夠滿足設計要求。壓水試驗透水率，見表4。

表4　壓水試驗透水率

根據3次固結灌漿現場生產性試驗結果，結合水工隧洞設計規范對固結灌漿的要求，最終確定了固結灌漿段距、環距的設計參數。其中，Ⅳ2類圍巖洞段灌漿段距4.5 m，一序孔環距為4孔，二序孔環距為5孔；V1類圍巖洞段灌漿段距3 m，一序孔環距為4孔，二序孔環距為5孔。其他灌漿技術參數按照現場試驗結果執行。

3　固結灌漿施工

本工程在IV2類圍巖斷層帶、V類圍巖隧洞段進行固結灌漿，固結灌漿孔深入基巖2.5 m，每個斷面4孔、5孔交錯布置，排距分別為4.5、3 m。固結灌漿滯后回填灌漿7 d進行。灌漿按環間分序、環內加密的原則進行。

固結灌漿工藝流程，如圖1所示。

圖1　固結灌漿工藝流程

固結灌漿孔采用風鉆鉆孔，鉆孔孔徑50 mm，孔深入巖2.50 m。固結鉆孔結束后采用壓力水對鉆孔沖洗，由孔底向上沖洗直至回水澄清10 min為止。孔內殘存的沉積物厚度不得超過20 cm。然后，用壓力水進行裂隙沖洗，沖洗至回水澄清后10 min結束。在裂隙沖洗后進行單點法壓水試驗。

固結灌漿采用孔口封閉、孔內循環的灌注方式，射漿管距孔底不大于50 cm。設備采用BW250灌漿泵，LHGY-3000型灌漿自動記錄儀。每個試驗單元中安裝1個抬動觀測設施，在壓水試驗及灌漿過程中均進行抬動變形觀測，做到人不離表，并做好記錄。

固結灌漿漿液由稀至濃逐級變換，水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個比級。當灌漿壓力保持不變、注入率持續減少或注入率保持不變、灌漿壓力持續升高時，不得改變水灰比。當某一比級漿液注入量達300 L以上或灌注時間達1 h而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應換濃一級水灰比漿液灌注；當注入率大于30 L/min時，根據施工具體情況，可越級變濃。固結灌漿在規定壓力下，當注入率不大于1 L/min繼續灌注30 min，即可結束。

灌漿孔灌漿結束后，應排除鉆孔內的積水和污物，采用全孔灌漿封孔法進行封孔，并將孔口抹平。

灌漿結束7 d后對灌漿部位進行固結灌漿檢查，本工程的固結灌漿檢查采用單點法壓水，同時要求檢查孔的數量不少于固結灌漿孔總數的5％。檢查孔檢測完畢后，采用壓力灌漿封孔。

經檢測，所有檢查孔全部滿足q≤5 Lu，達到了設計要求。

4　結論

通過7#輸水隧洞固結灌漿現場生產性試驗，針對小斷面隧洞的固結灌漿，提出了4孔、5孔交錯布置、適當增大排距的設計方案。檢測結果表明，該方案的實施在方便施工、減少工期、節省投資的同時，灌漿效果滿足設計要求，可供類似工程參考。

TV543+.3；TV222

B

1004-7328（2016）04-0030-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.04.009

2016—04—20

范永平（1976—），男，高級工程師，主要從事水利工程勘測設計工作。