淺孔高壓固結(jié)灌漿在高水頭、小斷面引水隧洞中的應(yīng)用

熊 天 智， 陳 彥 好

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

淺孔高壓固結(jié)灌漿在高水頭、小斷面引水隧洞中的應(yīng)用

熊 天 智， 陳 彥 好

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

以老撾南湃水電站引水隧洞為工程實(shí)例，介紹了高水頭、小斷面引水隧洞高壓固結(jié)灌漿采用的施工方法，對弱透水巖層隧洞灌漿進(jìn)行了總結(jié)分析，可為類似工程的隧洞灌漿提供參考。

老撾；南湃水電站；高水頭；引水隧洞；高壓固結(jié)灌漿

1 概 述

老撾南湃水電站為高水頭、長引水式電站，引水系統(tǒng)由左岸引水隧洞和壓力鋼管兩部分組成，總長8 247 m，其中隧洞段長6 739.4 m，壓力鋼管段長1 507.47 m。

引水隧洞進(jìn)口底板高程為1 114 m，總長度為6 739.4 m，隧洞由3段平洞和2段豎井組成，3段平洞縱向坡度分別為i=1.7%、0.5%、0.5%。末端高程分別為1 075.04 m、848 m、629.96 m，對應(yīng)長度分別為2 390.89 m、2 298.65 m、1 530 m。隧洞采用圓形平底斷面，開挖洞徑為4.4 m(寬2.75 m)，襯砌后底寬2.47 m。

上平段主要以常規(guī)固結(jié)灌漿(最大灌漿壓力為2 MPa)作為基礎(chǔ)處理手段，中平段和下平段為高壓固結(jié)灌漿(最大灌漿壓力分別為4 MPa和7 MPa，中平段為無蓋重高壓固結(jié)灌漿)。

引水隧洞下平段圍巖以中厚層凝灰?guī)r為主，局部間夾薄層黑色板巖或薄層凝灰?guī)r，Ⅱ類圍巖約占6.33%，Ⅲ1類圍巖約占41.44%，Ⅲ2類圍巖約占40.57%，Ⅳ類圍巖約占11.66%。襯砌方式主要為掛網(wǎng)噴混凝土，極少量洞段采取鋼筋混凝土襯砌、引水隧洞下平段圍巖以中厚層凝灰?guī)r為主，局部間夾薄層黑色板巖或薄層凝灰?guī)r，Ⅲ1類圍巖約占37.2%、Ⅲ2類圍巖約占53%、Ⅳ類圍巖約占9.8%。全洞段實(shí)施鋼筋混凝土襯砌。

2 設(shè)計(jì)理念、技術(shù)參數(shù)及其工程特點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)理念及采用的技術(shù)參數(shù)

老撾南湃水電站引水隧洞以鋼筋混凝土襯砌與圍巖作為聯(lián)合受力體，基礎(chǔ)灌漿的主要目的：一是為提高圍巖的整體性，二是填充圍巖裂隙，減少圍巖透水率。該工程引水隧洞固結(jié)灌漿灌后透水率要求小于1 Lu，其相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 各部位基礎(chǔ)固結(jié)灌漿技術(shù)參數(shù)表

2.2 工程特點(diǎn)

該工程高壓固結(jié)灌漿的主要特點(diǎn)：隧洞斷面小，在施工機(jī)械選擇上具有較大的局限性；洞內(nèi)空間過小，施工不便；局部洞段灌漿屬于無蓋重高壓灌漿，漏漿、串漿等風(fēng)險(xiǎn)高，難度大；電站高水頭高，灌漿壓力高；灌后質(zhì)量要求高，灌后基巖透水率不大于1 Lu。

3 所采用的施工方案

筆者以引水隧洞下平段典型的高壓固結(jié)灌漿為例，論述了該工程下平段高壓固結(jié)灌漿采用的施工方案及技術(shù)措施。

3.1 施工布置

(1)風(fēng)水電布置。該工程施工用電為鉆孔、灌漿、抽水、照明等用電，在指定變壓器低壓端架設(shè)240 mm2主電纜線至工作面主配電柜內(nèi)，配電柜再分配至制漿站和鉆孔、灌漿施工工作面。

