水工隧洞固結灌漿試驗過程研究

于 曼

（遼陽市遼陽灌區管理處，遼寧 遼陽 111000）

目前我國水利工程遍布全國各地，作為長距離輸供水工程的組成部分，水工隧洞施工的安全及工程質量就顯得尤為重要。現結合我國遼寧地區LXBGS 水利工程某段無壓城門形輸水隧洞，對其Ⅴ類圍巖固結灌漿的施工方法及處理過程展開研究。試驗段隧洞線路穿越了早白堊系石英二長巖、侏羅系花崗閃長巖、太古界混合花崗巖及花崗閃長巖等，強度高，完整性差，局部破碎明顯，巖石的分布規律復雜，涉及的工程地質問題眾多，具有很高的研究試驗及指導實踐價值。

1 試驗段概況

根據隧洞開挖揭示的地質情況及現場施工條件，本試驗部位選擇在進口控制段，試驗長度12 m，固結灌漿孔間排距3 m，深入圍巖3 m（鉆孔深度不小于3.55 m），梅花型布置，每排有灌漿孔6 個，共計24 個；試驗順序采用環間分序、環內加密的原則進行；環間分兩序，灌漿采用全孔一次灌漿法。灌漿壓力1.5 MPa，灌漿漿液水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1 三個比級。

2 試驗準備

除項目組織機構人員及現場施工人員的配置以外，針對本次試驗，應就鉆孔機械、灌漿機械等設備提出以下具體要求：

1）采用回轉式鉆機，使用之前認真檢查設備狀態，確保鉆機有效且正常工作。

2）灌漿泵的性能應與配置漿液的類型、濃度等參數相適應，且泵的容許工作壓力不得小于最大工作灌漿壓力的1.5 倍。

3）根據現場灌漿需要，配置高速和低速漿液攪拌機；攪拌機的轉速和拌和能力應分別與所攪拌的漿液類型及灌漿泵的排漿量相吻合。

4）灌漿管路應及時清理并沖洗干凈，以確保漿液流動暢通；另外，灌漿管路最大承壓能力不低于1.5 倍的最大灌漿壓力。定期檢查灌漿泵及孔口壓力表，不合格的和已損壞的壓力表應及時換新。

5）灌漿管路應采用可承受高壓水泥漿沖蝕的耐磨灌漿閥門。

3 灌漿試驗施工方法

3.1 固結灌漿施工流程

圖1 固結灌漿施工流程

3.2 固結灌漿孔布設

根據施工技術要求，固結灌漿試驗段灌漿孔排距3.0 m，環向60°分布，入巖深度不小于3 m，共布設灌漿孔24 個，工程量為72 m，采用了2 臺鉆機鉆孔。

圖2 固結灌漿孔布置圖

3.3 鉆孔

1）鉆孔布置：灌漿孔孔位采用梅花形布置，排距為3 m，根據現場測量放孔位，采用YT28 鑿巖機入巖成孔，鉆孔孔徑為38 mm～42 mm，入巖深度不小于3 m。

2）鉆機安裝應平整穩固。鉆孔時必須保證孔向準確，應進行孔斜測量，并采取措施控制孔斜。

3）鉆孔施工按分序加密的原則進行。

4）鉆孔結束，進行檢查驗收；檢查合格后，方可進行下一步操作。

5）造孔過程中如遇結構鋼筋可在5 cm 范圍內移動，不得損傷鋼筋截面，如遇臨時支護鋼筋，可穿過。

3.4 灌漿孔沖洗及壓水試驗

1）灌漿前，應對所有鉆孔進行沖洗，孔內沉積厚度不得超過20 cm。同時在灌漿前，宜采用壓力水進行裂隙沖洗，直至回水清凈為止。

2）沖洗水壓力可為灌漿壓力的80%，若該值大于1 MPa時，采用1 Mpa。單孔沖洗時間不少于30 min。

3）灌漿孔壓水試驗應在裂隙沖洗后進行，采用“單點法”，且試驗孔數不宜少于總孔數的5%。

3.5 制漿

1）灌漿水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1（由稀到濃）三個比級。

2）制漿原材料應按照要求稱重，且控制重量誤差波動在5%以內。

3）灌注漿液應攪拌均勻，并測定和記錄漿液密度、粘滯度等參數。

4）旋流式高速漿液攪拌機攪拌不少于30 s，且攪拌均勻的漿液在使用前必須過篩。

3.6 灌漿

1）隧洞固結灌漿在回填灌漿結束7d 后進行。

2）試驗按兩個次序進行灌漿，即先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔，環間分序，環間加密，先底部后側壁，再頂部。

