水利工程隧洞固結灌漿施工技術研究

0 引言

水利工程作為國家基礎設施，其建設規模和技術水平不斷提升。其中隧洞工程，尤其是輸水隧洞，因其在水資源調配、防洪排澇和灌溉等方面的顯著作用，已成為當前水利工程建設領域的重點。然而，輸水隧洞工程往往面臨著極為復雜的施工環境和多變的地質條件，對施工技術的要求極為嚴苛[。

固結灌漿技術通過在隧洞基巖中鉆設孔洞并灌注混凝土漿液，填充裂隙，增強巖體整體性，可有效阻隔地下水滲漏，提升隧洞穩定性和防水性能，從而達到防滲加固的目的，是水利工程中廣泛采用的防滲技術[2]。本文圍繞隧洞固結灌漿技術展開研究，深入分析隧洞固結灌漿關鍵技術，針對實施中的關鍵點和難點，提出相應的優化策略，以提升隧洞工程的整體防滲能力，以確保水利隧洞工程的安全性、穩定性和耐久性。

1工程概況

1.1工程基本情況

大型輸水系統位于小石英溝和大石英溝之間的山體內，由引水系統和尾水系統兩部分組成。該輸水系統總長為 3899m ，其中引水系統長度為 2657m ，尾水系統長度為 1242m. 。引水系統包括上水庫進／出水口、引水事故閘門井、引水隧洞、引水調壓室、高壓管道（包括主管、岔管和支管）；尾水系統包括尾水支管、尾水事故閘門井、尾水混凝土岔管、尾水調壓室、尾水隧洞、尾水檢修閘門井和下水庫進／出水口等。

1.2地質情況

該大型輸水系統的基巖為花崗巖，地表發育3條斷層，引水隧洞、高壓管道、下水庫出口等部位均存在斷層，有的斷層規模較大，斷層走向主要有北－東－東、北-西－西、北-西等情況，以中傾角和陡傾角為主。鑒于以上復雜的地質情況，需關注隧洞灌漿技術的選擇與應用。

通過合理的灌漿材料選擇、灌漿孔布置以及灌漿工藝的優化，可確保隧洞結構的穩定性和防水性能，為工程的順利實施和長期安全運行提供有力保障。

2 隧洞灌漿施工

2.1固結灌漿深度的要求

在水利工程隧洞施工中，固結灌漿的主要作用是通過灌漿材料填充圍巖中的裂隙和孔隙，增強圍巖的整體性和抗滲性，從而維持隧洞內的水壓平衡和防止水患。固結灌漿的深度是確保隧洞圍巖穩定性和減少滲水量的關鍵因素。合理的深度設計能夠提升隧洞整體結構強度，可有效防止圍巖因滲透作用而引發的失穩問題。

根據灌漿實踐經驗、隧洞地質條件以及預期的工程效果，結合水力梯度和地下水作用水頭等因素，綜合確定固結灌漿最小有效深度。水力梯度反映了地下水在巖層中的滲透壓力梯度，是確定固結灌漿深度時需要考慮的重要因素之一。固結灌漿的設計深度應保證在水力梯度不超過允許限值的情況下，圍巖不發生滲透破壞和過度變形。

2.2固結灌漿深度設計

2.2.1 設計原則

固結灌漿深度的設計原則如下：依據灌漿實踐經驗、隧洞地質條件以及預期的灌漿效果，綜合考慮隧洞圍巖的力學性質、裂隙發育程度以及地下水情況等因素。

2.2.2固結灌漿深度計算

在隧洞開挖過程中，圍巖的完整性會受到一定程度的破壞，形成裂隙和破碎帶，這些區域是灌漿的重點[3]。因此在設計固結灌漿深度時，需要充分考慮圍巖的破壞程度和灌漿材料的滲透性能。固結灌漿深度設計的表達式如下：

T=f（G，M，F，W，P）

式中： T 為固結灌漿的深度， G 為灌漿實踐經驗，M 為隧洞地質， F 為預期的灌漿效果，W為地下水情況，P 為考慮圍巖破壞程度和灌漿材料滲透性能所需的附加深度。

固結灌漿深度的確定還需要考慮隧洞運行期間的長期穩定性和安全性。由于地下水的作用，圍巖會發生進一步的侵蝕和軟化，因此設計的固結灌漿深度應具有一定的安全裕量，以應對不確定因素[4]。

