水利工程中隧洞固結(jié)灌漿施工技術(shù)分析

文 靜

（江蘇省中鐵十九局第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

0 引言

水利水電工程建設過程中的地質(zhì)條件與設計、施工方案的選擇緊密相關(guān)，相關(guān)研究學者對復雜地質(zhì)環(huán)境下的水利工程設計進行了深入研究，尤其是當前隨著社會經(jīng)濟實力的提升，工程機械設備作用能力得到顯著提高，例如在高水頭、長引水的隧洞水利工程施工中，得到廣泛應用。

在水利工程建筑物施工的過程中，固結(jié)灌漿技術(shù)應用廣泛，尤其在隧洞灌漿中，主要可分析低壓和高壓灌漿，隨著社會經(jīng)濟和水利工程技術(shù)的發(fā)展，大部分工程均采用高壓灌漿工藝，如廣州抽水蓄能電站、惠州抽水蓄能電站等水利工程中，取得良好的施工效果。

1 工程概況

某工程中，地理位置主要為37°31′，東經(jīng)101°15′。工程海拔高程在3010 m，且導流隧洞主要位于壩址左岸結(jié)構(gòu)中，斷面結(jié)構(gòu)主要采用的是城門洞型，且洞徑一般控制在7.5 m×9.0 m，頂拱的中心角一般控制在120°，洞身長度一般控制在687.0 m，襯砌的厚度一般控制在80～100 cm，并應充分的結(jié)合洞徑的尺寸7.0×7.0 m，且全長一般控制在192.6 m，襯砌的厚度設計為78 cm。

2 地質(zhì)條件

2.1 中平洞

在花崗巖體結(jié)構(gòu)中，洞頂上部結(jié)構(gòu)中覆蓋微風化巖層厚度在200 m 以上，332 m 以下。共存在7 個斷層結(jié)構(gòu)，各個斷層呈現(xiàn)階梯狀，寬0.05～2.00 m，傾度角均為陡傾結(jié)構(gòu)，且斷層的走向一般控制在洞軸線角度為35°～80°。除了整體結(jié)構(gòu)中的強風化構(gòu)造形式以外，其余結(jié)構(gòu)均為全風化后的礫石結(jié)構(gòu)，如糜棱巖。各個斷層結(jié)構(gòu)影響帶不明顯，但是對應存在的透水性能相對較好，且在地下水中均呈現(xiàn)出線流狀結(jié)構(gòu)。

2.2 斜井

深埋于項目三期的花崗巖體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并且存在有8 個斷層結(jié)構(gòu)，斷層寬度呈現(xiàn)不規(guī)律性，最大的寬度達到4 m，最小的寬度達到0.05 m，傾角也為陡傾角，且斷層結(jié)構(gòu)中的交角控制在25°以上、80°以下。開挖揭露結(jié)構(gòu)中，東西走向均為地下水呈現(xiàn)出線流狀出露，其余斷層結(jié)構(gòu)中都無地下水出露。

2.3 下平洞

洞體結(jié)構(gòu)中弱微風巖體結(jié)構(gòu)的厚度一般控制在379～501 m，且共揭露的斷層數(shù)量有8 條，最大的斷層寬度可達8 m，最小的斷層寬度可達0.03 m，且傾角均為陡傾角。段層結(jié)構(gòu)域軸線的交角位置的尺寸一般都較大，斷層結(jié)構(gòu)中對應的巖體結(jié)構(gòu)中，全部為帶有潮濕且呈現(xiàn)出地下水滲滴狀，并出現(xiàn)滲滴出露的現(xiàn)象。

2.4 高壓岔管及引水支管

深置于微風化型花崗巖體結(jié)構(gòu)中，并且花崗巖體結(jié)構(gòu)的巖層厚度一般可達346 m 以上、379 m 以下，巖體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)完整狀態(tài)，且局部存在一定的蝕變巖，用手捏容易碎，進而導致整體的影響范圍相對較小。閃長玢巖結(jié)構(gòu)域巖體的緊密結(jié)合度高，且?guī)r石結(jié)構(gòu)完整，微風化狀態(tài)，主要呈現(xiàn)出I 類圍巖。

3 灌漿施工設計參數(shù)、原則及施工工藝

3.1 灌漿參數(shù)設計

水利工程中隧洞高、低壓灌漿段的劃分應遵循項目當?shù)氐氖┕ひ?guī)范及相關(guān)技術(shù)要求，將灌漿輸水系統(tǒng)按照有關(guān)灌漿的壓力等合理劃分，并對大小洞段結(jié)構(gòu)中的灌漿壓力進行有效分析得出，灌漿壓力小于4.5 MPa 時為低壓灌漿，壓力達到4.5 MPa以上時為高壓灌漿（表1）。

表1 高壓輸水灌漿施工中的具體參數(shù)

其次，為開始灌注過程中的水灰比參數(shù)設計，應選擇合理的3∶1、2∶1、1∶1 等比級形式的水灰比灌注。開始灌注時的水灰比應控制在3∶1 的比值原則，同時利用1∶1 的漿液灌注，實現(xiàn)開罐水灰比符合設計的規(guī)范要求。

