固結灌漿在水工隧洞巖體裂隙中的應用

□馬敏□李偉亭□陳磊

（1河南省科達水利勘測設計有限公司；2河南省科達水利勘測設計有限公司；3黃河水利委員會機關服務局基建處）

固結灌漿在水工隧洞巖體裂隙中的應用

□馬敏1□李偉亭2□陳磊3

（1河南省科達水利勘測設計有限公司；2河南省科達水利勘測設計有限公司；3黃河水利委員會機關服務局基建處）

固結灌漿是針對巖石的節(jié)理裂隙發(fā)育，提高基巖抗壓強度，減少基巖變形的一種灌漿技術。該技術使用范圍廣泛，可針對不同的巖體形態(tài)特征，既能提高巖體強度又起到良好防滲的作用，因此，對水果隧洞的加固及防滲起雙重效果。文章以前坪水庫泄洪洞為例，對固結灌漿處理巖體裂隙的施工技術工藝流程進行介紹，為類似工程提供借鑒。

固結灌漿；抬動觀測；壓漿；封孔

1 前言

固結灌漿是為了改善節(jié)理裂隙發(fā)育或有破碎帶的巖石的物理力學性能而進行的灌漿工程，常在襯砌后進行巖體固結灌漿。在破碎的巖層中開挖隧洞時，為避免巖體坍塌或集中滲漏，可在開挖前進行一定范圍內的斜孔或水平孔超前固結灌漿。在防滲體底部設置混凝土墊層時，也常對墊層下部巖體進行固結灌漿。為保證灌漿質量，需在巖基表面澆筑混凝土蓋板或有一定厚度的混凝土后才進行固結灌漿。

2 工程概況

前坪水庫位于淮河流域沙潁河支流北汝河上游水庫是以防洪為主，結合灌溉、供水，兼顧發(fā)電的大型水庫。泄洪洞布置在主壩左側，包括引渠段、控制段、洞身段、消能工程段等部分?？刂贫伍l室采用有壓短管型式，洞身段采用無壓城門洞型隧洞，出口消能方式采用挑流消能。洞身段巖體陡傾角裂隙發(fā)育，裂隙走向以北西向、北東向為主，巖體多呈鑲嵌碎裂結構，完整性較差，洞體受北東向裂隙構造影響較大。洞身段末端巖體為強風化安山玢巖，圍巖類別為Ⅲ類，末端巖體強度較低，穩(wěn)定性差。為保證襯砌質量，泄洪洞使用安全，需要在模板臺車襯砌后對巖體實行固結灌漿。

3 灌漿方案及工藝

3.1 灌漿材料設備及工藝流程

3.1.1 灌漿材料

主要是水泥，擬采用P.O.42.5水泥，出廠時帶有符合GB—175中的有關規(guī)定的合格證，運入現(xiàn)場后，按批號和規(guī)定噸位作復檢試驗，各項指標均達到要求時水泥方可投入使用，否則視為不合格，作退貨處理。

3.1.2 灌漿機械

灌漿造孔采用YT27氣腿式鉆機6臺，灌漿采用7臺 HBW50/1.5型灌漿機，漿液拌制采用7臺雙筒高速攪拌機，供風和風鉆采用石方開挖的機械。

3.1.3 參數(shù)設置

隧洞灌漿參數(shù)設置，固結灌漿參數(shù)表見表1。

表1 隧洞固結灌漿參數(shù)表

3.1.4 固結灌漿工藝流程

施工準備→測量放樣→鉆抬動觀測孔→安裝抬動觀測儀→鉆灌漿孔→洗孔→壓水→灌漿→封孔→鉆檢查孔和灌后測試→聲波檢查→封孔。

3.2 安裝抬動觀測裝置

采用GJY7型灌漿自動記錄在壓水、灌漿時可以自動記錄抬動觀測值。在抬動孔完成對觀測范圍內所有孔段的觀測后，取出孔內裝置進行封孔處理，采用機械壓漿法進行封孔。抬動觀測裝置安裝示意圖1。

3.3 鉆孔

采用氣腿式風鉆造孔，先鉆灌Ⅰ序孔，待Ⅰ序孔灌完后再鉆Ⅱ序孔?？咨? m，鉆孔為鉛直孔，孔徑為42 mm。鉆孔孔位偏差應＜0.10 m。鉆孔記錄要求完整、及時、準確，對地層特殊情況要描述準確。每個鉆孔結束后，應對鉆孔進行驗收工作，合格后方可進行下道工序的施工。

3.4 洗孔

圖1 抬動觀測裝置安裝示意圖

成孔后采用高壓水進行單孔裂隙沖洗，沖出孔內巖粉等雜物，直至回水清凈為止，保證孔內沉積厚度≤20 cm，沖洗壓力可為灌漿壓力的80%，即0.40 MPa。

3.5 壓水試驗

固結灌漿孔灌漿前的壓水試驗應在裂隙沖洗后進行，試驗孔數(shù)不小于總孔數(shù)的5%。灌漿前壓水試驗采用單點法，壓力可為灌漿壓力的80%，壓水時間20 min，每5 min測讀一次流量，取最后的流量作為計算流量，根據(jù)水壓力和試驗段長計算透水率。壓水試驗結果按公式計算。

