水利工程中隧洞固結灌漿施工技術分析

文 靜

（江蘇省中鐵十九局第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

水利水電工程建設過程中的地質條件與設計、施工方案的選擇緊密相關，相關研究學者對復雜地質環境下的水利工程設計進行了深入研究，尤其是當前隨著社會經濟實力的提升，工程機械設備作用能力得到顯著提高，例如在高水頭、長引水的隧洞水利工程施工中，得到廣泛應用。

在水利工程建筑物施工的過程中，固結灌漿技術應用廣泛，尤其在隧洞灌漿中，主要可分析低壓和高壓灌漿，隨著社會經濟和水利工程技術的發展，大部分工程均采用高壓灌漿工藝，如廣州抽水蓄能電站、惠州抽水蓄能電站等水利工程中，取得良好的施工效果。

1 工程概況

某工程中，地理位置主要為37°31′，東經101°15′。工程海拔高程在3010 m，且導流隧洞主要位于壩址左岸結構中，斷面結構主要采用的是城門洞型，且洞徑一般控制在7.5 m×9.0 m，頂拱的中心角一般控制在120°，洞身長度一般控制在687.0 m，襯砌的厚度一般控制在80～100 cm，并應充分的結合洞徑的尺寸7.0×7.0 m，且全長一般控制在192.6 m，襯砌的厚度設計為78 cm。

2 地質條件

2.1 中平洞

在花崗巖體結構中，洞頂上部結構中覆蓋微風化巖層厚度在200 m 以上，332 m 以下。共存在7 個斷層結構，各個斷層呈現階梯狀，寬0.05～2.00 m，傾度角均為陡傾結構，且斷層的走向一般控制在洞軸線角度為35°～80°。除了整體結構中的強風化構造形式以外，其余結構均為全風化后的礫石結構，如糜棱巖。各個斷層結構影響帶不明顯，但是對應存在的透水性能相對較好，且在地下水中均呈現出線流狀結構。

2.2 斜井

深埋于項目三期的花崗巖體結構內部，并且存在有8 個斷層結構，斷層寬度呈現不規律性，最大的寬度達到4 m，最小的寬度達到0.05 m，傾角也為陡傾角，且斷層結構中的交角控制在25°以上、80°以下。開挖揭露結構中，東西走向均為地下水呈現出線流狀出露，其余斷層結構中都無地下水出露。

2.3 下平洞

洞體結構中弱微風巖體結構的厚度一般控制在379～501 m，且共揭露的斷層數量有8 條，最大的斷層寬度可達8 m，最小的斷層寬度可達0.03 m，且傾角均為陡傾角。段層結構域軸線的交角位置的尺寸一般都較大，斷層結構中對應的巖體結構中，全部為帶有潮濕且呈現出地下水滲滴狀，并出現滲滴出露的現象。

2.4 高壓岔管及引水支管

深置于微風化型花崗巖體結構中，并且花崗巖體結構的巖層厚度一般可達346 m 以上、379 m 以下，巖體結構呈現完整狀態，且局部存在一定的蝕變巖，用手捏容易碎，進而導致整體的影響范圍相對較小。閃長玢巖結構域巖體的緊密結合度高，且巖石結構完整，微風化狀態，主要呈現出I 類圍巖。

3 灌漿施工設計參數、原則及施工工藝

3.1 灌漿參數設計

水利工程中隧洞高、低壓灌漿段的劃分應遵循項目當地的施工規范及相關技術要求，將灌漿輸水系統按照有關灌漿的壓力等合理劃分，并對大小洞段結構中的灌漿壓力進行有效分析得出，灌漿壓力小于4.5 MPa 時為低壓灌漿，壓力達到4.5 MPa以上時為高壓灌漿（表1）。

表1 高壓輸水灌漿施工中的具體參數

其次，為開始灌注過程中的水灰比參數設計，應選擇合理的3∶1、2∶1、1∶1 等比級形式的水灰比灌注。開始灌注時的水灰比應控制在3∶1 的比值原則，同時利用1∶1 的漿液灌注，實現開罐水灰比符合設計的規范要求。