同時遵循漿液可更換的原則，漿液應由稀到稠。在灌漿過程中，應合理控制灌漿比，灌漿壓力應保持不變，且在當吸漿量呈現(xiàn)均勻減少狀態(tài)時，應將灌漿工作持續(xù)開展下去，確保灌漿過程中的注入率達到30 L/min，并可依據(jù)具體的施工情況進行有效變更處理。

3.2 施工原則分析

結(jié)合實際工程特點分析，對于某工程來說，針對當前高壓結(jié)構(gòu)的幾個部位，針對當前如何利用控制合理的灌漿壓力，并結(jié)合防治混凝土結(jié)構(gòu)進行巖體劈裂，并對整體的結(jié)構(gòu)部位進行合理控制，可有效的控制灌漿效果。

3.2.1 中平洞

主要利用環(huán)內(nèi)分序結(jié)構(gòu)，通過加密全孔的形式，保障灌漿的順序由低到高開展，并且在環(huán)內(nèi)結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)頂孔結(jié)構(gòu)的灌注。利用機械塞塞入的方式，對整體的壓力進行合理控制（一般為2.5 MPa）。為了防止抬動過程中的巖石接縫面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應采取PV 值壓力控制的方式，直到混凝土漿凝結(jié)以后，以達到設計的壓力值，確保閉漿封孔操作的順利開展。

3.2.2 下平洞

一般選擇使用環(huán)內(nèi)分層結(jié)構(gòu)，進行加密式的分段灌注，整體的施工流程也應遵循由下及上的方式，確保灌漿分兩段進行，其中第一段中主要以機械式的閉塞結(jié)構(gòu)為主，確保其壓力值應控制在4.5 MPa 以上，并實現(xiàn)逐級遞增的模式，然后再將對應機械塞結(jié)構(gòu)進行塞入，確?；炷凉墙Y(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)壓力的有效控制（一般控制在2.5 MPa）。結(jié)束以后，還要確保整個閉漿環(huán)節(jié)的有效性，進而對整體結(jié)構(gòu)進行封孔處理。

3.2.3 引水支管

鋼管段結(jié)構(gòu)應首先設計成下游兩排的形式，并利用灌注的方式，將灌注實現(xiàn)兩排中間，環(huán)內(nèi)結(jié)構(gòu)中應由底孔結(jié)構(gòu)向上灌注。

3.2.4 高壓岔管結(jié)構(gòu)

按照環(huán)內(nèi)進行分序加密處理，確?？變?nèi)結(jié)構(gòu)的分段灌注，并且要采用由低處向高處灌注的方式。施工流程中，主要按照由上及下的灌注順序，兩次的造孔操作應確保分段灌注，并且在第一段造孔灌注的過程中應鉆孔到1.5 m 處，然后將對應的機械塞結(jié)構(gòu)混入到混凝土面中，將對應的壓力控制為2.5 MPa，在進行灌注的過程中，應合理控制灌注的時間，待冷卻凝固以后將孔內(nèi)的鉆孔結(jié)構(gòu)設計孔深，將機械塞塞入到對應的巖體結(jié)構(gòu)中，同時壓力值也相應地由4.5 MPa 上升到7.5 MPa。達到7.5 MPa 以后，實現(xiàn)閉漿封孔作業(yè)。

3.2.5 斜井結(jié)構(gòu)

結(jié)合項目整體性，結(jié)構(gòu)復雜性等要求，對灌漿的過程主要采用爬升器進行牽引作業(yè)，灌漿作業(yè)的平臺結(jié)構(gòu)主要可實現(xiàn)只能從上、不能從下的原則，并且灌漿的整體流程及順序應合理地控制在逐排灌注的過程中，環(huán)內(nèi)結(jié)構(gòu)中的底孔結(jié)構(gòu)應進行逐孔灌注，并灌注的方式應實現(xiàn)與下平洞相同的灌注方式。

3.3 灌漿施工

3.3.1 灌漿施工的方案設計

在隧洞灌漿施工的過程中，應利用環(huán)內(nèi)分序的結(jié)構(gòu)和環(huán)內(nèi)加密的施工方式，對施工中存在的滲漏現(xiàn)象及時控制，處理好對應滲漏的位置，并使用加密孔的方式，對滲漏嚴重的位置進行施工應用，一般情況采用的是全斷面的固結(jié)灌漿施工法，且灌漿的長度應依據(jù)長度的變化，涌上段結(jié)構(gòu)中，主要采用上下游各延伸2 序的方式，長度大約6 m，注漿孔的間距一般控制為漿液逐步擴散停止后的1.5 倍左右，在參考洞內(nèi)結(jié)構(gòu)的固結(jié)灌漿孔的設計以后，要按照對應的排距尺寸，如3.0 m，實現(xiàn)梅花型布置，并對入巖體結(jié)構(gòu)的深度進行控制，一般設計為逐級加密的操作。由于在實際的施工開挖過程中，挖頂部結(jié)構(gòu)中會設計和預留1m的平臺結(jié)構(gòu)，因此在灌漿的過程中，應按照底板結(jié)構(gòu)的順序進行有效實施。施工中應遵循一孔一灌漿或者一序一灌漿的施工原則，并保證開展逐級施工。由于在灌漿的過程中，基本不會發(fā)生蓋重的現(xiàn)象，因此在施工的過程中，應注意冒漿、漏漿等情況的嚴重程度，在施工過程中應注意與灌漿的壓力比值，確保外側(cè)的水壓能夠進行有效的控制。

