南水北调工程颍河倒虹吸围堰高喷灌浆施工

□颜 猛（河南省水利第一工程局）□苏红艳（新乡市水利局）

1.工程概况

颍河为一常年性河流，自北西向南东流经施工区，河谷呈“U”形，深切达13 m左右。河床宽度80～110 m，河底高程108.6～111.8 m，两岸高出河床7～13 m。枯水期水面宽60～100m，水深3.0～5.0m。洪水期水面宽约200余米，水量受上游白沙水库和纸坊水库控制。

颍河渠道倒虹吸工程为1级建筑物，导流建筑物为4级。施工导流标准选用10年一遇洪水。颍河渠道倒虹吸工程采用土石围堰保护渠道倒虹吸施工。上下游围堰均为土石围堰，堰顶高程为118.84 m，堰顶宽度8 m，迎水面、背水面高程117.36 m以上边坡坡度均为1∶2，高程117.36m以下边坡坡度自然边坡。下游围堰堰顶高程为117.26m，堰顶宽度8m，迎水面、背水面高程115.78 m以上边坡坡度均为1∶2，高程115.78 m以下边坡坡度为自然边坡。导流明渠导流时段为枯水期10月至次年5月。由于颍河渠道倒虹吸场区内地层主要有上第三系中新统洛阳组软岩和第四系松散物构成，其中粘土岩具弱透水性，砾岩、砂砾岩、泥灰岩为中等透水性。地下水位高程112.87～113.25 m。河床内为卵石层，层厚2.0～7.55 m，渗透系数0.58 cm/s，其下为隔水层粘土岩。为确保工程顺利实施，上下游围堰设计高喷灌浆防渗。灌浆材料为普通硅酸盐水泥。计划2012年5月上旬围堰内7#-22#管身混凝土和115 m高程以下堤防土石方施工完成后，对围堰进行拆除。

2.高喷灌浆施工准备

2.1 临时设施布置

布置原则：根据高压旋喷的施工特点，施工现场布置采取分区布置的方式，以利于施工总体安排管理。供电就近从上、下游侧总平布置的电源点接取，并设分盘，引到施工用电点。施工供水在原河床布置临时取水泵站，泵站采用一台13.33cm清水泵取水，经沉淀后使用。为保证制浆及清槽换浆用水，各用水点用8 m3移动式钢板水箱作为临时蓄水设施，保证用水的连续性。制浆系统根据施工面需要，在上、下游围堰防渗墙端头各布置一个集中制浆站，制浆站内布置水泥存放棚、搅拌机等设施，具体布置如下图：

集中制浆站布置示意图

考虑到防渗墙施工过程中产生废水、废浆，在每个制浆站旁设10m3沉淀池一个，沉淀池设置在围堰靠基坑一侧（上游围堰沉淀池设置在围堰下游侧，下游围堰沉淀池设置在围堰上游侧），以防废浆废水溢流到颍河河道内。沿防渗墙施工轴线布设排浆沟至施工槽段，供浆管路为2″钢管。

排污及清理：施工班组设置专职排污人员，将施工面的孔口返浆随时清理，可以采取引导、抽排等方式排至施工区内指定位置，进行集中清理。所有排水沟槽均开向围堰靠基坑一侧，使弃水流向基坑内，做到不污染颍河河道及水源。

施工照明：在工程施工期间，在上、下游工作面的适当端头位置各布置两座钢结构灯塔，各灯塔顶部安装1套3.5kW的投光镝灯，进行大面照明，同时为了补充施工面照明的亮度，在工作面布设1kW的投影灯照明。

2.2 施工道路

根据本工程施工特性，其施工道路主要施工时修建的临时便道，宽度7.5 m，纵身坡度按5%修建，临时便道可根据现场实际情况修建从而保证施工需要。

3.高喷灌浆施工程序和方法

3.1 施工准备

3.1.1 调整钻机呈水平状态，稳固后方可开孔，开孔孔位与设计偏差≯5cm。

3.1.2 采用跟管钻进至设计高程。终孔后进行孔深测量，然后进行工序验收。

3.1.3 造孔过程中，真实记录顶部回填粘土层深度、终孔孔深，以及遇卵石等情况。

3.2 施工方法

造孔采用高喷钻机XP-20型钻机，采用“跟管钻进法”造孔，孔径、孔深、孔斜以满足规范要求为准。高压灌浆泵采用SGB6-10型。先施工Ⅰ序孔、后施工Ⅱ序孔，相邻孔喷射灌浆间隔时间一般≮24h。钻喷设备的配置按照“1∶1”的比例进行配置，即一个机组的施工设备由1台高喷钻机、1台空压机和1台灌浆泵及其他必要的设备组成。高喷灌浆施工采取3管法自下而上高压旋喷的喷射方法。

3.3 施工工艺流程

测量放控制点→确定高喷孔孔位（按Ⅰ序孔和ⅠⅠ序孔）→钻机就位、钻孔→验收（主要是孔深、孔距等）→对喷管、灌浆泵、空压机、高喷机等设备进行检查、试喷→将喷管下入孔内→起拔护壁管→开喷→喷灌结束后及时对孔口进行回填浓水泥浆液。

3.4 施工参数

高喷灌浆喷射参数在现场试验后确定，参数见表1。

表1 高喷灌浆喷射参数表

3.5 高喷灌浆控制要点

3.5.1 钻孔：重点对孔位、终孔深度等项目进行控制，先导孔要高程准确，普通灌浆孔孔深不能小于先导孔孔深推测的孔深。

3.5.2 灌浆：重点对喷杆下入深度、喷射压力、浆液密度、提升速度、喷射高程等项目进行检查。其中提升速度是根据孔口返浆情况来控制。并可能分成两种情况：一是孔口不返浆，在此情况下采用精浆、减慢提升速度、复喷搭接、孔口注浆等措施来加强防渗效果；二是孔口返浓浆，此种情况可以加快提升速度，增大喷射压力来加快施工速度。

3.6 特殊情况处理

3.6.1 喷射中断。在喷射过程中因故中断，中断时间超过30 min，应准确记录位置或高程，复喷时，将喷管下入中断处以下50cm复喷搭接。如喷管下不到位，应扫孔直搭接部位以下至少50cm。

3.6.2 如冒浆过大，提高喷射压力，加快提升速度。

3.6.3 高喷灌浆过程中，如发生窜浆现象，添堵窜浆孔，等灌浆孔高喷灌浆结束后，应尽快对窜浆孔进行扫孔，进行高喷灌浆，或继续进行钻进。

3.6.4 孔口返稀浆处理。当灌浆孔附近有较大渗漏通道，孔内水位高于喷射位置即会出现这一情况，可采用减慢提升速度，反复上下复喷搭接，在该孔两边增加补强孔等措施来保证防渗效果。

4.结语

颍河倒虹吸工程是南水北调工程禹长段的关键性控制工程，围堰灌浆工程顺利实施，降低了该段管身的降水费用同时，为颍河倒虹吸7-22节管身河槽段的土石方开挖工程和混凝土工程的实施打下了良好基础。