同時遵循漿液可更換的原則，漿液應由稀到稠。在灌漿過程中，應合理控制灌漿比，灌漿壓力應保持不變，且在當吸漿量呈現均勻減少狀態時，應將灌漿工作持續開展下去，確保灌漿過程中的注入率達到30 L/min，并可依據具體的施工情況進行有效變更處理。

3.2 施工原則分析

結合實際工程特點分析，對于某工程來說，針對當前高壓結構的幾個部位，針對當前如何利用控制合理的灌漿壓力，并結合防治混凝土結構進行巖體劈裂，并對整體的結構部位進行合理控制，可有效的控制灌漿效果。

3.2.1 中平洞

主要利用環內分序結構，通過加密全孔的形式，保障灌漿的順序由低到高開展，并且在環內結構中實現頂孔結構的灌注。利用機械塞塞入的方式，對整體的壓力進行合理控制（一般為2.5 MPa）。為了防止抬動過程中的巖石接縫面結構的穩定性，應采取PV 值壓力控制的方式，直到混凝土漿凝結以后，以達到設計的壓力值，確保閉漿封孔操作的順利開展。

3.2.2 下平洞

一般選擇使用環內分層結構，進行加密式的分段灌注，整體的施工流程也應遵循由下及上的方式，確保灌漿分兩段進行，其中第一段中主要以機械式的閉塞結構為主，確保其壓力值應控制在4.5 MPa 以上，并實現逐級遞增的模式，然后再將對應機械塞結構進行塞入，確保混凝土骨結構能夠實現壓力的有效控制（一般控制在2.5 MPa）。結束以后，還要確保整個閉漿環節的有效性，進而對整體結構進行封孔處理。

3.2.3 引水支管

鋼管段結構應首先設計成下游兩排的形式，并利用灌注的方式，將灌注實現兩排中間，環內結構中應由底孔結構向上灌注。

3.2.4 高壓岔管結構

按照環內進行分序加密處理，確保孔內結構的分段灌注，并且要采用由低處向高處灌注的方式。施工流程中，主要按照由上及下的灌注順序，兩次的造孔操作應確保分段灌注，并且在第一段造孔灌注的過程中應鉆孔到1.5 m 處，然后將對應的機械塞結構混入到混凝土面中，將對應的壓力控制為2.5 MPa，在進行灌注的過程中，應合理控制灌注的時間，待冷卻凝固以后將孔內的鉆孔結構設計孔深，將機械塞塞入到對應的巖體結構中，同時壓力值也相應地由4.5 MPa 上升到7.5 MPa。達到7.5 MPa 以后，實現閉漿封孔作業。

3.2.5 斜井結構

結合項目整體性，結構復雜性等要求，對灌漿的過程主要采用爬升器進行牽引作業，灌漿作業的平臺結構主要可實現只能從上、不能從下的原則，并且灌漿的整體流程及順序應合理地控制在逐排灌注的過程中，環內結構中的底孔結構應進行逐孔灌注，并灌注的方式應實現與下平洞相同的灌注方式。

3.3 灌漿施工

3.3.1 灌漿施工的方案設計

在隧洞灌漿施工的過程中，應利用環內分序的結構和環內加密的施工方式，對施工中存在的滲漏現象及時控制，處理好對應滲漏的位置，并使用加密孔的方式，對滲漏嚴重的位置進行施工應用，一般情況采用的是全斷面的固結灌漿施工法，且灌漿的長度應依據長度的變化，涌上段結構中，主要采用上下游各延伸2 序的方式，長度大約6 m，注漿孔的間距一般控制為漿液逐步擴散停止后的1.5 倍左右，在參考洞內結構的固結灌漿孔的設計以后，要按照對應的排距尺寸，如3.0 m，實現梅花型布置，并對入巖體結構的深度進行控制，一般設計為逐級加密的操作。由于在實際的施工開挖過程中，挖頂部結構中會設計和預留1m的平臺結構，因此在灌漿的過程中，應按照底板結構的順序進行有效實施。施工中應遵循一孔一灌漿或者一序一灌漿的施工原則，并保證開展逐級施工。由于在灌漿的過程中，基本不會發生蓋重的現象，因此在施工的過程中，應注意冒漿、漏漿等情況的嚴重程度，在施工過程中應注意與灌漿的壓力比值，確保外側的水壓能夠進行有效的控制。