2.2.3 設計要點

在實際工程中，固結灌漿深度的計算依據以下步驟進行：一是收集隧洞地質勘察資料，了解圍巖的巖性、裂隙發育情況、地下水水位等信息；二是根據灌漿試驗數據，確定灌漿材料的滲透性能、凝結時間和強度等關鍵參數；三是結合隧洞開挖的實際情況，評估圍巖的破壞程度和灌漿需求。

固結灌漿深度的設計是一個復雜的過程，需要綜合考慮多種因素。在實際工程中，應根據具體情況進行調整和優化，以確保灌漿效果達到預期目標。同時，施工過程中應嚴格控制灌漿質量，監測圍巖變化情況，及時調整施工方案，確保隧洞施工安全。

2.3固結灌漿材料選擇

在隧洞固結灌漿施工中，灌漿材料的選擇至關重要。水泥單液漿是灌漿中最常用的灌漿材料之一，其具有成本低、強度高、施工方便等優點。為提高灌漿的耐久性，本工程主要采用灌注水泥單液漿的方式。同時在水泥漿液中加入適量的水玻璃作為促凝劑，以加速水泥漿液的凝結速度、提高灌漿效率、增強抗滲性能[5]。

根據施工經驗，水泥－水玻璃單液漿的水玻璃摻量一般為水泥質量的 4% 。對于特殊地質條件或施工要求，可使用雙液漿等高性能灌漿材料，其凝結速度快、抗滲性能強，能夠迅速封堵涌水通道。本工程確定的灌漿材料性能參如表1所示。

根據隧洞圍巖的巖性、裂隙發育程度、涌水量等地質條件，選擇合適的灌漿材料。對于裂隙發育、涌水量大的地層，應優先考慮使用水泥-水玻璃雙液漿。根據灌漿的設計要求，如深度、防滲性能等，選擇合適的灌漿材料。對于要求較高的灌漿，應優先考慮使用性能更優的灌漿材料。根據施工條件，如施工設備、施工環境等，選擇合適的灌漿材料。對于施工條件較差的隧洞，應優先考慮使用施工方便、性能穩定的灌漿材料。

2.4灌漿孔參數確定與布置

2.4.1 確定參數

漿液擴散半徑是確定灌漿孔間距的重要依據。灌漿孔的布置受灌漿壓力、灌漿材料性能、圍巖裂隙寬度及分布狀態等多種因素的影響。在本工程中，灌漿的主要目的是防止二期擴挖過程中出現突然涌水，確保施工安全和進度，因此對漿液擴散半徑的確定采取較為保守的策略。

結合該工程的地質條件和施工要求，將漿液擴散半徑定為 4.0m 。灌槳孔間距的確定，參考灌漿孔的孔距與漿液擴散半徑的經驗公式，該表達式如下：

H=（1.3-1.5）R

式中： H 為灌漿孔間距， R 為漿液擴散半徑。根據 該工程漿液擴散半徑為 4.0m ，將其代入計算，得出灌漿 孔間距為 5.2～6.0m 0

2.4.2布置方式

鉆孔采用相鄰排交錯布置的方式，以確保漿液能夠充分擴散并覆蓋整個灌漿區域[6。同時，這種布置方式還有利于提高灌漿效率，減少施工時間和成本。灌漿孔布置示意如圖1所示。

圖1灌漿孔布置示意

由圖1可知，每個灌漿單元鉆孔按兩排布置，每排6個鉆孔。相鄰排的鉆孔交錯布置，即上一排的鉆孔位置與下一排的鉆孔位置相互錯開。鉆孔的傾角和方向，需根據圍巖裂隙的發育情況和灌漿要求進行調整，以確保漿液能夠沿著裂隙方向充分擴散。

表1本工程灌漿材料性能參數

2.5 清洗與灌漿

2.5.1 清洗

為了確保灌漿作業的質量，灌漿前必須對灌槳孔進行嚴格的清洗。清洗時無需安裝灌漿塞封閉孔口，而是直接將大流量壓力水通過導管注入孔底，利用水流從孔底向孔口的沖刷作用，有效清除孔內及裂縫中的雜質。