3）灌漿壓力控制在1.5 MPa 左右。灌漿漿液的濃度由稀到濃，逐級變換。當灌漿壓力保持不變、注入率持續減少時，或注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比；當某一比級漿液注入量已達300 L 以上或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無顯著變化時，應改濃一級漿液灌注。

4）灌漿全孔一次灌漿應優先采用單孔灌漿，吸漿量小時可采用兩孔并聯灌注。發生串漿時，也可采用多孔并聯灌漿，但孔數不應多于3 孔。

5）在規定壓力下，當灌漿孔吸漿量不大于0.4 L/min 時，繼續灌注30 min，灌漿即可結束。

6）注漿時根據漿液擴散情況、注漿量、注漿壓力等參數調整注漿材料和配合比。

7）注漿過程中記錄孔位、孔徑、孔深、漿液配比、注漿壓力、注漿量、跑漿、串漿等數據。

3.7 特殊情況處理

1）注漿過程中如發現冒漿漏漿，應根據實際情況采用嵌縫、表面封堵、低壓濃漿、限流、間歇灌漿等方法處理。

2）灌漿應連續進行，如因故中斷，應及早恢復灌漿，否則應立即沖洗鉆孔或掃孔，而后恢復灌漿；恢復后應使用開灌比級的水泥漿灌注。

3）灌漿段注入量大，灌漿難于結束時，應采用限流、限壓、限量、間歇灌漿等措施，如仍不能解決問題，則采用其他外加劑等措施。

3.8 變形觀測

在灌漿區，應安設變形觀測裝置，灌漿過程中隨時觀測。當發生異常時（如變形突然增大、掉塊等），應立即降壓，并作詳細記錄。

4 灌漿成果分析

4.1 灌前壓水試驗分析

表1 灌漿前壓水試驗統計表

從表1 可以看出：Ⅰ序孔壓水透水率區間在100 Lu～500 Lu之間的占67%，Ⅱ序孔壓水透水率區間在10 Lu～50 Lu 之間的占92%。

從上述灌漿前壓水試驗統計表看出；隨著灌漿次序的增加透水率遞減十分明顯，符合灌漿的一般規律，說明灌漿效果良好。

4.2 單位注灰量的區間、頻率分析

固結灌漿試驗段分序灌漿單位注入量見表2。

表2 固結灌漿試驗段分序灌漿單位注入量統計表

Ⅰ序孔平均單位注入量CⅠ=951.06 kg/m，Ⅱ序孔平均單位注入量CⅡ=367.79 kg/m，Ⅱ序孔的單位注灰量相對Ⅰ序孔的遞減率為61.3%。

S1+083～S1+095Ⅴ類圍巖固結灌漿試驗段各序孔隨著孔序的加密，單位注灰量呈遞減的趨勢，同時通過Ⅰ、Ⅱ序孔單位注灰量遞減率的對比可知，單位注灰量相對于灌漿孔間排距的減小遞減明顯，符合一般灌漿規律。

4.3 檢查孔壓水試驗分析

試驗區布置2 個檢查孔，鉆孔完畢后按灌漿孔進行驗收，并按要求進行壓水試驗。檢查孔壓水試驗成果見表3。

表3 檢查孔壓水試驗成果表

從表3 可以看出：檢查孔的透水率小于設計值5 Lu,這表明灌漿效果良好。

5 結論

試驗隧洞進口控制段地質情況較為復雜，S1+083～S1+095Ⅴ類圍巖段Ⅰ序孔平均單位注入量CⅠ=951.06 kg/m，Ⅱ序孔平均單位注入量CⅡ=367.79 kg/m，相應的設計參數及施工工藝得到有力驗證，此次固結灌漿試驗取得預期效果，試驗段施工參數可用于本標段隧洞固結灌漿施工。