隧洞寬大裂隙段空腔回填灌漿施工技術(shù)

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

南總干渠首部取水隧洞位于向家壩水電站右岸，全長(zhǎng)4.8km，S2#支洞控制段上游樁號(hào)南取4+139.00～4+187.00隧洞段，洞段長(zhǎng)度48m，開(kāi)挖時(shí)該段巖性為Ⅴ類(lèi)，地質(zhì)情況為紫紅色泥巖，強(qiáng)度低，自穩(wěn)性差，掌子面局部滲水，底部有成股水流出，存在由于巖體陡傾角節(jié)理裂隙錯(cuò)動(dòng)、張開(kāi)而形成的空腔，空腔最大寬度約1m，洞頂以上最大深度超過(guò)3m，空腔走向?yàn)檠囟摧S線(xiàn)方向延伸，走向與洞軸線(xiàn)成10°～15°交角。其中樁號(hào)4+175、樁號(hào)4+159兩處在開(kāi)挖過(guò)程中洞頂出現(xiàn)規(guī)模較大的塌方情況。在開(kāi)挖階段該洞段空腔部位采用C25混凝土進(jìn)行了空腔回填，回填深度約1.5m，在洞內(nèi)二襯階段采用針梁臺(tái)車(chē)進(jìn)行該段的混凝土襯砌施工。襯砌后灌漿階段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，洞頂仍有滲水通道造成滲水從巖體內(nèi)流出至洞內(nèi)，研判該段原回填混凝土之上仍有寬大裂隙且仍可能存在空腔。為保證寬大裂隙段隧洞結(jié)構(gòu)安全，需對(duì)空腔進(jìn)行灌漿處理密實(shí)后，再進(jìn)行該段常規(guī)回填灌漿及固結(jié)灌漿施工。

2 施工布置

2.1 灌漿管路布置

寬大裂隙段空腔回填灌漿吃漿量較大，采用集中式制漿經(jīng)輸漿管路輸送至灌漿孔內(nèi)。制漿平臺(tái)采用架管搭設(shè)于S2#支洞洞口右側(cè)，搭設(shè)高度離地50cm，水泥儲(chǔ)存量約40t。采用1臺(tái)800L高速制漿機(jī)制漿，1臺(tái)3SNS注漿泵送漿，送漿管路采用φ25鍍鋅管300m從灌漿區(qū)域接至制漿站，灌漿區(qū)域布置1臺(tái)3SNS灌漿泵，1臺(tái)800L儲(chǔ)漿桶，2臺(tái)200L雙層儲(chǔ)漿低速攪拌桶，1臺(tái)JTTM-Ⅵ型自動(dòng)灌漿記錄儀。集中制漿站布置如圖1所示。

圖1 集中制漿站布置

2.2 排污系統(tǒng)布置

現(xiàn)場(chǎng)廢棄漿液經(jīng)污水泵抽排至廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)由S2#支洞處設(shè)置多級(jí)(10級(jí))廢水沉淀池組成，沉淀池采用磚砌結(jié)構(gòu)，水泥砂漿抹面。洞內(nèi)污水由最高級(jí)沉淀池逐級(jí)流至最低級(jí)沉淀池后，再通過(guò)水泵抽至集中制漿系統(tǒng)用水管路中。通過(guò)污水循環(huán)利用系統(tǒng)，保證廢水不外排至市政管網(wǎng)中，做到了廢水零排放。定期人工進(jìn)行沉淀池淤泥裝袋清除。另專(zhuān)門(mén)安排2名清渣人員對(duì)作業(yè)面的巖粉、棄漿進(jìn)行清渣裝袋，并運(yùn)至洞外指定堆放點(diǎn)，然后集中轉(zhuǎn)運(yùn)至業(yè)主指定渣場(chǎng)。廢水循環(huán)利用系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 廢水循環(huán)利用系統(tǒng)示意

2.3 施工平臺(tái)布置

根據(jù)寬大裂隙段鉆灌施工作業(yè)特點(diǎn)，該段配置了一臺(tái)鉆孔臺(tái)車(chē)、一臺(tái)灌漿臺(tái)車(chē)，鉆灌臺(tái)車(chē)采用鋼管拼接而成，臺(tái)車(chē)行走輪采用14寸輪轂空心胎，每一層鉆孔平臺(tái)可控制左右對(duì)稱(chēng)3～4孔，鉆孔時(shí)，鉆孔臺(tái)車(chē)左右兩端由絲杠加墊木頂緊于混凝土面，保證了鉆孔臺(tái)車(chē)的穩(wěn)定性，臺(tái)車(chē)自重約1t，2人推行輕松自如。鉆灌施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 鉆灌施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)