施工用水根據(jù)施工部位的不同及現(xiàn)場實(shí)際情況，鋪設(shè)φ80鋼管或橡膠管、利用水泵抽水至制漿站、再分散到各個(gè)工作面。

施工用風(fēng)為鉆孔用風(fēng)，在交通支洞的空壓機(jī)接φ100主風(fēng)管至洞內(nèi)主洞以及上下游施工面。

(2)制漿系統(tǒng)的布置。根據(jù)該工程施工現(xiàn)場條件，結(jié)合本次灌漿施工特點(diǎn)及施工進(jìn)度安排，采取集中制漿的方式制漿。在洞外搭設(shè)一個(gè)面積約80 m2的集中制漿站，可儲(chǔ)存水泥150 t。安設(shè)2臺(tái)高速制漿機(jī)、2臺(tái)低速攪拌機(jī)、2臺(tái)灌漿泵及供水、輸漿管路系統(tǒng)等。輸漿管路為直徑30 mm的鋼編管。漿液攪拌后分送至各轉(zhuǎn)漿站，再由轉(zhuǎn)漿站分送至各工作面。

3.2 施工材料及機(jī)械

3.2.1 水泥、摻合料及外加劑

該工程選用標(biāo)號(hào)P.I 52.5水泥作為灌漿用水泥，細(xì)度要求通過80 μm方孔篩余量不大于5%，按國家和行業(yè)的有關(guān)規(guī)定，對每批次水泥進(jìn)行取樣檢測。

該工程在施工過程中未使用任何摻合料和外加劑，均以純水泥漿液進(jìn)行灌注。

3.2.2 制漿用水

灌漿用水符合《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5l44拌制水工混凝土用水要求的規(guī)定。

3.2.3 施工機(jī)械

該工程主要采用的施工機(jī)械有：23 m3電動(dòng)空壓機(jī)、YG80導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)、ZJ400-A高速攪拌機(jī)、DS-1000L低速攪拌機(jī)、SGB6-10灌漿泵、SGB6-18高壓灌漿泵。

3.3 高壓固結(jié)灌漿施工

3.3.1 灌漿試驗(yàn)

該工程首先進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)灌漿。鑒于該工程下平段的地質(zhì)特點(diǎn)，選取一處Ⅲ2類圍巖作為試驗(yàn)區(qū)，并對Ⅳ類圍巖的首次灌漿進(jìn)行密切觀察，確定合理的灌漿參數(shù)及灌漿工藝(灌漿壓力、灌漿孔間排距等)。水泥漿液性能測試：漿液配制程序及拌制時(shí)間、漿液的穩(wěn)定性，確定漿液配比。

3.3.2 孔位布置

該工程引水隧洞灌漿孔布置情況見圖1。

圖1 灌漿孔布置圖

3.3.3 鉆孔的分序與分段

該工程引水隧洞下平段由于灌后要求較高，施工難度較大，高壓固結(jié)灌漿孔環(huán)間及環(huán)內(nèi)均分2序施工，鉆孔采用YG80導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)進(jìn)行施工，一次性鉆至終孔深度，鉆頭為φ50十字型鉆頭。

3.3.4 鉆孔沖洗及壓水試驗(yàn)

固結(jié)灌漿孔需進(jìn)行孔壁和裂隙沖洗。孔壁沖洗至回水澄清后即可結(jié)束。裂隙沖洗采用壓力水進(jìn)行沖洗，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為回水澄清后10 min或總時(shí)間不少于30 min。對于地質(zhì)條件復(fù)雜的孔段，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況采用適宜的沖洗方法。

灌漿前，選擇有代表性的孔段作壓水試驗(yàn)，采用全孔單點(diǎn)壓水法，壓水壓力為1 MPa。壓水試驗(yàn)的目的是獲得巖體灌前透水率等參數(shù)及發(fā)現(xiàn)混凝土缺陷處是否存在漏水、滲水等現(xiàn)象，以便提前進(jìn)行處理。

3.3.5 灌漿方法

灌漿采用自下而上的孔口循環(huán)法進(jìn)行灌漿施工，由孔底向外分段卡塞灌漿。若遇特殊地質(zhì)洞段，可采取自上而下、分段灌漿及加密處理的方式予以處理。灌漿塞為φ38，L=0.5 m(橡膠段)的水囊塞。灌注第二段時(shí)，在孔口外加設(shè)長度為15 cm的護(hù)筒以保證孔內(nèi)有效灌漿段長，該方法能有效防止灌漿塞外露鉆孔部分因受力不均炸裂。

3.3.6 灌漿壓力及變漿標(biāo)準(zhǔn)

該工程固結(jié)灌漿水灰比可采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四個(gè)比級，開灌漿液水灰比選用2∶1，變漿標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，灌漿壓力見表2。

表2 下平段高壓固結(jié)灌漿壓力控制一覽表

3.3.7 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)與封孔

各灌漿段灌漿的結(jié)束條件應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求確定。一般情況下，當(dāng)灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下、注入率不大于1 L/min后繼續(xù)灌注30 min即可結(jié)束灌漿。固結(jié)灌漿孔采用全孔灌漿法封孔。

