HSC特种注浆材料在富水洞段止水灌浆中的应用

孔祥政

(辽宁润中供水有限责任公司，沈阳110167)

1 概 述

辽东某大型输水工程采用TBM(全断面岩石隧道掘进机)法开挖，洞线穿越查梁子河谷段长约1 100 m。查梁子河谷常年有水流通过且隧洞埋深较浅，仅约50 ～60 m，该洞段地质条件较差，围岩为凝灰质砂岩或凝灰质粉砂岩，水利工程分类为IV 类和V 类。

岩石整体性差，节理较密集，风化裂隙及构造裂隙发育，裂隙常呈微张状，个别为张开状态，少数含泥质夹层，地表水与地下水之间存在一定的水力联系。

查梁子河谷段隧洞在TBM 开挖施工过程中存在一定程度的片帮、掉块和坍塌情况，在洞室开挖后，地表河水随裂隙进入地下洞室。

因此TBM 在河谷段掘进后，地下水较发育，呈大面积淋水、线流状，局部有涌水出现，并带有一定水压，单点出水量高达约40 L/min。

为了改善洞内的施工条件，并保证二次衬砌混凝土的施工质量，阻断隧洞运行期的内外水力联系，保证隧洞的运行安全和沿线的生态环境安全，有必要在二次衬砌前采取适当方法进行止水灌浆。

2 灌浆材料的选择

灌浆材料的选择根据以下原则:

1)查梁子河谷段地质条件差，岩石非常破碎，TBM 开挖时围岩坍塌比较严重，同时又与地面有一定的水力联系，呈大面积淋水、线流状，局部有涌水出现，并带有一定水压，不利于灌浆作业。

2)采用普通水泥浆液止水灌浆虽然材料经济，但材料浪费多、固结慢因而工作时间长、止水效果也不理想。

3)化学灌浆可深入到细小的岩石裂隙中，结石强度高，固结时间可调，但材料造价太高，不经济，部分化灌材料还可能对环境和操作人员造成危害。

4)HSC 浆液在流动度、结石率上均优于普通水泥浆液，同时HSC 浆液又具有高强、早强、抗分散、高可注性等优点，适合查梁子河谷这种地下渗漏水较发育的地质情况的阻水灌浆。

综上所述，采用HSC 特种注浆材料进行阻水灌浆既可取得满意的注浆效果又能节省工程费用。

3 灌浆方法

3.1 原材料选择

注浆材料选用河北某公司生产的HSC 特种注浆材料:

1)HSC 特种注浆材料是在特制的硫铝酸盐水泥中添加专用外加剂，再经过粉磨和混拌工艺加工制成。

2)HSC 特种注浆材料属超细水泥灌浆材料、其可灌注性好、凝结时间可根据施工要求调整、结石强度高、注浆时对岩层扰动小。

3)HSC 特种注浆材料可注入较微小的岩石缝隙，承压水不会推移围岩中已注入的浆液，特别适用于含水粉细砂、含淤泥质、地应力较高的软弱破碎围岩等难注入浆液的地层的注浆加固［1］。

4)HSC 特种注浆材料的技术指标为:粒径:6 －8um;结石率:98 ～100%;流动度:400 m。

浆液拌制用水可使用符合JGJ63—89 第3.0.4条规定的清水，水温≤40℃。

3.2 灌浆设备选择

根据本工程的灌浆强度要求和地下水压情况选用SGD6—10、100/100 型灌浆泵，其注浆压力和排浆量可根据施工需要而调整。制浆使用ZJY400 型高速制浆机(搅拌转速为1 000 r/min)，配套选用J600型储浆搅拌机，使用GJY 型记录仪进行灌浆记录。选用能承受1.5 倍最大灌浆压力的高压胶管输送浆液，灌浆泵出口和灌浆孔口处安装隔膜压力表，用于观察灌浆压力。使用3 m3/min 电动空压机驱动YT－28 型凿岩机钻灌浆孔。

3.3 注浆孔布置

根据查梁子已揭露洞室渗漏水情况，地下水发育、渗漏水严重部位主要呈现为3 种情况:

1)大的基岩裂隙出水;

2)节理密集带大面积淋水、线流;

3)单点涌水。

针对洞室围岩的这3 种出水情况，注浆孔布置方案如下:

3.3.1 基岩裂隙出水

对于岩石完整，单纯基岩裂隙出水情况，沿裂隙两侧布置灌浆孔，采用骑缝或斜孔穿缝布置，灌浆孔与基岩裂隙相交，并在裂隙部位钻设2 ～3个导水孔，集中引排水、卸压。注浆孔间距1.5 ～2.0m，孔深3.5 ～5.0m，钻孔直径φ42 mm。导水孔沿裂隙出水点布置，导水孔深3.5 m，孔径φ42 mm，安装导水管集中引水。

