超前深孔預(yù)固結(jié)灌漿在不良地質(zhì)條件下的施工

孫 磊，陳光國(guó)

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

句容抽水蓄能電站地下廠房總長(zhǎng)246.5m，下部開(kāi)挖寬度25.5m，上部開(kāi)挖寬度27m，最大開(kāi)挖高度為57.55m。副廠房、機(jī)組段、安裝場(chǎng)從左到右成“一”字型布置于主副廠房洞內(nèi)，其中安裝場(chǎng)長(zhǎng)47.5m，開(kāi)挖高度25.8m。

廠房頂拱巖性主要為震旦系燈影組(Z2dn)厚層細(xì)晶白云巖、內(nèi)碎屑白云巖，幕府山組上段(∈1m2)含磷硅質(zhì)巖、含磷灰質(zhì)白云巖、磷塊巖和炮臺(tái)山組(∈1p)硅質(zhì)白云巖夾泥質(zhì)白云巖。其中安裝場(chǎng)側(cè)均為炮臺(tái)山組，標(biāo)志性巖性主要為淺灰-灰色角礫狀或碎裂狀白云巖、含硅質(zhì)白云巖，上部為灰白、灰黃及淺紫紅色薄-中薄層泥質(zhì)白云巖。地表及探洞揭露的泥質(zhì)白云巖呈薄層狀，以灰黃色為主，層面多夾泥或與硅質(zhì)白云巖互層，厚度、層序及產(chǎn)狀不穩(wěn)，巖質(zhì)較軟，多尖滅或扭曲，巖體完整性差，屬于Ⅳ～Ⅴ類(lèi)圍巖。

針對(duì)這種復(fù)雜地質(zhì)條件下特大斷面的地下洞室開(kāi)挖，若單從開(kāi)挖方法的角度是無(wú)法完全克服施工期間圍巖穩(wěn)定的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)地下洞室開(kāi)挖期間圍巖安全穩(wěn)定的系統(tǒng)分析研究，提出地下廠房安裝間開(kāi)挖前采用垂直式超前深孔預(yù)固結(jié)灌漿加固，以提高巖體的整體性和抗變形能力，確保施工安全。

2 超前深孔預(yù)固結(jié)灌漿支護(hù)應(yīng)用

初步設(shè)計(jì)于主副廠房頂部灌漿廊道內(nèi)，沿主副廠房軸線方向，在安裝場(chǎng)內(nèi)、外頂部共布設(shè)10排深孔預(yù)固結(jié)灌漿。其中5排灌漿孔分布在安裝場(chǎng)內(nèi)(廠右0+193.5～廠右0+207.0)，每排14個(gè)孔，孔斜3°～24.43°，孔深29.43m～40.29m，單孔固結(jié)灌漿段長(zhǎng)度16.08m～24.8m；另外5排灌漿孔分布在安裝場(chǎng)外(廠右0+207.0～廠右0+220.5)，每排11個(gè)孔，孔斜0°～19.97°，孔深36.88m～39.24m，單孔固結(jié)灌漿段長(zhǎng)度11.82m～13.55m。

實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在多個(gè)固結(jié)灌漿孔在同一部位開(kāi)孔的情況，鉆孔灌漿過(guò)程中容易出現(xiàn)并孔、偏孔及等凝時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，不利于施工進(jìn)度及鉆孔質(zhì)量控制。提出在保證灌漿孔排距和終孔深度不變的前提下適當(dāng)調(diào)整孔位的方案，調(diào)整后預(yù)固結(jié)灌漿孔合計(jì)共125個(gè)，鉆孔總進(jìn)尺為4197.5m，固結(jié)灌漿總長(zhǎng)度為2123.22m。超前深孔預(yù)固結(jié)灌漿布孔斷面詳見(jiàn)圖1。

圖1 超前深孔預(yù)固結(jié)灌漿布孔斷面

3 施工特點(diǎn)

(1)固結(jié)灌漿鉆孔深度大，鉆孔角度多樣且開(kāi)孔位置相對(duì)集中，不利于鉆孔質(zhì)量控制及施工和進(jìn)度管理。

(2)每個(gè)灌漿孔分灌漿段與非灌漿段，首段灌漿從孔道中部開(kāi)始，采用自上而下分段灌漿法施工。

(3)技術(shù)難點(diǎn)：首段灌漿施工時(shí)，位于孔道中部的灌漿塞周?chē)嬖跐{液繞滲封堵非灌段孔道，影響終孔后灌漿塞拔出是技術(shù)難點(diǎn)。

4 灌漿施工方法

4.1 鉆孔及簡(jiǎn)易壓水

采用XY-2型地質(zhì)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)造孔，孔徑φ76mm。由于鉆孔深度大，角度多樣，為控制鉆孔質(zhì)量，在開(kāi)孔孔深達(dá)到1.5m后開(kāi)始安裝導(dǎo)向管，導(dǎo)向管采用直徑91mm的鋼管加工，鋼管加工長(zhǎng)1.6m，外露0.1m，安裝好后用22mm的短鋼筋對(duì)孔口進(jìn)行焊接加固，加固完成后在孔口用砂漿進(jìn)行封閉。

從各序孔中選取不少于5%的孔進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，下沖洗管至孔底，采用大流量壓力水流進(jìn)行沖洗鉆孔，壓力采用灌漿壓力的80%且不大于1MPa，沖洗20min或直至孔口返清水后結(jié)束。

4.2 灌漿試驗(yàn)

