聚氨酯/環(huán)氧復(fù)合化學(xué)灌漿在隧洞防滲中的應(yīng)用

白 明，姚鑫晨

（1.中國神華能源股份有限公司，北京 100011；2.杭州國電大壩安全工程有限公司，浙江 杭州 310030）

0 前言

目前，隨著水電開發(fā)進(jìn)度的加深，各種惡劣地質(zhì)條件不斷顯現(xiàn)，長隧洞、破碎巖帶、泥石混合區(qū)等不時出現(xiàn)，特別是在有豐富地下水的地區(qū)，比如溶洞、地下河、高承壓水等，影響到水電工程的安全穩(wěn)定性，需要尋找可靠的方法進(jìn)行防滲與加固。本文介紹了一種綜合水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、環(huán)氧灌漿材料的復(fù)合化學(xué)灌漿方法，該類方法可顯著提高透水巖體的防滲可靠性、巖體穩(wěn)定性及耐久性，在中國西部眾多大型水電站隧洞防滲加固工程中得以成功應(yīng)用。

1 化學(xué)灌漿系列材料介紹

1.1 水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料

LW、HW是兩種快速高效的防滲堵漏、補強加固水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，成果曾榮獲行業(yè)科技進(jìn)步獎。LW固結(jié)體為彈性體，可遇水膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙重功能；HW固結(jié)體有較高的力學(xué)性能；這兩種材料可以任意比例混合使用，從而配制出不同強度和不同水膨脹倍數(shù)的復(fù)合灌漿材料，以適應(yīng)工程需要。很多情況都推薦采用LW∶HW為7∶3的配合比，材料性能指標(biāo)見表1。

表1 LW/HW水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料主要性能指標(biāo)Table 1 :Main properties of the LW/HW hydrophilic polyurethane chemical grouting material

1.2 油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料

HK-9105油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料是一種能快速防滲堵漏、補強加固的灌漿材料，漿液在快速反應(yīng)時會產(chǎn)生很大的膨脹壓力，促使?jié){液二次擴散，推動漿液向裂縫、孔隙深入滲透，故有更大的擴散和固結(jié)范圍。該材料固化快、強度高、膨脹倍數(shù)大。在大流水、長通道的情況下，灌漿速度無法滿足水流速度要求時，灌注水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料由于漿液被水過分稀釋而無法固化，滿足不了堵水要求，可先灌注HK-9105油溶性聚氨酯。由于HK-9105油溶性聚氨酯為油溶性灌漿材料，漿液本身不溶于水中，能夠很好地反應(yīng)、堵塞在水流通道中，為后續(xù)灌注水溶性聚氨酯提供較窄的通道條件，從而保證了水溶性聚氨酯的發(fā)泡率和封堵效果。其主要性能指標(biāo)詳見表2。

表2 HK-9105油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料主要性能指標(biāo)Table 2 :Main properties of the HK-9105 hydrophobic polyurethane chemical grouting material

1.3 環(huán)氧灌漿材料

HK-G環(huán)氧灌漿材料具有滲透性好、起始粘度低、固化速度可調(diào)、固化產(chǎn)物強度高等特點。其對潮濕、干燥混凝土面均具有較高的粘結(jié)強度，可以對各種混凝土或者巖體結(jié)構(gòu)的微細(xì)裂縫、施工縫、溫度縫、巖基縫隙、疏松巖體等進(jìn)行灌注，從而恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性，達(dá)到防滲、補強、加固的目的。其主要性能指標(biāo)詳見表3。

表3 HK-G環(huán)氧灌漿材料主要性能指標(biāo)Table 3 :Main properties of the HK-G epoxy grouting material

2 聚氨酯/環(huán)氧復(fù)合化學(xué)灌漿主要特點

（1）堵水性能強：LW/HW水溶性與HK-9105油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料的結(jié)合使用，對處理大通道、大流量、高水頭巖體或混凝土的堵水防滲，效果更佳。油溶性聚氨酯漿液不溶于水，可在大體積水中快速固化，迅速擠占水體空腔和水流通道，降低滲流量，甚至局部還能形成暫時的堵塞；而后用水溶性聚氨酯快速灌注已縮窄的滲流通道，使固化體完全堵塞、密封滲流通道，同時形成的彈性固化體可遇水膨脹，防止二次滲漏；

（2）抗壓強度高：HK-G環(huán)氧灌漿材料粘度低、滲透性好，可滲透進(jìn)疏松巖層，改善巖石強度；可灌注填充實混凝土、巖石的微細(xì)裂隙、接縫，提高其強度和完整性；

