固结灌浆在万家寨引黄工程南干线7号洞的两个支洞渗水处理工程中的应用

许建业

（山西省万家寨引黄工程管理局 平鲁分局 平鲁 036800）

1 工程概况

山西省万家寨引黄工程南干线7号隧洞全长42km，是引黄工程向太原市供水的重要输水隧洞。14号支洞、20号支洞是南干线7#隧洞的永久性检修通道，起着检修、补汽、安全监测等多种功能，是保证南干线正常供水的重要水工建筑物。

14号、20号支洞段地下水水位高于洞线80～130cm。隧洞围岩主要为石炭系本溪组、太原组含煤砂页岩地层，围岩节理较发育，呈闭合～张开。地下水主要为渗水和线状水流，地下水含硫酸根离子，对混凝土有腐蚀性。两条支洞渗水严重。

为了解决渗水问题，采取了固结灌浆方法对支洞进行了处理，灌浆方案的合理性对灌浆效果影响较大，本灌浆方案经实践检验，取得了较好效果。

2 灌浆施工工艺

2.1 灌浆施工工艺流程

灌浆孔布置→测量放线→钻机安装与造孔→洗孔→简易压水→拌制稳定浆液→灌浆→封孔→灌浆质量检查。

2.2 灌浆孔布置

根据围岩类别及施工要求将支洞划分为若干段，每段为一个灌浆作业区段，每区段先封闭两边灌浆孔。单数环为I序孔，双数环为II序孔，先灌I序孔，I序孔灌完后待凝12h后再灌注双数环的II序孔。环内先灌1、9、3、7、5号孔，再灌注2、8、4、6号孔，浆液采用由低到高逐渐加密的原则进行。孔位布置见图1。

2.3 钻孔

（1）钻孔设备选用手持式风钻钻进，并带有消音器和除尘装置，钻机的钻头根据工程场地和地质条件选用。

（2）灌浆孔孔径50mm，封闭段两排边环孔深为进入基岩3.6m，其余孔深进入岩石3m。开孔孔位应符合灌浆孔布置图。

（3）钻机安装平稳，钻孔方向按施工图纸确定，钻孔钻进必须保证孔向准确。

（4）灌浆孔孔深偏差值不得大于L/40（L为设计孔深）。（5）固结灌浆钻孔遇到钢筋时，要尽量避开。

2.4 钻孔冲洗

钻孔结束后，应用BW-250灌浆泵最大流量水对钻孔冲冼，将钻孔中的沉渣冲洗干净，直至回水返清为止。

2.5 简易压水试验

固结灌浆孔的简易压水应在裂隙冲洗后进行，采用“简易压水”进行压水试验。简易压水试验的压力为灌浆压力的80%，压水20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率Lu表示，简易压水试验的目的是根据压水结果确定灌浆液浓度。

2.6 灌浆

（1）灌浆设备

采用BW-250灌浆泵，水泥搅拌桶采用双层搅拌桶，自动灌浆记录仪采用天津生产的FEC-GJ3000型记录仪。灌浆使用能耐10MPa的钢丝编织胶管及软管。灌浆塞及采用的灌浆方法、灌浆压力与地质条件相适应，胶塞应具有良好的膨胀性和耐压性能，在最大灌浆压力下，能可靠地封闭灌浆孔段，较易安装和拆除。

图1 灌浆孔位布置

（2）原材料

水泥：根据施工技术文件，本次灌浆试验区段水泥为大同水泥厂普通硅酸盐水泥，标号为P.O42.5。出厂三个月后不得使用，不得使用受潮结块的水泥。水泥的细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。

水：水质应符合《混凝土拌和用水标准》JGJ63-89的规定，符合饮用水标准，水的温度不得高于40℃。

（3）制浆

①14号支洞采用双层340L搅拌机制浆，灌浆使用BW-250型灌浆泵，高压胶管输送浆。20号支洞采取洞外集中制浆，制备0.5：1的纯水泥浆液，输入至各灌浆地点，各灌浆地点根据不同需求调制使用。

②纯水泥浆的搅拌时间应大于3min，浆液自制备到用完的时间不宜大于4h，超过4h应弃浆。各种比级的水泥浆液密度用比重计经常测量并记录。

（4）灌浆方式和方法

①在选定的区段，先进行两边排孔的帷幕灌浆，待凝72h后，先灌注区段中间的单数环，灌注完成待凝12h后再灌注双数环。单数环为I序孔，双数环为II序孔，灌浆时采用由低到高逐渐加密的原则进行，先灌 1、9、3、7、5 号孔，再灌注 2、8、4、6 号孔。

②本次固结灌浆采用单孔灌注的方法，用橡胶球将孔口封闭，全孔一次灌注。

③灌注纯水泥浆液时，岩洞段按其设计要求水灰比为1：1，0.8：1，0.5：1 三个比级，如遇断层和溶洞中充填土，则应采用浓一级的水灰比起灌，并掺入减水剂。

④固结灌浆压力按设计要求Ⅰ序孔0.6～0.8MPa，Ⅱ序孔0.8～1.0MPa。

（5）浆液的变换原则

①当灌浆压力不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

②当某级浆液注入量已达300L以上，或灌浆已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改成浓一级的水灰比。