3.3.2 灌漿主要工藝及施工流程

（1）制漿系統的合理布置。在灌漿之前，需要整體的制漿系統進行合理設計，并對位置進行科學布置，在設計及布置的過程中，主要以不影響實際交通為主，實現采購人員進出材料的有效性、有序性，為搬運設備及材料等提供有效的運輸控制，確保灌漿系統及平臺具體位置的布置符合相關規范的要求（圖1）。

（2）鉆孔灌漿作業平臺的搭設設計。在鉆孔灌漿作業平臺的搭設的過程中，應首先遵循灌漿作業的便利化，主要使用的是Φ1.5 mm 鋼管結構材料，并形成移動形式的有效的平臺結構，在搭設5 cm 木板結構形成鉆孔灌漿平臺結構。

（3）鉆孔設計。鉆孔的過程中應首先采取鉆機結構、圓盤鉆結構及手風鉆鉆孔結構等，對應的開孔孔徑結構應采用75～42 mm，同時孔徑結構及孔向應符合相應的偏差，確保輔助性測量糾編控制的合理性、科學性。在鉆孔結束以后，可實現對應的壓力系統及結構能夠符合孔內結構的沖洗的干凈，對應沖洗的壓力應設計為1.0 MPa，直到回水清凈為止。同時要保證鉆孔結構沖洗和裂縫沖洗的穩定性。

圖1 隧洞內灌漿制漿系統的總體布置示意

（4）灌前簡易壓水試驗。為了實現有效分析將灌漿結構的穩定性，灌前結構可采用壓水試驗的方式，壓力值應控制在1.0 MPa。采用單點法的壓水試驗，在穩定的水壓下，能夠實現最大值與最小值的終值在10%以內。

（5）灌漿方法。灌漿方法主要采用的是環內分序逐排灌注的方式，并結合相應施工流程、施工模式等，對環內的單號孔1 次序和雙號孔的2 次序進行合理應用。在加密孔的不同次序中，應按照灌注前的壓水試驗，合理分析壓水孔段結構的穩定性，并利用聯合灌注的方式，盡量保障整體結構能夠實現兩個孔對稱的方式。在此灌漿法中，應禁止出現兩個相鄰的灌漿孔結構中進行聯排灌漿的方式，同時應控制小范圍內的混凝土受壓過大現象的影響。

（6）灌漿壓力的控制。灌漿壓力的控制過程中，要嚴格的依據相關設計、施工規范，結合實際的工程應用情況，將灌漿壓力實現分級控制，主要對升壓速度、灌漿的壓力控制等參數進行設計。首先，要將壓力控制在4.5 MPa 以為，作為灌漿開始的壓力，并按照施工現場的實際狀況，進行逐級升壓的方式，每實現壓力的升級都要將壓力控制在1.0 MPa 以內，同時升壓的速率應控制在0.5 MPa/min，當達到最終的升壓數值以后，壓力穩定；達到30 min 后，結束對應灌漿操作。在壓力上升的過程中，應加強抬動過程中的變形情況，確保抬動過程中的變形觀測值、自動報警值等能夠符合相關設計和施工規范的要求。

（7）灌漿結構及封孔處理。灌漿施工結束的主要標志位，壓力值達到后，注入率小于2.5 L/min，并且持續穩壓狀態在20 min后，再選擇結束灌漿。灌漿結束以后，為減少初期的回彈，應盡量阻止巖石裂縫中的漿液出現回流的現象，及時進行封孔處理。

4 結束語

綜上所述，本工程在施工過程中所選擇使用的隧洞固結灌漿施工方法及相關的參數設計是可行的，并且在實際施工的過程中得到良好的施工效果，施工質量完全符合相關設計、施工及驗收規范的要求，灌漿的成果資料收集有效，這表明本工程施工中的固結灌漿效果應用有效。