3.3.2 节理密集带大面积淋水、线流出水

对于节理密集带淋水、线流出水情况，沿节理、裂隙密集带梅花形布孔，采用骑缝布置，并用胶泥封闭大的出水裂隙，布孔排距1.5 ～2.0m，孔深3.5 ～5.0m，钻孔直径φ42 mm。导水孔在节理裂隙出水点布置，导水孔深3.5 m，孔径φ42 mm，安装导水管集中引水。

3.3.3 单点涌水布孔

对于单点涌水情况，沿涌水点周围梅花形布置注浆孔，布孔间距1.5 ～2.0m，孔深5.0m，孔径φ 42 mm，在出水点安装导水管排水。

3.4 钻孔、清洗

灌浆孔的钻孔利用自制灌浆平台和人工操作YT28 钻机进行钻孔，孔径为φ42，孔深为3.5 ～5.0m，孔间排距为1.5 ～2m。钻孔结束后立即使用水压为灌浆压力80%的清水对钻孔进行压力冲洗，洗出钻孔内的岩粉和杂质，回水清洁时结束。清洗用水的压力一般不＞1.0MPa。钻孔时存在坍塌现象或出水量较大并带有一定水压的钻孔应通过现场试验确定是否需要冲洗以及采用何种冲洗方法。

3.5 裂隙封堵

为减少漏浆、节约成本、保证止水灌浆的施工效果，对于构造裂隙发育，裂隙常呈微张状、张开状态的出水部位，在灌浆前使用清水和压缩空气把裂隙冲洗干净，然后采用水玻璃水泥或堵漏剂进行封堵。

3.6 止浆塞制作和安装

止浆塞采用螺杆压缩式胶球灌浆塞，胶球塞的膨胀部分由实体天然橡胶材料构成，通过设置在孔口的螺杆装置对胶球施加压力，迫使胶球止浆。

钻孔、冲孔结束，将注浆管与螺杆压缩式胶球灌浆塞连接插入灌浆孔内，止浆塞达到设计位置，旋紧螺杆使胶塞膨胀，与注浆孔孔壁挤压紧实，防止漏浆。

3.7 灌浆

用止浆塞封闭孔口后采用全孔一次纯压式HSC单液灌注，一般情况下注浆压力应高于围岩出水压力0.5MPa且≤4 MPa。注浆时应使注浆压力尽快达到设计压力，并注意观察浆液的凝结时间，灌浆时间一般应控制在45min 以内，以防止浆液凝固而堵塞泵管。

止水灌浆顺序应先远后近，先灌注无水的孔，后灌注有水的孔，最后灌注导水孔。水平缝应由一端向另一端逐孔灌入，竖直缝应由下往上逐孔灌入，节理密集带由外向内，自下而上灌入。

3.8 灌浆结束标准

当灌浆压力上升到了4.0MPa，灌浆段的吸浆量仍然较大，但≤10 L/min时，可再继续灌浆15 min后结束灌浆工作;最后进行导水孔封孔灌浆，灌浆压力达到0.5 MPa，灌浆段的吸浆量≤10L/min 时，可再持续灌注10min 后结束灌浆工作［2］。

4 灌浆施工质量控制措施

灌浆施工质量控制包含施工为检测、跟踪检测、记录制度、质量检测4个方面的内容:

4.1 施工前检测

施工前对注浆进行检测，提前选配好浆液配合比。灌浆材料要满足灌浆质量要求，浆液材料必须具有出厂合格证和检验报告单。灌浆用HSC 注浆材料要求新鲜，受潮结块的不准使用;出厂时间超过3个月的HSC 注浆材料经检验合格后方可使用。

4.2 跟踪检测

施工中安排试验人员跟班作业，及时取样，跟踪检测，对灌浆工艺实行全过程跟踪检测。保证施工质量检验频率。

4.3 记录制度

实行施工工序验收三检制，所有检测项目均按监理工程师要求进行记录(如实填写监理公司下发的灌浆记录表，请现场监理工程师确认)，保证记录完整，汇总形成报告，并及时上报，采用灌浆记录仪自动记录浆液的消耗量。

4.4 质量控制

加强施工现场控制，安排专职质检人员对注浆施工质量进行控制，认真执行现场施工技术规程，精心组织施工，对违章施工者严格按照施工质量奖罚条例对责任者进行处罚。

5 结 语

在有水压的富水洞段阻水灌浆施工中，采用HSC 特种注浆材料是适用的，可以节省工期、降低造价，同时取得较满意的阻水效果，对类似工程施工有一定的借鉴价值。

［1］徐利芬，冀红伟. 浅谈采用HSC 新型灌浆材料进行隧洞阻水灌浆的方法［J］. 水电站设计，2009(04):74 －75，106.

［2］路广平，赵丽丽，韩靓靓. 固结灌浆技术在大伙房输水工程六河不良地质段的应用［J］. 水利建设与管理，2009(11):67 －69.