水工隧洞缝隙灌浆施工控制要点分析

莫爵贵

摘 要：文章结合某水工隧洞灌浆施工实践经验，主要针对水工隧洞灌浆施工中注意要点进行了分析与研究，并提出了自己的看法及建议，旨在为以后隧洞灌浆施工提供参考与借鉴。

关键词：水工隧洞回填灌浆固结灌浆施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

某大型流域调水工程，线路总长为105.20km，过水流量达到50m3/s，年供水量达到13亿m3。一共有10座隧洞，其中4#～6#隧洞均为无压隧洞，城门洞型，C30、W8混凝土衬砌，衬砌厚度为30～40cm，内净空尺寸为 6.9m×13.8m， 纵坡为1/2000，设计过流流量为50m3/s，地震设计烈度为VI度。本文主要分析了隧洞灌浆施工中注意要点。

2 回填灌浆

回填灌浆是在混凝土衬砌的背面或回填混凝土周边，对混凝土浇筑未能浇实留有空隙的部位进行灌浆。回填灌浆的目的是将浆液用压力灌入砌体之间或砌体与围岩中间，使其紧密接触形成整体，改善结构受力条件。

2.1检查衬砌厚度

某些隧洞由于地质条件的复杂和施工质量差，围岩与一衬之间脱空，一衬与二衬之间脱空的现象比较普遍，某些隧洞顶部脱空也比较严重，这是因为，即使浆液结石有足够的强度，其弹性模量与握裹力亦难以达到混凝土的水平。因此，在开灌之前，灌浆施工单位应先在补砌顶部按一定间距钻孔，以铁丝钩检混凝土厚度。如发现混凝土厚度不足，应先在该部位开孔补浇混凝土，直至顶拱全部达到设计厚度。

在本工程输水隧洞裂缝处理初期施工中， 检查发现部分洞段拱顶脱空比较严重，未达到设计要求，在施工过程中对没有达到衬砌厚度的地方施工方也没有采取先补衬砌的做法，需在以后的施工中引起注意， 否则盲目的回填灌浆浆体重力的影响大于支撑的作用，只会增加拱顶的荷载，危害隧洞的安全。

2.2 回填灌浆布孔

实践表明，砌体与围岩间产生缝隙的主因是施工中衬砌混凝土未填满及施工后混凝土收缩形成的。封拱时，当混凝土入仓后处于塑流状态，借自重下坠作用，一般断面两侧和底拱易被填满，加之凝固中泌水上升，空隙自然呈现在顶拱区域。至于混凝土收缩主要是受干缩和温差影响，一般水工隧洞洞体埋藏较深.洞内水分充足，干缩较少，可以不考虑收缩因素。因此回填灌浆布孔方位主要集中在拱顶和拱腰。

在本工程输水隧洞裂缝处理中，先通过地质雷达检测脱空位置，再根据雷达检测结果布置回填灌浆孔。在地质雷达测线附近单孔布置，钻孔排距为2.0m，终孔孔径为 48mm，钻孔孔深以穿透衬砌进入围岩 10cm为宜。事实证明，采用该布孔方案能做到有的放矢，有效地灌满脱空区域，效果良好。

2.3 回填灌浆压力

孔口压力是回填灌浆最重要的控制参数之一， 它的大小直接决定浆液的扩散范围及其结石的强度。按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》素混凝土衬砌采用0.2～0.3MPa，钢筋混凝土衬砌中可采用0.3～0.5MPa。二次序孔及多次序孔增至一次序孔的1.5～2倍。据实践经验， 在隧洞回填灌浆时应尽量采取较大值。

在本工程输水隧洞裂缝处理中，施工中常存在回填灌浆灌入率低的问题，主要是因为灌浆压力达不到设计值，填充范围未达到设计填充区域，影响填充效果，也就达不到设计的工程量。故在施工中灌浆压力一定要达到设计压力，并尽量采取较大值，这样才能填灌该孔填充范围区域。

3 固结灌浆

固结灌浆是将浆液灌入围岩裂隙或破碎带以提高岩体完整性的灌浆工程。固结灌浆的目的是加固隧洞围岩、封闭隧洞周边岩体裂隙，提高隧洞围岩的整体性和抗变形能力，增加围岩抗渗能力和降低渗透比降。

3.1 固结灌浆孔的布置

固结灌浆孔的布置方向、深度、孔距及排距需要根据围岩的特性，包括岩石层理倾向、裂隙发育状况、含水特性及物理力学性质等相关。在实际操作中，固结灌浆的钻孔方向与衬砌结构表面相垂直，但也需要考虑围岩层理或主要裂隙状况，通常与岩层或裂隙相垂直布控，这样有利于灌浆效果。

固结灌浆深度的控制主要考虑2个因素：一是在内水压力下围岩抗力在衬砌体外壁上达到最大值，距衬砌外壁愈远愈小，要求固结灌浆深度应达到围岩抗力满足为止；二是固结灌浆深度要越过开挖所造成的围岩松弛圈范围，这也是控制固结灌浆的主要因素。在本工程输水隧洞裂缝的处理中，根据地质雷达成果确定固结灌浆孔的布置， 在缺陷段测线附近单孔布置，钻孔排距为2.0m，终孔孔径为48mm，钻孔孔深根据雷达探测成果及同类工程经验确定，设计为3.0m，进入围岩深度为2.5m。

