浅谈HSC超细水泥在隧洞止水注浆中的应用

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 沈阳 110166)

浅谈HSC超细水泥在隧洞止水注浆中的应用

李阳

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 沈阳 110166)

在隧道施工过程中不可避免地会出现淋水段作业，在这种情况下为保证施工安全通常采用止水灌浆，由于岩体比较破碎，存在大量节理裂隙，而普通水泥注浆受颗粒粒径制约，不能很好封堵一些微小裂隙，致使注浆后仍然存在地下水通道，导致渗滴水。本文论述了在大伙房水库输水工程中，使用超细水泥(HSC)进行隧洞止水灌浆的原因、方案及主要施工工艺流程。实践证明该方案可行，可在同类工程中推广。

隧洞灌浆； 渗水； 超细水泥

1 工程概况

大伙房水库输水工程(51+390～51+965)段围岩为太古代混合岩，颜色呈灰褐色,中硬岩，新鲜岩～强风化,岩体完整性差。断层由碎裂岩及断层泥组成，富水，且地下水加剧，围岩失稳，断层宽1～2m，断层影响带内岩体中硬，微风化，颜色为紫红色；受断层影响，本段局部围岩失稳造成坍塌掉块，绿泥石化现象严重；地下水呈滴水～线流,对洞室稳定有较大影响；洞室总体不稳定。

该段围岩开挖后曾用普通水泥进行止水注浆，注浆后地下水状况与注浆前对比见表1。

表1 注浆前后对照

普通水泥止水灌浆止水效果不佳，其主要原因归结如下：

a.由于岩体比较破碎，存在大量节理裂隙，而普通水泥注浆受颗粒粒径制约，不能很好封堵一些微小裂隙，致使注浆后仍然存在地下水通道，导致渗滴水。

b.普通水泥注浆过程中，水泥随着凝结硬化，体积会产生收缩，出现微小裂隙，这些裂隙形成地下水通道，造成注浆后渗水或滴水。

2 灌浆施工的原因及方案

洞室渗滴水对后续衬砌施工有以下几个方面的不良影响：

a.混凝土表面渗水将影响衬砌外观质量，需对渗水部位处理，处理过程将耗费大量人力财力。

b.混凝土浇注过程中，由于出水点的地下水进入浇注仓面，致使混凝土水灰比发生变化，影响衬砌混凝土强度质量。

c.混凝土内部存在一些渗水通道，主要是由水泥石中或水泥石与砂石骨料接触面上各种各样的缝隙和毛细管连通起来形成的。这些通道在压力水作用下，将形成连通的渗水通道，造成混凝土表面渗水。

d.衬砌前需对出水部位挂透水管进行引排处理，造成作业循环时间增加，影响衬砌施工进度。

对此，计划对该段采用超细水泥(HSC)注浆材料进行止水灌浆。HSC注浆材料相对于普通水泥的不足有如下优点：

a. HSC注浆材料颗粒细度相对于普通水泥更高，能更好地对微小裂隙进行填充封堵，达到好的止水效果。

b. HSC注浆材料相对于普通水泥具有微膨胀性，可避免收缩引起的裂缝，有更理想的止水效果。

c.普通水泥终凝时间为6h左右，而HSC水泥则可在数分钟到数小时之间任意调整，有较好的可控性。

d.相对普通水泥，HSC水下不分散性更好，使材料的使用效率更高。

3 施工工艺流程

该段HSC灌浆施工工艺流程，见图1：

图1 施工工艺流程图

3.1 材料运输

在洞外先通过人工方式将注浆材料搬运到材料汽车上，再用材料汽车将HSC注浆材料运至施工地点，最后施工人员将注浆材料卸下并堆放整齐。

3.2 围绕节理裂隙或出水点钻设注浆孔

按照以往的施工经验，结合该段围岩出水情况，若只对出水点进行注浆，很难取得较好的注浆效果，对此就必须扩大钻孔注浆面积。

3.2.1 钻孔机具

钻孔采用YT-28型风钻，高压风源由3m3/min空压机提供。

3.2.2 孔位布置

节理裂隙止水灌浆钻孔布置是根据现场情况在节理两侧随机布孔，孔深4.0m，孔径56mm。布孔示意图见图2。

图2 节理裂隙出水注浆钻孔布置

3.2.3 钻孔的清洗

在灌浆开始前，用水(水压1MPa)或高压风对所有灌浆孔进行清洗，冲洗时将刚性塑料软管插入孔底，打开高压水或风，一边冲洗一边将软管缓慢拔出，将孔内彻底冲洗干净。

3.3 用堵漏剂封堵节理裂隙

为了使节理裂隙注浆更加有效，在注浆前对张开的节理进行封堵，封堵采用速凝型防水堵漏材料—堵漏灵对裂隙进行封堵。

3.4 安装注浆管和孔口封闭器

3.4.1 带有孔口封闭器(机械膨胀式灌浆塞)的注浆管的制作

机械膨胀式灌浆塞主要由顶管、芯管、橡胶塞等组成，顶管和芯管均采用无缝钢管制作，胶塞采用优质橡胶加工制作。结构形式见图3：

图3 机械膨胀式灌浆塞示意图

3.4.2 安装注浆管

注浆前先将注浆管深入灌浆孔内，至刚刚露出压紧螺母为止，旋紧机械膨胀式灌浆塞的压紧螺母，使胶塞膨胀卡紧。

3.5 拌制HSC注浆浆液

3.5.1 HSC技术指标

平均粒径：6～8μm；

比表面积(m2/kg)：≥700；

流动度(min)：≥380；

水下不分散性(pH)：≤10；

结石率(%)：≥98～100；

抗压强度：1d—8MPa；3d—12MPa；

3.5.2 HSC材料要求

除有特殊要求外,本灌浆材料不能与其他灌浆材料混用；产品在运输与储存时，不得受潮和混入杂物，且应与不同种类的产品分别堆放，不得混杂。在正常仓储条件下，袋装产品储存期为三个月，超过或受潮结块时应重新进行性能检验，合格后方可使用。

