可控挤入灌浆防渗堵漏施工工法在大建坝水电站引水隧洞加固工程中的应用

谭勇　丁剑波　蒋厚良　曾珊峰

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司　长沙市　410123）



可控挤入灌浆防渗堵漏施工工法在大建坝水电站引水隧洞加固工程中的应用

谭勇丁剑波蒋厚良曾珊峰

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司长沙市410123）

【摘要】针对大建坝水电站引水隧洞中段沿软弱夹层与破碎带存在贯通水库的集中渗漏点，引起洞身围岩的稳定变形，导致内衬钢管变形，严重影响工程效益的正常发挥，采取对软弱夹层与破碎带进行固结、防渗堵漏处理，采用可控挤入灌浆防渗堵漏施工工法对围岩变形段进行充填固结灌浆，取得了良好的工程效果，既对软弱夹层与破碎带进行了有效固结，又封堵了变形段的集中渗漏。

【关键词】可控挤入灌浆软弱夹层与破碎带充填固结灌浆

大建坝电站于水库左岸开有一直径4m的压力隧洞引水发电，自然水头24m，压力隧洞全长1 718m，装机容量为2 500 kW（2×1 250 kW），年设计发电量1 034.05万kW·h。电站主要由引水式厂房及引水隧洞、开关站等建筑物组成。引水式厂房内设2台单机容量1 250 kW轴流定浆式水轮发电机组。

隧洞围岩为中厚状白云岩、白云灰岩，其中中段局部存在软弱夹层与破碎带，隧洞与岩层走向斜交，隧洞围岩基本稳定，但节理裂隙中等发育。

引水隧洞K1+342m～K1+368m处岩体为软弱夹层与破碎带，采用钢管内衬，由于破碎带引起内衬钢管失稳变形，钢衬与岩体之间脱空严重，且在引水隧洞离进口约200m处，有集中渗漏点贯通水库，因此对该段采用可控挤入灌浆防渗堵漏施工工法进行充填固结灌浆处理。

1　充填固结灌浆方案

可控挤入灌浆是利用弹塑性浆体具有的凝结触变性特征，后续灌入的浆液在不断升高的压力作用下使先前灌入已开始初凝的浆体发生推挤剪切触变效应，不断推动浆体克服阻力向前挤入，实现浆体被灌入到受灌孔段孔隙或裂隙中，直至浆体粘滞阻力与浆体流动前沿处灌浆压力相等时，浆液停止流动，同时，高触变浆体在灌入时，也对周边岩体产生挤密固结效应，通过对灌量与灌浆压力的配合调整控制，即可实现使浆液控制在帷幕有效范围内较均匀扩散，并形成有效帷幕固结体，从而达到可控制灌浆的目的。

根据场地地质条件和需要解决的工程问题，本次充填固结灌浆选用可控挤入灌浆防渗堵漏施工工法即采用孔内阻塞，自上而下分段、挤入流动度为（70～200）mm的水泥-水玻璃双液浆液，选用专用灌浆泵实施控制灌浆。

2　充填固结灌浆施工

2.1孔位布置

本固结灌浆针对引水隧洞内管衬钢管段灌浆，采取“自上而下、孔内循环”灌浆方法，采用在沿垂直隧道轴线方向360°环形均匀布孔，排距为2m，每排8个孔，相邻排序呈梅花形布孔。见图1和图2。

2.2灌浆施工次序

灌浆施工次序：采取逐排加密的原则进行，同一排上由低部至顶部分二序孔施工，先底部、后两边再顶部，先I序、后II序。在施工两边孔时，先充填灌注，同时把相应顶部的孔位钢板割开，作为排气孔，以防灌注压力对钢管再次造成变形。

图1　隧洞固结灌浆布置平面展布图

图2　钢管灌浆1-1剖面图

2.3单孔施工流程

施工流程：放样、定孔—→第一段钻孔—→灌浆—→第二段钻孔—→灌浆—→第三段钻孔—→灌浆至结束—→锚固—→下一孔。

2.4灌浆工艺

2.4.1灌浆方法

钢管内衬段充填固结灌浆，采用“自上而下、孔内循环”灌浆法。灌浆深度为10m（底部6m），分三段钻孔灌浆，第一段2m，第二段3m（底部2m），第三段5m（底部2m），每段灌浆形成一定强度后，在原孔位下钻至下一段进行灌浆。