3.3.2 灌漿主要工藝及施工流程

（1）制漿系統(tǒng)的合理布置。在灌漿之前，需要整體的制漿系統(tǒng)進行合理設計，并對位置進行科學布置，在設計及布置的過程中，主要以不影響實際交通為主，實現(xiàn)采購人員進出材料的有效性、有序性，為搬運設備及材料等提供有效的運輸控制，確保灌漿系統(tǒng)及平臺具體位置的布置符合相關(guān)規(guī)范的要求（圖1）。

（2）鉆孔灌漿作業(yè)平臺的搭設設計。在鉆孔灌漿作業(yè)平臺的搭設的過程中，應首先遵循灌漿作業(yè)的便利化，主要使用的是Φ1.5 mm 鋼管結(jié)構(gòu)材料，并形成移動形式的有效的平臺結(jié)構(gòu)，在搭設5 cm 木板結(jié)構(gòu)形成鉆孔灌漿平臺結(jié)構(gòu)。

（3）鉆孔設計。鉆孔的過程中應首先采取鉆機結(jié)構(gòu)、圓盤鉆結(jié)構(gòu)及手風鉆鉆孔結(jié)構(gòu)等，對應的開孔孔徑結(jié)構(gòu)應采用75～42 mm，同時孔徑結(jié)構(gòu)及孔向應符合相應的偏差，確保輔助性測量糾編控制的合理性、科學性。在鉆孔結(jié)束以后，可實現(xiàn)對應的壓力系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)能夠符合孔內(nèi)結(jié)構(gòu)的沖洗的干凈，對應沖洗的壓力應設計為1.0 MPa，直到回水清凈為止。同時要保證鉆孔結(jié)構(gòu)沖洗和裂縫沖洗的穩(wěn)定性。

圖1 隧洞內(nèi)灌漿制漿系統(tǒng)的總體布置示意

（4）灌前簡易壓水試驗。為了實現(xiàn)有效分析將灌漿結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，灌前結(jié)構(gòu)可采用壓水試驗的方式，壓力值應控制在1.0 MPa。采用單點法的壓水試驗，在穩(wěn)定的水壓下，能夠?qū)崿F(xiàn)最大值與最小值的終值在10%以內(nèi)。

（5）灌漿方法。灌漿方法主要采用的是環(huán)內(nèi)分序逐排灌注的方式，并結(jié)合相應施工流程、施工模式等，對環(huán)內(nèi)的單號孔1 次序和雙號孔的2 次序進行合理應用。在加密孔的不同次序中，應按照灌注前的壓水試驗，合理分析壓水孔段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并利用聯(lián)合灌注的方式，盡量保障整體結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)兩個孔對稱的方式。在此灌漿法中，應禁止出現(xiàn)兩個相鄰的灌漿孔結(jié)構(gòu)中進行聯(lián)排灌漿的方式，同時應控制小范圍內(nèi)的混凝土受壓過大現(xiàn)象的影響。

（6）灌漿壓力的控制。灌漿壓力的控制過程中，要嚴格的依據(jù)相關(guān)設計、施工規(guī)范，結(jié)合實際的工程應用情況，將灌漿壓力實現(xiàn)分級控制，主要對升壓速度、灌漿的壓力控制等參數(shù)進行設計。首先，要將壓力控制在4.5 MPa 以為，作為灌漿開始的壓力，并按照施工現(xiàn)場的實際狀況，進行逐級升壓的方式，每實現(xiàn)壓力的升級都要將壓力控制在1.0 MPa 以內(nèi)，同時升壓的速率應控制在0.5 MPa/min，當達到最終的升壓數(shù)值以后，壓力穩(wěn)定；達到30 min 后，結(jié)束對應灌漿操作。在壓力上升的過程中，應加強抬動過程中的變形情況，確保抬動過程中的變形觀測值、自動報警值等能夠符合相關(guān)設計和施工規(guī)范的要求。

（7）灌漿結(jié)構(gòu)及封孔處理。灌漿施工結(jié)束的主要標志位，壓力值達到后，注入率小于2.5 L/min，并且持續(xù)穩(wěn)壓狀態(tài)在20 min后，再選擇結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束以后，為減少初期的回彈，應盡量阻止巖石裂縫中的漿液出現(xiàn)回流的現(xiàn)象，及時進行封孔處理。

4 結(jié)束語

綜上所述，本工程在施工過程中所選擇使用的隧洞固結(jié)灌漿施工方法及相關(guān)的參數(shù)設計是可行的，并且在實際施工的過程中得到良好的施工效果，施工質(zhì)量完全符合相關(guān)設計、施工及驗收規(guī)范的要求，灌漿的成果資料收集有效，這表明本工程施工中的固結(jié)灌漿效果應用有效。