浅孔高压固结灌浆在高水头、小断面引水隧洞中的应用

熊 天 智， 陈 彦 好

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

浅孔高压固结灌浆在高水头、小断面引水隧洞中的应用

熊 天 智， 陈 彦 好

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

以老挝南湃水电站引水隧洞为工程实例，介绍了高水头、小断面引水隧洞高压固结灌浆采用的施工方法，对弱透水岩层隧洞灌浆进行了总结分析，可为类似工程的隧洞灌浆提供参考。

老挝；南湃水电站；高水头；引水隧洞；高压固结灌浆

1 概 述

老挝南湃水电站为高水头、长引水式电站，引水系统由左岸引水隧洞和压力钢管两部分组成，总长8 247 m，其中隧洞段长6 739.4 m，压力钢管段长1 507.47 m。

引水隧洞进口底板高程为1 114 m，总长度为6 739.4 m，隧洞由3段平洞和2段竖井组成，3段平洞纵向坡度分别为i=1.7%、0.5%、0.5%。末端高程分别为1 075.04 m、848 m、629.96 m，对应长度分别为2 390.89 m、2 298.65 m、1 530 m。隧洞采用圆形平底断面，开挖洞径为4.4 m(宽2.75 m)，衬砌后底宽2.47 m。

上平段主要以常规固结灌浆(最大灌浆压力为2 MPa)作为基础处理手段，中平段和下平段为高压固结灌浆(最大灌浆压力分别为4 MPa和7 MPa，中平段为无盖重高压固结灌浆)。

引水隧洞下平段围岩以中厚层凝灰岩为主，局部间夹薄层黑色板岩或薄层凝灰岩，Ⅱ类围岩约占6.33%，Ⅲ1类围岩约占41.44%，Ⅲ2类围岩约占40.57%，Ⅳ类围岩约占11.66%。衬砌方式主要为挂网喷混凝土，极少量洞段采取钢筋混凝土衬砌、引水隧洞下平段围岩以中厚层凝灰岩为主，局部间夹薄层黑色板岩或薄层凝灰岩，Ⅲ1类围岩约占37.2%、Ⅲ2类围岩约占53%、Ⅳ类围岩约占9.8%。全洞段实施钢筋混凝土衬砌。

2 设计理念、技术参数及其工程特点

2.1 设计理念及采用的技术参数

老挝南湃水电站引水隧洞以钢筋混凝土衬砌与围岩作为联合受力体，基础灌浆的主要目的：一是为提高围岩的整体性，二是填充围岩裂隙，减少围岩透水率。该工程引水隧洞固结灌浆灌后透水率要求小于1 Lu，其相应的技术参数见表1。

表1 各部位基础固结灌浆技术参数表

2.2 工程特点

该工程高压固结灌浆的主要特点：隧洞断面小，在施工机械选择上具有较大的局限性；洞内空间过小，施工不便；局部洞段灌浆属于无盖重高压灌浆，漏浆、串浆等风险高，难度大；电站高水头高，灌浆压力高；灌后质量要求高，灌后基岩透水率不大于1 Lu。

3 所采用的施工方案

笔者以引水隧洞下平段典型的高压固结灌浆为例，论述了该工程下平段高压固结灌浆采用的施工方案及技术措施。

3.1 施工布置

(1)风水电布置。该工程施工用电为钻孔、灌浆、抽水、照明等用电，在指定变压器低压端架设240 mm2主电缆线至工作面主配电柜内，配电柜再分配至制浆站和钻孔、灌浆施工工作面。

施工用水根据施工部位的不同及现场实际情况，铺设φ80钢管或橡胶管、利用水泵抽水至制浆站、再分散到各个工作面。

施工用风为钻孔用风，在交通支洞的空压机接φ100主风管至洞内主洞以及上下游施工面。

(2)制浆系统的布置。根据该工程施工现场条件，结合本次灌浆施工特点及施工进度安排，采取集中制浆的方式制浆。在洞外搭设一个面积约80 m2的集中制浆站，可储存水泥150 t。安设2台高速制浆机、2台低速搅拌机、2台灌浆泵及供水、输浆管路系统等。输浆管路为直径30 mm的钢编管。浆液搅拌后分送至各转浆站，再由转浆站分送至各工作面。

3.2 施工材料及机械

3.2.1 水泥、掺合料及外加剂

该工程选用标号P.I 52.5水泥作为灌浆用水泥，细度要求通过80 μm方孔筛余量不大于5%，按国家和行业的有关规定，对每批次水泥进行取样检测。

该工程在施工过程中未使用任何掺合料和外加剂，均以纯水泥浆液进行灌注。

3.2.2 制浆用水

灌浆用水符合《水工混凝土施工规范》DL/T5l44拌制水工混凝土用水要求的规定。

3.2.3 施工机械

该工程主要采用的施工机械有：23 m3电动空压机、YG80导轨式凿岩机、ZJ400-A高速搅拌机、DS-1000L低速搅拌机、SGB6-10灌浆泵、SGB6-18高压灌浆泵。

3.3 高压固结灌浆施工

3.3.1 灌浆试验

该工程首先进行生产性试验灌浆。鉴于该工程下平段的地质特点，选取一处Ⅲ2类围岩作为试验区，并对Ⅳ类围岩的首次灌浆进行密切观察，确定合理的灌浆参数及灌浆工艺(灌浆压力、灌浆孔间排距等)。水泥浆液性能测试：浆液配制程序及拌制时间、浆液的稳定性，确定浆液配比。