3.5.3 拌制HSC浆液

a.浆液拌制设备采用ZJ-400型高速搅拌机进行浆液制备。

b.制浆材料必须称重，称重误差应小于5%。

c.按水泥单液浆配制方法，先加水后加料拌制。浆液必须搅拌均匀并测定浆液浓度。

d.拌制HSC(含水细砂型)材料的水灰比为0.6和0.8(重量比)两种配比，制浆机转速1200～2000r/min，浆液搅拌时间2～3min；如果使用低速搅拌机，则搅拌时间不低于10min方可结束搅拌。

e.监测搅拌机内的浆液量，只要搅拌机内还有较多浆液，且灌浆泵还正在以慢速高压输出，就不开始新一批料的拌和，搅拌机内的拌和料应始终尽可能保持新鲜。

f.若用热水制浆，水温不得超过40℃。

g.灌浆停顿较长时间后，在开始继续灌浆之前，要求彻底清洗所有的设备和输送管路。

3.6 注浆

3.6.1 灌浆方法

采用纯压力式注浆，通过逐步提升注浆压力，将浆液注入节理缝隙，通过对节理缝隙的填补达到止水效果。

3.6.2 灌浆机具设备

灌浆采用SCB6-10型注浆机。

3.6.3 灌浆材料

HSC水泥浆液。

3.6.4 灌浆压力

灌浆压力0.3～0.6～0.9～1.2MPa逐级增加。

3.6.5 灌浆次序

应遵循由外而内、由下而上的注浆原则，最终收口于出水点位置。

3.6.6 灌浆结束标准

在灌注的过程中当灌浆压力达1.2MPa且流量小于0.4L/min时，再持续灌注10min即可停灌。

3.6.7 特殊情况的处理

a.串浆：如几个孔出现串浆，串浆孔又具备灌浆条件时，可同时进行灌浆。否则应封闭连通孔中的灌浆塞阀。

b.灌浆中断：灌浆应连续进行，如因故中断，应及早恢复灌浆，否则应根据实际情况，对钻孔进行冲洗或扫孔后恢复灌浆，恢复灌浆的压力可采用中断前的数值。

c.灌浆段注入量大，灌浆难于结束时，应控制浆液的胶凝时间、扩散度等参数或采取限压、限量、间歇灌浆等措施。

3.6.8 灌浆质量标准

a.裂隙或出水点能够达到面渗或间断滴水的效果即可认为灌浆质量达标。

b.所有钻孔、灌浆资料均应参照有关规程、规范要求整理归档。

3.7 封孔

在对出水部位进行灌浆止水处理以后，用锚固剂对灌浆孔进行封孔处理。

4 灌浆材料及设备

4.1 灌浆材料

主要为HSC(含水细砂型)、堵漏灵、止浆塞。

4.2 灌浆设备(见表2)

5 灌浆结果

HSC注浆材料颗粒细度相对于普通水泥更高，能更好地对微小裂隙进行填充封堵， 同时HSC注浆材料相对于普通水泥具有微膨胀性，可避免收缩引起的裂缝，有更理想的止水效果。

表2 灌浆设备一览

6 结 论

HSC水泥灌浆在大伙房水库输水工程淋水段中已经得到充分的推广，实践证明该方案是可行的，希望同类工程能够借鉴。

[1] SL 62—94 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

[2] SL 25—92 水利水电工程钻孔压水试验规程[S].

[3] SD 105—82 水工混凝土试验规程[S].

[4] DL/T 5100—1999 水工混凝土外加剂技术规程[S].

[5] SL 264—2001 水利水电工程岩石试验规程[S].

[6] JGJ 63—89 混凝土拌和用水标准[S].

OnApplicationofHSCSuperfineCementinTunnelWaterSealingbyGrouting

LI Yang

(Liaoning Province Dahuofang Reservoir Water Diversion Project Construction Bureau, Shenyang 110166, China)

Water drenching section operation cannot be avoided in tunnel construction process. Water sealing by grouting is usually adopted in order to ensure safe construction under the condition. Since the rock is fractured, there are a lot of joint fissures. While ordinary cement grouting is limited by particle size, and some tiny cracks can not be well plugged, thereby there is still underground water channel leading to water dripping after grouting. In the paper, reasons, plan and main construction process flow of using HSC for tunnel water sealing by grouting in Dahuofang reservoir water diversion project are described. Practice proves that the plan is feasible, which can be promoted in similar projects.

tunnel grouting; water seepage; HSC

TV42

A

1005-4774(2014)11-0010-04