為確保清洗效果，設定1MPa的清洗壓力。清洗以孔口返水清澈為標準，單個孔的沖洗時長需控制在15min以內。清洗完畢后，應立即安裝孔口管，并在24h內完成灌漿作業，以防孔壁坍塌和雜質再次進入。

2.5.2 灌漿

為提升灌漿質量，灌漿所用的漿液均在洞口外的制漿站進行統一制備。采用 32mm 高壓膠管，并借助SNS130/20型灌漿泵，將泥漿輸送至洞內的灌漿點。灌漿設備選用JK-800型高壓灌漿機或SNS130/20型柱塞式灌漿泵。為確保灌漿結果的準確性和可追溯性，采用先進的灌漿記錄儀進行記錄。

在灌漿過程中，需根據孔口安裝的壓力表實時調節灌漿壓力。灌漿壓力應根據地表層和深部的水頭壓力進行調整，地表層的灌漿壓力不宜小于1.0～1.5倍水頭，深部則為2.0～3.0倍水頭。通過精確控制灌漿壓力，可以確保漿液在裂隙中的充分擴散和固化，形成致密的結構。灌漿壓力的大小直接影響到灌漿效果和的防水性能。灌漿壓力的計算公式如下：

P=kh

式中： P 為灌槳壓力， k 為壓力系數，h為水頭高度。

在實際施工中，應根據具體的地質條件、水頭和設計要求，選擇合適的壓力系數，并計算出合理的灌漿壓力。同時，還需根據施工過程中的實際情況，對灌漿壓力進行動態調整，以確保固結灌漿的施工質量。

3涌水處理

在隧洞固結灌漿鉆孔作業中，涌水事件時有發生。針對不同類型的涌水情況，采取不同的處理方法。對于大規模涌水事件，若涌水總量大于 100m³"，需使用氣壓式止水塞等進行緊急封堵，以避免發生事故。同時，根據涌水情況選擇合適的灌漿材料和灌漿方法，如采用濃漿、雙液漿等高性能灌漿材料進行灌漿，通過間歇灌漿等方式控制涌水。

通過采取有效的涌水處理措施，控制所有涌水事件，可確保隧洞固結灌漿施工的順利進行。該工程對大規模涌水的處理方案如表2所示。對涌水量不大的鉆孔，以單注水泥漿為主，可根據灌漿速度靈活調整漿液濃度和加入適量的促凝劑。通過采取上述靈活的灌漿施工方法和有效的涌水處理措施，確保了隧洞固結灌漿施工的質量和安全。

表2大規模涌水處理方案

4結束語

固結灌漿技術憑借其獨特的原理及顯著的優點，在隧洞加固工程中占據了重要地位。通過優化鉆孔作業、水泥漿制備、灌漿工藝以及質量檢測等核心技術，可有效提升隧洞工程的整體穩定性和承載能力，為水利工程的長期安全運行提供了堅實保障。

固結灌漿技術需緊密結合具體的施工環境和地質條件科學、合理的實施。在面對斷層、破碎帶等復雜地質條件時，需特別關注灌漿材料的選擇與灌漿工藝的優化，以確保施工質量和施工安全。隨著科技的不斷進步和工程實踐的持續積累，固結灌槳技術將不斷得到完善與創新，為水利工程領域提供更加先進、可靠的施工方案。

參考文獻

[1]王軍紅.固增水電站有壓引水隧洞支洞封堵防滲施工技術[J].四川水力發電，2023，42（5）：9-12

[2]劉晨亮.水利水電工程水庫大壩壩基固結灌漿施工技術研究[J].產業創新研究，2024，（24）：112-114.

[3]余江，張彥風，楊健光，等.巖溶、裂隙發育區地表超前固結灌漿施工技術[J].云南水力發電，2024，40（12）：70-73.

[4]彭前.引水隧洞工程灌漿技術措施分析[J].河南水利與南水北調，2024，53（6）：49-50.

[5]賀新武，葛建軍，房敦敏.千島湖配水工程穿江隧洞IⅢ類圍巖固結灌漿優化研究[J].四川建材，2024，50（7）：101-103.

[6]向天兵，楊小龍，司建強，等.滇中引水工程龍泉隧洞近接施工影響控制研究[J].地下空間與工程學報，2023，19（S2）：859-865.