固结灌浆在水工隧洞岩体裂隙中的应用

□马敏□李伟亭□陈磊

（1河南省科达水利勘测设计有限公司；2河南省科达水利勘测设计有限公司；3黄河水利委员会机关服务局基建处）

固结灌浆在水工隧洞岩体裂隙中的应用

□马敏1□李伟亭2□陈磊3

（1河南省科达水利勘测设计有限公司；2河南省科达水利勘测设计有限公司；3黄河水利委员会机关服务局基建处）

固结灌浆是针对岩石的节理裂隙发育，提高基岩抗压强度，减少基岩变形的一种灌浆技术。该技术使用范围广泛，可针对不同的岩体形态特征，既能提高岩体强度又起到良好防渗的作用，因此，对水果隧洞的加固及防渗起双重效果。文章以前坪水库泄洪洞为例，对固结灌浆处理岩体裂隙的施工技术工艺流程进行介绍，为类似工程提供借鉴。

固结灌浆；抬动观测；压浆；封孔

1 前言

固结灌浆是为了改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学性能而进行的灌浆工程，常在衬砌后进行岩体固结灌浆。在破碎的岩层中开挖隧洞时，为避免岩体坍塌或集中渗漏，可在开挖前进行一定范围内的斜孔或水平孔超前固结灌浆。在防渗体底部设置混凝土垫层时，也常对垫层下部岩体进行固结灌浆。为保证灌浆质量，需在岩基表面浇筑混凝土盖板或有一定厚度的混凝土后才进行固结灌浆。

2 工程概况

前坪水库位于淮河流域沙颍河支流北汝河上游水库是以防洪为主，结合灌溉、供水，兼顾发电的大型水库。泄洪洞布置在主坝左侧，包括引渠段、控制段、洞身段、消能工程段等部分。控制段闸室采用有压短管型式，洞身段采用无压城门洞型隧洞，出口消能方式采用挑流消能。洞身段岩体陡倾角裂隙发育，裂隙走向以北西向、北东向为主，岩体多呈镶嵌碎裂结构，完整性较差，洞体受北东向裂隙构造影响较大。洞身段末端岩体为强风化安山玢岩，围岩类别为Ⅲ类，末端岩体强度较低，稳定性差。为保证衬砌质量，泄洪洞使用安全，需要在模板台车衬砌后对岩体实行固结灌浆。

3 灌浆方案及工艺

3.1 灌浆材料设备及工艺流程

3.1.1 灌浆材料

主要是水泥，拟采用P.O.42.5水泥，出厂时带有符合GB—175中的有关规定的合格证，运入现场后，按批号和规定吨位作复检试验，各项指标均达到要求时水泥方可投入使用，否则视为不合格，作退货处理。

3.1.2 灌浆机械

灌浆造孔采用YT27气腿式钻机6台，灌浆采用7台 HBW50/1.5型灌浆机，浆液拌制采用7台双筒高速搅拌机，供风和风钻采用石方开挖的机械。

3.1.3 参数设置

隧洞灌浆参数设置，固结灌浆参数表见表1。

表1 隧洞固结灌浆参数表

3.1.4 固结灌浆工艺流程

施工准备→测量放样→钻抬动观测孔→安装抬动观测仪→钻灌浆孔→洗孔→压水→灌浆→封孔→钻检查孔和灌后测试→声波检查→封孔。

3.2 安装抬动观测装置

采用GJY7型灌浆自动记录在压水、灌浆时可以自动记录抬动观测值。在抬动孔完成对观测范围内所有孔段的观测后，取出孔内装置进行封孔处理，采用机械压浆法进行封孔。抬动观测装置安装示意图1。

3.3 钻孔

采用气腿式风钻造孔，先钻灌Ⅰ序孔，待Ⅰ序孔灌完后再钻Ⅱ序孔。孔深3 m，钻孔为铅直孔，孔径为42 mm。钻孔孔位偏差应＜0.10 m。钻孔记录要求完整、及时、准确，对地层特殊情况要描述准确。每个钻孔结束后，应对钻孔进行验收工作，合格后方可进行下道工序的施工。