③当注入率大于30L/min，浆液注入量达到300L以上，可直接越级变浓。

（6）灌浆结束标准

武陵山场镇功能单一，基本上是普通建制镇的社会服务功能，对到武陵山景区的游客吸引力不足，根据调查，90%的游客基本上都是游览完大裂谷景区就直接返回或者到邻近的景区游玩逗留。

固结灌浆结束条件为：在设计压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注10min或不大于1.0L/min，继续灌注30min可结束灌浆工作。

（7）灌浆孔封孔

固结灌浆孔结束后，排除孔口的积水和污物，采用机械压浆法封孔，利用原灌浆管灌入水灰比0.5：1的浓浆，采用1.0MPa的灌浆压力，当注入率不大于1.0L/min，延续30min停止，距孔口剩余部分长度如大于1m，采用压浆法继续封孔，如小于1m用聚合物砂浆人工封填密实并抹平。

2.7 固结灌浆质量检查

区段固结灌浆完成后，待凝7天后对固结灌浆效果进行了压水检查。14号支洞共布置3个检查孔，20号支洞共布置4个检查孔。压水结果见表1、表2。

表1 14号支洞固结检查压水统计表

表2 20号支洞固结检查压水统计表

从上表可以看出，通过质量检查，所有透水率均小于设计标准5Lu，说明水泥浆已完全充填了岩石中的裂隙和空洞，达到了稳定围岩结构与防渗止水的双重效果。

3 特殊情况处理

（1）在固结灌浆过程中，其单位透水率或单位注灰量大于实际规定值或发现地质缺陷（如破碎带、断层、溶洞）要及时采取最大浓度浆液施灌，注入量很大亦不见减少时，可采用定量供浆的方式处理。水泥浆量在灌入5t水泥干料量时应暂停灌浆，间歇时间不宜少于12h，间歇后重新按照灌浆要求进行灌注直至结束。

若在破碎带、溶洞段注入量过大，可以加入早强剂或用砂浆进行灌浆直至注满结束。待间歇12h后仍重新扫孔，重新按灌浆要求进行灌浆。

（3）灌浆过程中发生串浆时，若串浆孔具有灌浆条件，应一泵一孔同时进行灌浆。否则，应塞住灌浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，然后继续钻进与灌浆。

（4）灌浆必须连续进行，若因故中断应按以下原则处理：

①应尽快恢复灌浆，否则应立即冲洗钻孔，再恢复灌浆。若无法冲洗，则应进行扫孔，再恢复灌浆。

②恢复灌浆时，应先使用开灌水灰比进行灌注，如注入率与中断前相近，即可采用中断前水泥浆的比级继续灌注，如注入率与中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施，即在该孔附近重新布孔灌浆。

（5）孔口有涌水的灌浆孔段，灌浆前应测记涌水压力和涌水量，根据情况，可提高灌浆压力，缩短段长灌注浓浆、屏浆、闭浆进行处理。

（6）灌浆孔段遇特殊情况，无论采取何种措施处理，其复灌前应进行扫孔，按灌浆程序复灌。

4 耗浆量较大原因分析

实际耗浆量超出设计耗浆量较大，主要原因有：

（1）地质原因：由于支洞围岩为强风化～弱风化节理较发育，呈闭合～张开状，张性裂隙但充填物少、冲洗容易、透水率大。

（2）地下水原因：因地下水硫酸根含量较多，最高为1 666mg/L，对混凝土有腐蚀性，使混凝土局部地段形成渗水通道，增加了混凝土空隙及渗漏通道。

（3）支洞漏水原因：由于支洞内漏水严重，多年来一直受地下水流动与冲刷作用，对裂隙中的充填物进行冲刷，将裂隙中的充填物带出使裂隙加大并形成较大空隙与涌水通道。

（4）施工原因：由于支洞开挖采用钻爆法施工，爆破时对周围岩体有一定的扰动，且开挖面凹凸不平，在二次混凝土衬砌时不能很好地与岩石紧密结合，产生空隙，且以前未进行固结灌浆处理，因此注浆量较大。

5 结论

通过支洞灌浆施工表明：I序孔单位注入量207.78kg/m大于II序孔单位注入量141.33kg/m，因为封闭灌浆段时先灌注两个边环，浆液在压力的作用下能扩散的更远，填充了周围的裂隙和空洞，使之形成一个封闭空间，灌注II序孔时，完全在封闭的范围内扩散，因此灌浆量较小，注入量由大到小，符合灌浆的一般规律。灌浆施工参数为深度入岩3m、压力为I序孔 0.6～0.8MPa、II序孔为 0.8～1MPa、水灰比为 1：1、0.8：1、0.5：1等，以上施工参数是合理的

灌浆使用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，能满足工程标准的要求；采用灌浆方法处理本工程在技术上是可行的、效果是很好的；耗灰量在合理的范围内。固结灌浆效果，12个单元共检查111个孔，采用单点法压水试验，最大透水率5Lu，最小透水率0.05Lu，符合设计要求。

通过对14号、20号支洞做封闭性固结灌浆施工，准确地掌握本工程单位吸水率、单位耗灰量等施工参数，验证了采用灌浆方法在渗水处理上的可行性。并选定了灌浆孔布置方式、孔深、水灰比、灌浆压力等参数，灌浆取得了较好效果。