3.3.8 特殊情況的處理

固結(jié)灌漿過程應(yīng)密切注意混凝土有無形變、高壓情況下壓力是否存在突升陡降及地下水滲漏等情況。灌漿期間特殊情況的處理可參照相關(guān)施工規(guī)范要求執(zhí)行。

3.3.9 質(zhì)量檢查方法及合格標(biāo)準(zhǔn)

該工程之高壓固結(jié)灌漿工程的質(zhì)量檢查以采用鉆孔壓水試驗(yàn)的方法為主，檢測巖體彈性波波速的方法為輔。單點(diǎn)壓水試驗(yàn)檢查孔的數(shù)量不應(yīng)少于灌漿孔總數(shù)的5%，檢測時(shí)間應(yīng)在灌漿完成7 d以后，檢查結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行灌漿和封孔。

該工程高壓固結(jié)灌漿質(zhì)量壓水試驗(yàn)檢查的結(jié)果表明：其孔段合格率在85%以上；不合格孔段的透水率不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%且不集中，灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。

4 高壓固結(jié)灌漿施工情況

4.1 施工完成情況

該工程高壓固結(jié)灌漿試驗(yàn)段累計(jì)完成高壓固結(jié)灌漿鉆孔80個(gè)，共計(jì)長312 m，完成水泥注漿干耗灰55.38 t。

4.2 質(zhì)量檢查情況

該工程高壓固結(jié)灌漿試驗(yàn)段灌前圍巖最大透水率為9.39 Lu，平均透水率為2.77 Lu。灌后質(zhì)量檢測得到的最大透水率為0.62 Lu，平均透水率為0.35 Lu。效果良好。

4.3 結(jié) 論

該工程高壓固結(jié)灌漿施工后巖層裂隙得到了充分填充。在進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿施工后，圍巖的滲透性得到了明顯改善，在后續(xù)的隧洞充水過程以及電站正常發(fā)電過程中，山體無明顯變形發(fā)生和涌水現(xiàn)象，原沖溝內(nèi)的水量亦無明顯變化。

5 結(jié) 語

(1)該工程高壓固結(jié)灌漿的特點(diǎn)為洞型斷面小、鉆孔深度淺、灌漿壓力大、灌后要求高。處理該類工程時(shí)應(yīng)充分考慮施工機(jī)械的實(shí)用性。該工程選用的YG80式導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)及SGB6-18高壓灌漿泵經(jīng)濟(jì)適用、易于檢修、拆卸方便。但該鉆機(jī)在如此小斷面的隧洞內(nèi)移動(dòng)不是特別便捷。在今后類似工程選取該種鉆孔設(shè)備時(shí)，可選擇制作一個(gè)小型臺(tái)車，或在隧洞頂拱預(yù)埋掛鉤或軌道等用于鉆孔設(shè)備的移動(dòng)。

(2)在進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿施工前進(jìn)行簡易壓水試驗(yàn)很有必要，其主要目的是檢查巖層的滲透性及回填灌漿的效果。

(3)灌漿過程應(yīng)逐級升壓、逐級穩(wěn)壓，穩(wěn)壓過程密切關(guān)注灌漿塞的狀態(tài)。該工程在實(shí)際施工過程中，少數(shù)部位出現(xiàn)了當(dāng)壓力達(dá)到5 MPa后、在穩(wěn)壓過程中灌漿塞因內(nèi)部壓力過大而出現(xiàn)緩慢退出灌漿孔段的現(xiàn)象，針對這種現(xiàn)象，采取機(jī)械助力的方式予以彌補(bǔ)，在灌漿塞末端架設(shè)了一個(gè)支架以穩(wěn)固灌漿塞，實(shí)踐證明效果良好。

(4)在進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿施工過程中，壓力越高，壓力穩(wěn)定性越差，會(huì)出現(xiàn)壓力突升陡降的情況。筆者建議：今后在類似工程進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿時(shí)，在灌漿塞末端加設(shè)一節(jié)灌漿管并設(shè)穩(wěn)壓筒，在采取了多重穩(wěn)壓措施的情況下，高壓力情況下壓力突升陡降的情況會(huì)得到一定程度的改善。

TV7;TV554;TV543+.5

B

1001-2184(2017)06-0086-03

2017-06-10

熊天智(1964-)，男，四川綦江人，工程師，從事水利水電工程基礎(chǔ)處理施工技術(shù)及管理工作；

陳彥好(1992-)，男，四川都江堰人，助理工程師，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作.

李燕輝)