隧洞固结灌浆排距一般为2～4m，由于水工隧洞承载内水压力，其围岩有效承载厚度约为隧洞开挖半径的1.0～1.5倍，因此在相同的工程造价下，固结灌浆钻孔采用短而密的布置的性价比优于采用长而稀的布置。本工程输水隧洞裂缝的处理中，对全断面灌浆处理的，采用每个断面布置4个灌浆孔，排距约为2.2m，纵向间距为1.5m，灌浆孔孔深为3.0m，采用梅花形布置，分别布置在左右边墙和拱部位置。

3.2固结灌浆的方式

固结灌浆方式主要有循环式和纯压式2种。采用循环式灌浆时，由于需要插入2个灌浆管，1个进浆管和1个出浆管， 需要其孔口孔径不小于65mm，施工工艺比较复杂。采用纯压式是一种比较普遍的做法，因为只需插入1根灌浆管，所以灌浆钻孔可以为手风机钻孔，施工工艺比较简单。本工程输水隧洞裂缝的处理中，采用纯压式灌浆。

3.3 固结灌浆压力

固结灌浆压力应满足固结灌浆后所要求的抗力，灌浆过程中需考虑浆液在围岩缝隙填充流动时的压力损失，并需考虑地下水等作用。在灌浆中，需严格按照设计压力进行灌浆，在本工程输水隧洞裂缝处理中出现过施工单位将压力表置于灌浆泵附近，而且为图施工方便灌浆管道较长，有的甚至达到近30m，这样致使压力表记录的压力已非灌浆孔内的压力，且由于灌浆管管壁的弹性使灌浆孔内的压力与压力表读数相差较大，难以实现设计的压力目标。因此在该工程输水隧洞裂缝处理中灌浆率较低与压力表的布置位置不当有很大关系，即与灌浆孔内的压力有很大关系。

3.4 灌浆浆液的水灰比

在现实灌浆施工中，有不少单位为保证浆液的可灌入性通常采用稀释浆液的方法，但根据研究证明：在灌注岩体中的细微裂缝时，浆液的渗透能力更多地取决于水泥颗粒及其絮状物尺寸，要获得更好的可灌性，采用更细的水泥和更高的灌浆压力更可靠。固结灌浆作为一种固结围岩的主要措施，其浆液结石强度应大于15～20MPa，若水灰比改变势必会影响其强度，且水灰比过大，由于浆液在凝固中容易留下空穴和渗漏通道，影响固结强度。故在固结灌浆中为保证固结强度，需采用浓浆，一般浆液水灰比应在 0.6：1～1.5：1之间选择。

在固结灌浆中由于受到孔口灌浆塞稳压能力的影响，难以实现循环式灌浆，而采用纯压式灌浆。采用纯压式灌浆时灌浆时间一般在 0.5h以上，这样先灌入的浆液开始泌水、离析，而影响后灌水泥浆液的水灰比，所以采用较小析水率、较低凝聚力和良好流动性的中等浓度的浆液更能实现灌浆设计要求。

3.5 水泥细度选择

固结灌浆的目的是将破碎的岩体固结，以提高隧洞的抗变形能力。由于现实工程中岩体中存在较多很小的裂隙，研究表明，灌浆浆液颗粒应小于裂隙宽度的1/3～1/5才容易灌入，故水泥的细度是固结灌浆中需要重要选择的一个参数。普通硅酸盐水泥的平均粒径约为20um，最大粒径为44～100um，比表面积约为3000～4000cm2/g，研究表明普通硅酸盐水泥在灌注过程中不是堵塞细小缝隙就是在细小缝隙周围构成桥链，阻碍其他细颗粒进入，因此采用普通硅酸盐水泥浆液灌浆难以灌入裂隙的宽度小于0.5mm的岩体。超细水泥的平均粒径为3～6um，最大粒径为12um，比表面积可以达到7000～8000cm2/g，对于裂隙宽度小于0.1mm且开度比R> 4(裂隙开度与水泥最大粒径之比)的细微裂缝具有良好的可灌性，大大地提高了围岩的灌入度，增强了围岩的灌浆效果。

在本工程输水隧洞裂缝的处理中，采用的水泥是 42.5R硅酸盐水泥，作者认为这与灌入率低有一定的关系。

4 结束语

总之，隧洞灌浆是为解决围岩存在的一些问题，其施工质量的好坏直接影响工程的运行与安全。因此，施工人员应合理理解和处理灌浆中出现的问题，如灌浆率、灌浆压力、水灰比等，才能达到最优的围岩灌浆效果，从而保证水工隧洞围岩的长期、安全承载。

参考文献

[1]侯靖.对水工隧洞固结灌浆设计有关问题的认识[J].浙江水利科技，2007(3).

[2]黄跃峰.水工隧洞灌浆施工要点分析[J].黑龙江科技信息，2012（21）.