2.4.2灌浆阻塞器安装

固结灌浆第一段在压力钢管焊接简易孔口封闭器，采用孔口封闭灌浆；以下各段应分别阻塞在上一灌段底以上0.5m左右，阻塞不住时，可逐渐上移阻塞器，不得下移；阻塞器移动时，应保证射浆管距孔底不超过0.5m，否则应重新配制射浆管。

2.4.3灌浆压力

每孔固结灌浆分为三段施工。通过试验孔，发现因内衬钢管失稳变形，从钢管内漏水冲刷弱夹层与破碎带，造成孔隙率非常大，钻孔无回水、塌孔，吸浆量特别大。各段灌浆压力如表1。

表1　各灌浆段压力表　MPa

2.4.4灌浆材料及配比

灌浆材料主要采用水泥与水玻璃。水泥采用普通R32.5硅酸盐水泥，水玻璃：Be"=28～40，模数2.4～3.0。

本工程属于承压水条件下软弱夹层与破碎带固结灌浆，为控制浆液不致流失太远，必须使浆液在合适的时间内凝固。根据前期试验成果选择1∶1、0.8∶1 和0.5∶1三组水灰比分别掺加3%、5%、7%、10%的水玻璃四种不同掺量进行了浆液初、终凝时间、流动性、析水率的测定。可使用的配合比见表2。

表2　可使用的双液浆的配比和性能表

（1）灌浆配合比。纯水泥浆液水灰比（重量比）采用1∶1、0.8∶1、0.5∶1等三个比级，其配置见表2。

（2）开灌水灰比及变换原则。开灌水灰比一般采用1∶1。灌浆水灰比变换原则：

①灌浆过程中，如灌浆压力保持不变，注入率持续减小，或当注入率不变而灌浆压力持续升高，不得改变浆液水灰比。

②当某一级水灰比浆液的单孔注入量达1 000 L以上、而灌浆压力或注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比的浆液灌注。

③当注入率大于30 L/min时，视具体情况可越级变浓浆液水灰比。

④浆液水灰比改变后，如灌浆压力突增或注入率突减至原注入率的1/2以下时，应立即回稀至原级水灰比进行灌注，并查明原因。

2.4.5灌浆结束标准

在设计灌浆压力下，当灌浆孔段注入率不大于1.0 L/min时，延续灌注30min后可结束灌浆作业。

2.4.6灌浆后锚固

每孔灌浆结束后，在孔内插入Φ25mm螺纹纲筋，钢筋外露50mm并车丝，用浓浆补注，使钢筋固结后，加10mm钢垫板用螺母适当施加预紧力后，将螺母及钢垫板与压力钢管焊接，再打磨平整。

2.4.7灌浆施工过程中特殊情况的处理

（1）钻灌过程中如发现灌浆孔串通时，查明串通量和串通孔数、范围，并按下述方法处理：

①如串通孔具备灌浆条件时：串通孔漏水量相近，在满足设计压力和正常供浆的前提下，可将串通孔并联灌注，但应分别控制灌浆压力与钢管变形，防止压力钢管破坏，同时并联孔数不超过2个；串通孔的串通量相差悬殊时，应单机同时灌注，并分别控制灌浆压力，各自变浆，使各串通孔不发生互串现象；串通孔灌浆时，应先预留足够的排稀浆孔，一般可采取一灌一排方式间歇性（间隔时间可按15min左右控制）排放稀浆，待排浆孔排出的浆液浓度与灌浆浆液浓度一致时，将排浆孔并入串通孔组进行灌浆。

②如串通孔不具备灌浆条件时：串通孔正在钻进应立即停钻；串浆量较大时，应将阻塞器阻塞于被串孔浆部位上方（0.5～1）m处，对灌浆孔继续进行灌浆，灌浆结束后应立即将串通孔内的阻塞器取出，并扫孔、待凝后进行灌浆。