3.3.2 孔位布置

该工程引水隧洞灌浆孔布置情况见图1。

图1 灌浆孔布置图

3.3.3 钻孔的分序与分段

该工程引水隧洞下平段由于灌后要求较高，施工难度较大，高压固结灌浆孔环间及环内均分2序施工，钻孔采用YG80导轨式凿岩机进行施工，一次性钻至终孔深度，钻头为φ50十字型钻头。

3.3.4 钻孔冲洗及压水试验

固结灌浆孔需进行孔壁和裂隙冲洗。孔壁冲洗至回水澄清后即可结束。裂隙冲洗采用压力水进行冲洗，结束标准为回水澄清后10 min或总时间不少于30 min。对于地质条件复杂的孔段，还应结合实际情况采用适宜的冲洗方法。

灌浆前，选择有代表性的孔段作压水试验，采用全孔单点压水法，压水压力为1 MPa。压水试验的目的是获得岩体灌前透水率等参数及发现混凝土缺陷处是否存在漏水、渗水等现象，以便提前进行处理。

3.3.5 灌浆方法

灌浆采用自下而上的孔口循环法进行灌浆施工，由孔底向外分段卡塞灌浆。若遇特殊地质洞段，可采取自上而下、分段灌浆及加密处理的方式予以处理。灌浆塞为φ38，L=0.5 m(橡胶段)的水囊塞。灌注第二段时，在孔口外加设长度为15 cm的护筒以保证孔内有效灌浆段长，该方法能有效防止灌浆塞外露钻孔部分因受力不均炸裂。

3.3.6 灌浆压力及变浆标准

该工程固结灌浆水灰比可采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个比级，开灌浆液水灰比选用2∶1，变浆标准执行相关规范标准，灌浆压力见表2。

表2 下平段高压固结灌浆压力控制一览表

3.3.7 灌浆结束标准与封孔

各灌浆段灌浆的结束条件应根据地质条件和工程要求确定。一般情况下，当灌浆段在最大设计压力下、注入率不大于1 L/min后继续灌注30 min即可结束灌浆。固结灌浆孔采用全孔灌浆法封孔。

3.3.8 特殊情况的处理

固结灌浆过程应密切注意混凝土有无形变、高压情况下压力是否存在突升陡降及地下水渗漏等情况。灌浆期间特殊情况的处理可参照相关施工规范要求执行。

3.3.9 质量检查方法及合格标准

该工程之高压固结灌浆工程的质量检查以采用钻孔压水试验的方法为主，检测岩体弹性波波速的方法为辅。单点压水试验检查孔的数量不应少于灌浆孔总数的5%，检测时间应在灌浆完成7 d以后，检查结束后应进行灌浆和封孔。

该工程高压固结灌浆质量压水试验检查的结果表明：其孔段合格率在85%以上；不合格孔段的透水率不超过设计规定值的150%且不集中，灌浆质量可认为合格。

4 高压固结灌浆施工情况

4.1 施工完成情况

该工程高压固结灌浆试验段累计完成高压固结灌浆钻孔80个，共计长312 m，完成水泥注浆干耗灰55.38 t。

4.2 质量检查情况

该工程高压固结灌浆试验段灌前围岩最大透水率为9.39 Lu，平均透水率为2.77 Lu。灌后质量检测得到的最大透水率为0.62 Lu，平均透水率为0.35 Lu。效果良好。

4.3 结 论

该工程高压固结灌浆施工后岩层裂隙得到了充分填充。在进行高压固结灌浆施工后，围岩的渗透性得到了明显改善，在后续的隧洞充水过程以及电站正常发电过程中，山体无明显变形发生和涌水现象，原冲沟内的水量亦无明显变化。

5 结 语

(1)该工程高压固结灌浆的特点为洞型断面小、钻孔深度浅、灌浆压力大、灌后要求高。处理该类工程时应充分考虑施工机械的实用性。该工程选用的YG80式导轨式凿岩机及SGB6-18高压灌浆泵经济适用、易于检修、拆卸方便。但该钻机在如此小断面的隧洞内移动不是特别便捷。在今后类似工程选取该种钻孔设备时，可选择制作一个小型台车，或在隧洞顶拱预埋挂钩或轨道等用于钻孔设备的移动。

(2)在进行高压固结灌浆施工前进行简易压水试验很有必要，其主要目的是检查岩层的渗透性及回填灌浆的效果。

(3)灌浆过程应逐级升压、逐级稳压，稳压过程密切关注灌浆塞的状态。该工程在实际施工过程中，少数部位出现了当压力达到5 MPa后、在稳压过程中灌浆塞因内部压力过大而出现缓慢退出灌浆孔段的现象，针对这种现象，采取机械助力的方式予以弥补，在灌浆塞末端架设了一个支架以稳固灌浆塞，实践证明效果良好。

(4)在进行高压固结灌浆施工过程中，压力越高，压力稳定性越差，会出现压力突升陡降的情况。笔者建议：今后在类似工程进行高压固结灌浆时，在灌浆塞末端加设一节灌浆管并设稳压筒，在采取了多重稳压措施的情况下，高压力情况下压力突升陡降的情况会得到一定程度的改善。

TV7;TV554;TV543+.5

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1001-2184(2017)06-0086-03

2017-06-10

熊天智(1964-)，男，四川綦江人，工程师，从事水利水电工程基础处理施工技术及管理工作；

陈彦好(1992-)，男，四川都江堰人，助理工程师，从事建设工程施工技术与管理工作.

李燕辉)