3.4 洗孔

图1 抬动观测装置安装示意图

成孔后采用高压水进行单孔裂隙冲洗，冲出孔内岩粉等杂物，直至回水清净为止，保证孔内沉积厚度≤20 cm，冲洗压力可为灌浆压力的80%，即0.40 MPa。

3.5 压水试验

固结灌浆孔灌浆前的压水试验应在裂隙冲洗后进行，试验孔数不小于总孔数的5%。灌浆前压水试验采用单点法，压力可为灌浆压力的80%，压水时间20 min，每5 min测读一次流量，取最后的流量作为计算流量，根据水压力和试验段长计算透水率。压水试验结果按公式计算。

式中：q——渗透率，Lu；Q——压浆量，L/min；P——该试验段压力，MPa；L——试验段长度，m。

简易压水试验采用自动记录仪，该仪器记录相比人工更加清晰、准确，并可不间断监测记录数据。在在进行上述试验时，要时刻检查是否存在漏水现象，如果漏水严重，压力不足的时候，取得资料一般会存在一定的误差，该种情况下，可忽略该试验，考虑直接进行灌浆的方法。

3.6 制浆

灌浆采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量≤5%；水泥浆采用北汝河河水拌制。制浆时水泥和水必须量测准确，以kg为单位，称量误差＜5%。水泥以袋为模数，水量由桶内的水位高度来换算。

使用灰浆搅拌机搅拌水泥浆的时间≥3 min，浆液自制备至用完的时间＜4 h。浆液由搅拌筒放入贮浆筒时应过筛。寒冷季节施工前做好机械和灌浆的防寒保暖工作，保持浆液温度在50℃以上。

3.7 灌浆

固结灌浆采用纯压式灌浆法，按分序加密的原则进行。先灌Ⅰ序孔，后灌Ⅱ序孔。灌浆时灌浆塞止塞在孔口岩层内，灌浆段长为5 m，此时按照设计压力0.50 MPa作为灌浆压力，水灰比采用1∶0.50、0.50∶0.50、0.25∶0.50三个比级，以1∶0.50水灰比开灌。

在灌浆管道的进孔口位置可以安装自动记录仪，该处的压力随着回浆管开始回浆后，此时可以提升灌浆的压力。应按试验规定的数值提升灌浆压力，使该压力短时间内达到规定值，当注入浆液超过每分钟30升时，此时应进行分阶段提升灌浆压力。

灌浆浆液变换：当达到规定的压力后，如提升灌浆压力，或者浆液注入量减少时，水灰比按原配合比；当注入的浆液达到300 L以上时，或者持续时间达到30 min以上时，如果不改变压力和注入浆液数量，此时水灰比可以比原浆液提高一级水灰比；当注入率＞30 L/s或者更大的注入量，此时水灰比可以跳级提高。

灌浆过程中，应加强监测，当观测仪器显示灌浆压力值突然增大等特殊变化的情况时，应立即进行专业技术分析，找出问题，针对问题制定专项解决方案：如果管路发生堵塞应立即疏通或更换管路；如果机械发生故障应立即修理并尽快投入使用；如果压力表突然损坏不能指示正确压力时，应立即更换压力表。

灌浆结束标准：在规定压力下，当单孔注入率≤0.40 L/ min、群孔≤0.80 L/min时，延续灌注30 min后即可结束灌浆。灌浆过程中，如发现回浆变浓，改用回浓前水灰比的新浆进行灌注。若继续回浓，亦可延续灌注30 min后结束灌浆作业。

3.8 特殊情况处理

3.8.1 灌浆中断处理：

灌浆过程中，一旦发现中断现象，应尽快予以恢复，中断时间＞30 min应重新扫空进行灌浆。此时水灰比应选用初始注浆的水灰比的浆液进行注浆，当注浆率和中断前接近或者保持一致，此时可以不用改变注浆的水灰比，继续使用原水灰比及注浆率。

3.8.2 大耗浆段处理：

如果某注浆区段存在特情况等，注浆量达到设计注浆量，但是仍未完成注浆工作时，消耗浆液超出设计值过多时，应暂缓灌浆作业，进行现场彻底勘查，找到影响注浆的对灌浆的原因，进行专项方案分析，按照专项方案措施处理后再恢复灌浆，可以考虑降低压力、选用抽稠浆、限制流量、间歇灌浆法进行灌注，该段经处理未能达到设计标准的，待凝后，重新扫孔、补灌，直至达到要求为止。

3.9 封孔

封孔采用“压力灌浆封孔法”浆液水灰比为0.50∶1；孔口段采用人工封口。每个钻孔均应有灌浆记录和封孔记录。记录应清晰、准确。

编辑：赵鑫

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2017-01-16