2.4 灌漿孔位布置

根據(jù)前期開(kāi)挖襯砌資料顯示，寬大裂隙及空腔走向主要位于頂拱位置，為保證灌漿效果及質(zhì)量，在該洞段頂拱60°范圍，與裂隙及空腔走向一致均勻布置。48m洞長(zhǎng)頂拱沿洞軸線(xiàn)偏右側(cè)共計(jì)布孔48孔，每排3孔，排距3m，進(jìn)行該洞段的空腔裂隙灌漿處理?？涨徊课灰?jiàn)圖4，部分灌漿孔位布置見(jiàn)圖5所示。

圖4 空腔部位示意

圖5 部分灌漿孔位布置展開(kāi)圖

3 實(shí)施方案

3.1 灌前方案分析

考慮到該段開(kāi)挖階段回填混凝土以上空腔位置可能存在二次坍塌，形成一定的堆積體，因此，該范圍內(nèi)灌漿采用回填灌漿與固結(jié)灌漿相結(jié)合的方式進(jìn)行。即在鉆孔過(guò)程中確定是否存在大的空腔裂隙或坍塌。在鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后，根據(jù)空腔裂隙所處位置，主要考慮了四種可能出現(xiàn)的情況：

(1)無(wú)大空腔裂隙情況，對(duì)頂拱回填灌漿后直接采用固結(jié)灌漿方式處理；

(2)若鉆孔后出現(xiàn)二次坍塌的堆積體，空腔在堆積體以上，采用預(yù)埋灌漿管或下射漿管至設(shè)計(jì)孔深，采用先回填后固結(jié)方式，在回填灌漿結(jié)束后待凝24h，掃孔至設(shè)計(jì)孔深，再進(jìn)行固結(jié)灌漿；

(3)若預(yù)埋灌漿管或下入射漿管超過(guò)洞徑，可采取分節(jié)對(duì)接下入；

(4)襯砌混凝土以上全部為空腔，則預(yù)埋灌漿管或下射漿管至設(shè)計(jì)孔深，進(jìn)行空腔回填灌漿。

3.2 鉆孔施工過(guò)程分析

鉆孔采用一臺(tái)YGZ-90圓盤(pán)鉆機(jī)風(fēng)水聯(lián)合鉆孔。鉆孔入巖深度設(shè)計(jì)值6m，首先進(jìn)行該段兩處較大塌方處(樁號(hào)4+159、4+173)鉆孔，施工完畢后再?gòu)南掠沃辽嫌沃鹋胚M(jìn)鉆孔，鉆進(jìn)過(guò)程中詳細(xì)做好施工記錄，包括孔內(nèi)浸潤(rùn)、滴水失水、塌孔、脫空等現(xiàn)象記錄。為防止鉆孔孔數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致灌漿過(guò)程中出現(xiàn)頻繁串漿現(xiàn)象，避免過(guò)多重復(fù)掃孔，確定每次新開(kāi)孔不超過(guò)2孔，待新開(kāi)孔灌注完成后，再進(jìn)行新開(kāi)鉆孔。鉆孔情況記錄見(jiàn)表1。

根據(jù)表1可以看出，在11排、10排(樁號(hào)4+166.5、4+169.5)鉆孔過(guò)程中探明有較大空腔，最大脫空超過(guò)8m。在第2、3排及第6排(樁號(hào)4+142.5、4+145.5、4+154.5)鉆孔過(guò)程有塌孔現(xiàn)象及遇軟弱巖層，從表1鉆孔情況來(lái)看，14-2(樁號(hào)4+178.5)灌前有涌水情況，7-1(樁號(hào)4+157.5)灌前有呈線(xiàn)狀滴水，8-1(樁號(hào)4+160.5)兩孔在鉆孔打開(kāi)后，有滲水現(xiàn)象，5-1(樁號(hào)4+151.5)在灌注過(guò)程中發(fā)現(xiàn)周邊裂隙有浸潤(rùn)現(xiàn)象。大部分孔段在鉆孔中存在失水或輕微失水現(xiàn)象?？梢?jiàn)該區(qū)段地質(zhì)情況較差，裂隙發(fā)育。