為掌握該部位固結(jié)灌漿特點(diǎn)，有效指導(dǎo)后續(xù)灌漿施工，擬選定具有代表性的地段進(jìn)行生產(chǎn)工藝性試驗(yàn)，用以論證擬采用灌漿方法在技術(shù)上的可行性，施工效果的可靠性，經(jīng)濟(jì)上的合理性。確定合理的灌漿技術(shù)參數(shù)，如灌漿壓力、灌漿材料與漿液、單位注入量范圍等。灌漿參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

表1 灌漿壓力參數(shù)

表2 灌漿漿液參數(shù)

4.3 試驗(yàn)孔質(zhì)量檢查

(1)固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查同時(shí)采用鉆檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)測(cè)透水率和測(cè)定巖體彈性波波速兩種方法，彈性波波速測(cè)試宜采用聲波法或地震波法，壓水試驗(yàn)為“單點(diǎn)法”。

(2)固結(jié)灌漿壓水試驗(yàn)檢查的時(shí)間宜在該部位灌漿結(jié)束3d以后進(jìn)行，檢查孔的數(shù)量不宜少于灌漿孔總數(shù)的5%。合格標(biāo)準(zhǔn)為85%以上試段的透水率不大于設(shè)計(jì)規(guī)定，其余試段的透水率不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%，且分布不集中。

灌前灌后透水率對(duì)比分析：灌后質(zhì)量檢查孔平均透水率為0.30Lu，相比較灌前簡(jiǎn)易壓水的平均透水率3.75Lu，灌后其巖體透水率降低了86.6%。

(3)圍巖彈性波波速測(cè)試應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束14d以后進(jìn)行，質(zhì)量檢查孔由監(jiān)理工程師、設(shè)計(jì)協(xié)商后根據(jù)灌漿成果資料布設(shè)。質(zhì)量檢查孔均布置在灌漿異常及吸漿量較大的部位。斷層帶、軟弱巖帶灌后波速應(yīng)大于3000m/s，其余地帶灌后波速應(yīng)大于4000m/s。

灌前灌后巖體波速對(duì)比分析：灌后質(zhì)量檢查孔巖體波速平均值為4561m/s，灌前孔巖體波速平均值為4271m/s，灌后與灌前相比巖體波速提高了7%。

4.4 灌漿實(shí)施

由于本次深孔預(yù)固結(jié)灌漿是從孔道中部開(kāi)始進(jìn)行固結(jié)灌漿，不存在孔口段及接觸段，因此灌漿分段長(zhǎng)度按5m～7m考慮。同單元區(qū)域預(yù)固結(jié)灌漿，按照先I序孔后II序孔灌漿施工的順序進(jìn)行。采用自上而下灌漿法分段分序進(jìn)行，一泵一孔灌注。第一段及其余各段灌漿時(shí)，灌漿塞應(yīng)卡在該灌漿段段頂以上0.5m處，兩段灌漿時(shí)壓力表應(yīng)安放在回漿管路上。

灌漿漿液水灰比采用2∶1進(jìn)行開(kāi)灌，漿液比級(jí)2∶1、1∶1、0.5∶1三個(gè)比級(jí)水灰比。灌漿過(guò)程漿液轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。

(2)當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量已達(dá)300L以上，或灌注時(shí)間已達(dá)30min，而灌漿壓力和注入率均無(wú)顯著改變時(shí)，換濃一級(jí)水灰比漿液灌注。

(3)當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，根據(jù)施工具體情況，征得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師同意后方可越級(jí)變漿。

(4)灌漿前、漿液變換時(shí)、灌漿結(jié)束時(shí)均應(yīng)測(cè)量漿液密度，灌漿過(guò)程中也應(yīng)每隔15min～30min測(cè)量一次漿液密度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)漿液性能偏離規(guī)定指標(biāo)較大時(shí)，應(yīng)立即查明原因進(jìn)行處理。

4.5 封孔

每個(gè)灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后，及時(shí)申請(qǐng)監(jiān)理人驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后灌漿孔才能進(jìn)行封孔。

(1)灌漿后沒(méi)有涌水的固結(jié)灌漿孔采用“導(dǎo)管注漿封孔法”，即全孔灌漿完畢后，將導(dǎo)管下到鉆孔底部，用灌漿泵向?qū)Ч軆?nèi)注入水灰比為0.5∶1的濃水泥漿，邊注漿邊提導(dǎo)管，但必須使導(dǎo)管底口始終保持在漿面以下。

(2)灌漿后有涌水的固結(jié)灌漿孔采用“全孔壓力封孔法”，即全孔灌漿完畢后，先用導(dǎo)管注漿法將孔內(nèi)余漿置換成0.5∶1的濃水泥漿，而后將灌漿塞塞在孔口，繼續(xù)使用這種漿液進(jìn)行純壓式灌漿封孔，灌漿壓力為該孔最大灌漿壓力且不小于1.0MPa，封孔時(shí)間30min。

(3)孔口處待封孔漿液凝固以后，空余部分采用干硬性砂漿填實(shí)抹平。

5 結(jié)語(yǔ)

句容抽水蓄能電站地下廠房安裝間段地質(zhì)條件復(fù)雜，巖體完整性差，屬于Ⅳ～Ⅴ類(lèi)圍巖，開(kāi)挖施工過(guò)程存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)其頂部及周邊巖體超前進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿加固，大幅度提高了巖體的完整性，同時(shí)安裝間段洞室采用預(yù)留中隔墩的方式開(kāi)挖并遵循“短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)”的原則進(jìn)行鉆爆施工，確保了施工順利進(jìn)行。本方案的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)類(lèi)似工程提供了一定的參考價(jià)值。另外，提出首段灌漿施工時(shí)在非灌漿段采用灌水的方式，稀釋位于孔道中部的灌漿塞周?chē)@滲的漿液，避免封堵非灌段孔道，解決了終孔后灌漿塞拔出的技術(shù)難題。