（3）與潮濕混凝土面粘結(jié)效果好：HK-G環(huán)氧灌漿材料對潮濕混凝土面具有較高的粘結(jié)性能，對水浸漬過的巖石和混凝土粘結(jié)加固效果好；

（4）施工簡便：都可以使用單液泵進(jìn)行灌注，操作簡單。

3 應(yīng)用實例介紹

3.1 工程方案介紹

西部某電站引水隧洞部分洞段圍巖屬于典型的細(xì)微裂隙發(fā)育段，其上部較高高程位置有持續(xù)水源補給，與該洞段圍巖有很好連通性。作為砂板巖洞段有較好的隔水性，但若微細(xì)裂隙發(fā)育，則以滲透方式穿過該段形成滲滴水。通過該段上、下游堵水，所有滲水集中在該段，造成泄壓不暢，形成高滲壓區(qū)段，滲水壓力普遍在 4.5～9.0 MPa。在混凝土襯砌后，滲壓直接作用于結(jié)構(gòu)上，對混凝土結(jié)構(gòu)存在較大的破壞風(fēng)險。而該段為微細(xì)裂隙發(fā)育段，采用常規(guī)的水泥灌漿難以灌注，水泥漿已反復(fù)灌注四次仍未解決問題。所以，針對此特殊洞段，須采用化學(xué)灌漿解決。后采用聚氨酯/環(huán)氧復(fù)合化學(xué)灌漿法處理，即在鉆孔深部系統(tǒng)灌注聚氨酯，利用聚氨酯可灌性好、遇水膨脹的特性在深部形成外層臨時阻水圈，再鉆淺部孔灌注環(huán)氧材料，利用環(huán)氧樹酯穩(wěn)定性好、強度高的特點形成永久防滲圈。見圖1所示。

3.2 總體工藝流程

其高壓力滲水特殊洞段的復(fù)合化學(xué)灌漿施工工藝流程圖詳見圖2。

圖1 復(fù)合化學(xué)灌漿結(jié)構(gòu)范圍示意圖Fig.1Diagramofthestructureofthecompositechemicalgrouting

圖2 復(fù)合化學(xué)灌漿施工工藝流程圖Fig.2 Technological process of the construction of the compositechemicalgrouting

3.3 灌后檢查

襯后堵水灌漿按防滲固結(jié)洞段標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓水檢查。即在2.0 MPa壓水壓力下，85%以上試段的透水率不大于3.0 Lu，其余試段的透水率不超過4.5 Lu，且分布不集中時為合格。灌后滲水消失，達(dá)到了防滲和加固的目的，見圖3。

4 結(jié)語

圖3 灌注前后對比圖Fig.3Comparisonofthetunnelbeforeandaftergrouting

聚氨酯/環(huán)氧復(fù)合化學(xué)灌漿方法，作為對其它灌漿方法的補充，能解決目前多種惡劣地質(zhì)條件下的防滲、加固問題，可顯著提高透水巖體的防滲性能和巖體穩(wěn)定性，可對滲漏混凝土層進(jìn)行堵漏與加固。

利用油溶性聚氨酯漿液不溶于水且遇水固化速度快、發(fā)泡倍數(shù)大的特點，對其先行灌注，使其反應(yīng)、堵塞在水流通道中，縮窄水流通道，為水溶性聚氨酯成功堵水創(chuàng)造條件。水溶性聚氨酯可根據(jù)現(xiàn)場需要配比出不同強度和不同水膨脹倍數(shù)的混合液，其遇水快速固化、膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙重功能，快速灌注縮流通道后可完全堵塞、密封滲流通道，抵抗內(nèi)部水頭，同時形成的彈性固化體可遇水膨脹，防止二次滲漏。環(huán)氧灌漿材料具有可灌性好、起始粘度低、固化產(chǎn)物強度高、對潮濕基面粘結(jié)效果好等特點，其灌注固化后能顯著提高軟巖、破碎巖體的力學(xué)性能，提高巖體（混凝土）的完整穩(wěn)定性和耐久性。

綜合水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、環(huán)氧灌漿材料的復(fù)合化學(xué)灌漿方法，滿足了現(xiàn)階段地質(zhì)條件下的許多防滲、加固要求，技術(shù)方法也逐漸趨于成熟化，可廣泛應(yīng)用于類似工程中。