式中：q——滲透率，Lu；Q——壓漿量，L/min；P——該試驗段壓力，MPa；L——試驗段長度，m。

簡易壓水試驗采用自動記錄儀，該儀器記錄相比人工更加清晰、準確，并可不間斷監(jiān)測記錄數(shù)據(jù)。在在進行上述試驗時，要時刻檢查是否存在漏水現(xiàn)象，如果漏水嚴重，壓力不足的時候，取得資料一般會存在一定的誤差，該種情況下，可忽略該試驗，考慮直接進行灌漿的方法。

3.6 制漿

灌漿采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥細度通過80μm方孔篩的篩余量≤5%；水泥漿采用北汝河河水拌制。制漿時水泥和水必須量測準確，以kg為單位，稱量誤差＜5%。水泥以袋為模數(shù)，水量由桶內的水位高度來換算。

使用灰漿攪拌機攪拌水泥漿的時間≥3 min，漿液自制備至用完的時間＜4 h。漿液由攪拌筒放入貯漿筒時應過篩。寒冷季節(jié)施工前做好機械和灌漿的防寒保暖工作，保持漿液溫度在50℃以上。

3.7 灌漿

固結灌漿采用純壓式灌漿法，按分序加密的原則進行。先灌Ⅰ序孔，后灌Ⅱ序孔。灌漿時灌漿塞止塞在孔口巖層內，灌漿段長為5 m，此時按照設計壓力0.50 MPa作為灌漿壓力，水灰比采用1∶0.50、0.50∶0.50、0.25∶0.50三個比級，以1∶0.50水灰比開灌。

在灌漿管道的進孔口位置可以安裝自動記錄儀，該處的壓力隨著回漿管開始回漿后，此時可以提升灌漿的壓力。應按試驗規(guī)定的數(shù)值提升灌漿壓力，使該壓力短時間內達到規(guī)定值，當注入漿液超過每分鐘30升時，此時應進行分階段提升灌漿壓力。

灌漿漿液變換：當達到規(guī)定的壓力后，如提升灌漿壓力，或者漿液注入量減少時，水灰比按原配合比；當注入的漿液達到300 L以上時，或者持續(xù)時間達到30 min以上時，如果不改變壓力和注入漿液數(shù)量，此時水灰比可以比原漿液提高一級水灰比；當注入率＞30 L/s或者更大的注入量，此時水灰比可以跳級提高。

灌漿過程中，應加強監(jiān)測，當觀測儀器顯示灌漿壓力值突然增大等特殊變化的情況時，應立即進行專業(yè)技術分析，找出問題，針對問題制定專項解決方案：如果管路發(fā)生堵塞應立即疏通或更換管路；如果機械發(fā)生故障應立即修理并盡快投入使用；如果壓力表突然損壞不能指示正確壓力時，應立即更換壓力表。

灌漿結束標準：在規(guī)定壓力下，當單孔注入率≤0.40 L/ min、群孔≤0.80 L/min時，延續(xù)灌注30 min后即可結束灌漿。灌漿過程中，如發(fā)現(xiàn)回漿變濃，改用回濃前水灰比的新漿進行灌注。若繼續(xù)回濃，亦可延續(xù)灌注30 min后結束灌漿作業(yè)。

3.8 特殊情況處理

3.8.1 灌漿中斷處理：

灌漿過程中，一旦發(fā)現(xiàn)中斷現(xiàn)象，應盡快予以恢復，中斷時間＞30 min應重新掃空進行灌漿。此時水灰比應選用初始注漿的水灰比的漿液進行注漿，當注漿率和中斷前接近或者保持一致，此時可以不用改變注漿的水灰比，繼續(xù)使用原水灰比及注漿率。

3.8.2 大耗漿段處理：

如果某注漿區(qū)段存在特情況等，注漿量達到設計注漿量，但是仍未完成注漿工作時，消耗漿液超出設計值過多時，應暫緩灌漿作業(yè)，進行現(xiàn)場徹底勘查，找到影響注漿的對灌漿的原因，進行專項方案分析，按照專項方案措施處理后再恢復灌漿，可以考慮降低壓力、選用抽稠漿、限制流量、間歇灌漿法進行灌注，該段經(jīng)處理未能達到設計標準的，待凝后，重新掃孔、補灌，直至達到要求為止。

3.9 封孔

封孔采用“壓力灌漿封孔法”漿液水灰比為0.50∶1；孔口段采用人工封口。每個鉆孔均應有灌漿記錄和封孔記錄。記錄應清晰、準確。

編輯：趙鑫

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1673-8853（2017）04-0052-03

2017-01-16