（2）大量吸浆段：灌浆过程中大量吸浆段灌入的浆量达到或超过设计确定的200 kg/m后，未出现减少迹象者，须采取间歇待凝、加大水玻璃掺合比例、预埋灌浆管灌注等措施，直至灌段达到设计结束标准。其中平均单耗最大的孔K2-I-2共灌入水泥33.1 t，达1 136.5 kg/m；K3-I-3共灌入水泥118.5 t，平均单耗1741.1 kg/m。灌注过程中，对压力钢管两端和下游出口均进行了观察，未发现漏浆现象。

3　工程施工过程控制

（1）施工前详细编制了《大建坝水电站引水隧洞加固工程施工组织设计》，施工组织设计中详细明确了设备、人员配制、各岗位人员职责、各施工工序的主要技术要求和操作流程、质量控制的主要手段和安全管理及相关措施。

（2）施工中，组织各岗位人员认真学习施工技术要求，进行层层技术、安全交底，各岗位员工职责明确，要求清晰并各自履行相应的职责，认真把好各自的工序质量关。

（3）建立关键质量控制点，编制了过程控制质量自检的相关技术要求，在孔位、孔斜、孔深、浆液密度、下管置塞、双液配合比、灌浆压力控制、提杆灌浆、结束标准、封孔、检查孔分层、套管隔离、注水试验等相应程序上均由质检、技术人员严格把关，全部施工过程中相应质量关键点均控制严密。对于施工过程中出现的特殊问题均能按要求处理，从根本上保证了灌浆质量。完成的全部钻孔中，控制到位，尤其是在出现串浆孔、其它部位冒浆这些特殊孔处理中，对被串孔进行扫孔处理，重新灌注，严格把关，串浆扫孔量达500m之多。冒浆段根据冒浆情况改变水玻璃掺量，结合短时间间歇处理，在保证不冒浆后，灌浆到位达到相应结束标准。

（4）根据灌浆先导孔和试验孔揭露的不同地质条件，及时变更相关的施工工艺，使灌浆工艺更为适应地质条件。如在朝天孔和垂直孔各个方向，分别采用不同的埋管置塞工艺，以保证灌浆效果。引水隧洞离进口约200m处，有集中渗漏点的部分，灌浆采用下套管，配套孔口封闭器或栓塞进行灌浆，确保灌注浆液在灌段内充分胶凝，取得良好的灌浆效果。

4　灌浆效果评价

大建坝水电站引水隧洞加固工程，共施工灌浆孔106孔，灌浆段长1 404m。资料统计情况表明：

（1）Ⅰ序孔单位灌入量296 kg/m，Ⅱ序孔206 kg/m，各序次上Ⅰ序＞Ⅱ序，符合逐排逐序递减的正常规律，统计情况表明，单位灌入量呈逐排逐序递减规律明显。

（2）灌浆过程中，后序孔内的承压水压力和流量明显低于先灌孔，这一现象表明通过先灌孔灌浆后固结体逐步形成，不断地封堵地层中大的漏水途径，通过后序孔灌浆的闭合，固结防渗功能不断加强，最终保证了固结体的整体形成。

（3）3个检查孔中软弱夹层与破碎带、基岩内渗透系数均＜5×10-4cm/s，满足设计要求。

（4）检查孔布置在脱空较大，串浆孔集中以及灌浆情况异常的部位，数量为灌浆孔总数的5%。经取芯检查，回填情况良好，回填体密实，岩石与压力钢管之间空隙已经被水泥浆液填满，岩石与水泥浆液胶结紧密。

5　结　论

针对大建坝水电站引水隧洞中段局部存在的沿软弱夹层与破碎带出现与库水连通的集中渗漏，引起围岩稳定变形，导致内衬钢管变形等工程问题，采用可控挤入灌浆防渗堵漏施工工法进行充填固结灌浆处理后证实，“可控挤入灌浆防渗堵漏施工工法”由于具有施工简捷、技术可靠、经济实用、防渗堵漏效果良好等优点，能克服其他防渗处理方法在松散强透水地层内难以形成固结体的困难，有效地在压力钢管周边形成固结体，既保证了压力钢管周边稳定，又将承压含水层内的水体堵在了含水层以内，确保了压力钢管的安全。

作者简介：谭勇（1983-），男，湖南郴州人，大学本科，工程师，目前从事水利水电工程施工及管理工作。

收稿日期：（2016-02-05）