3.3 灌漿過(guò)程處理措施

該段空腔回填灌漿采用3SNS高壓注漿泵，三參數(shù)純壓式灌注，灌前下入射漿管距孔底50cm，灌漿壓力0.3MPa，灌漿結(jié)束壓力0.2MPa～0.3MPa，水灰比0.5∶1。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力，灌漿孔停止吸漿持續(xù)10min結(jié)束灌漿。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，灌漿過(guò)程中遇吸漿量較大情況須采取限流、間歇及待凝措施。注入率限流控制由開(kāi)始50L/min逐漸調(diào)整至30L/min以下；每灌注灰量由最初20t調(diào)整至5t；注入率、壓力無(wú)顯著改變，采取間歇措施，間歇時(shí)間20min。當(dāng)累計(jì)注灰量達(dá)到15t，則采取待凝措施，待凝時(shí)間不小于8h，當(dāng)該孔連續(xù)待凝3次，則該孔暫不進(jìn)行灌注，轉(zhuǎn)至下一孔灌注。灌漿過(guò)程中出現(xiàn)的特殊情況也詳細(xì)記錄，見(jiàn)表2。

表2灌漿過(guò)程中特殊情況記錄

3.4 灌后情況分析

表3各排注入量分布統(tǒng)計(jì)

寬大裂隙段空腔回填灌漿共計(jì)48孔，正常結(jié)束48孔累計(jì)注灰3379.2t。從表2灌漿特殊情況及現(xiàn)場(chǎng)灌漿情況來(lái)看，部分孔存在串孔現(xiàn)象，說(shuō)明巖層中橫向裂隙較為發(fā)育。從表3及灌漿情況來(lái)看，吸漿量較大孔段主要集中在第2、5、7、8、10、11排，且有大部分孔段在灌注3次待凝后仍未能結(jié)束，仍持續(xù)灌注多次最終達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

灌漿結(jié)束孔灌漿壓力最大值0.36MPa，最小值0.20MPa，均達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)束要求。從灌漿壓力來(lái)看，大部分孔在待凝3次后未正常結(jié)束，壓力也已逐步升壓已有結(jié)束趨勢(shì)并繼續(xù)灌注多次達(dá)到了設(shè)計(jì)結(jié)束壓力值標(biāo)準(zhǔn)，但在升壓后，注入率也會(huì)隨之增大。

4 試驗(yàn)檢測(cè)

寬大裂隙段常規(guī)固結(jié)灌漿施工結(jié)束后，對(duì)該段進(jìn)行了檢查孔布孔并作壓水試驗(yàn)，根據(jù)灌漿成果，布孔位于灌漿量較小或者灌漿量較大區(qū)域，或者灌漿異常區(qū)域，按照灌漿總孔數(shù)10%比例共布置5孔，分別對(duì)檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見(jiàn)表4。

表4檢查孔壓水試驗(yàn)成果

從以上檢查孔壓水試驗(yàn)成果可以看出：各檢查孔壓水試驗(yàn)透水率均符合設(shè)計(jì)要求，最大透水率為2.31Lu，最小透水率為0.04Lu，各孔透水率均小于設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)3.0Lu，由此表明灌漿效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合向家壩水電站南總干渠取水隧洞工程施工實(shí)例，對(duì)于隧洞圍巖類(lèi)別差，巖體破碎，存在由于巖體陡傾角節(jié)理裂隙錯(cuò)動(dòng)、張開(kāi)而形成的空腔的灌漿施工，通過(guò)對(duì)灌漿布置、針對(duì)性的實(shí)施方案、加強(qiáng)環(huán)水保措施等技術(shù)手段，增強(qiáng)主體結(jié)構(gòu)的承載力，原灌前大滲水點(diǎn)已停止?jié)B水，個(gè)別點(diǎn)狀滲水部位也無(wú)浸潤(rùn)痕跡，試驗(yàn)檢測(cè)合格，說(shuō)明灌后對(duì)該段圍巖滲水通道有了顯著的封堵效果，起到顯著的防滲作用，對(duì)類(lèi)似取水隧洞工程寬大裂隙回填灌漿施工具有一定的借鑒作用。