超前灌浆与超前小导管注浆在大盈江隧洞施工中的应用

2012-02-26胡鑫

东北水利水电 2012年6期

关键词：隧洞浆液灌浆

胡鑫

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁本溪 117100）

超前灌浆与超前小导管注浆在大盈江隧洞施工中的应用

胡鑫

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁本溪 117100）

隧洞施工的突水、突砂、塌方是影响隧洞安全施工的常见地质灾害，潜埋与河谷通过段的隧洞有水量大、水头压力高、补给丰富的特点。云南德宏州大盈江水电站江引水隧洞，通过超前预灌浆浆解决涌水突砂，通过小导管灌浆解决不良地质洞段塌方，为同类地质条件隧洞的施工提供了宝贵经验。

超前灌浆；超前小导管注浆；大盈江隧洞

1 概述

大盈江水电站引水隧洞位于云南省德宏州盈江县境内。隧洞长14 km，开挖断面为圆形，洞径9.7 m。其中Ⅱ类围岩占隧洞总长的10%，Ⅲ类围岩占隧洞总长的35%，Ⅳ类围岩占隧洞总长的45%，Ⅴ类围岩占隧洞总长的10%。隧洞穿越4条峡谷河流，最小埋深只有30 m，地质条件极为复杂，隧洞为新奥法钻爆施工，施工中遇到的主要不良地质洞段是涌水、突砂与塌方，这些地质灾害中的涌水与突砂主要采用了超前灌浆，塌方采用了超前小导管的工程措施，这两项灌浆方案有效地控制了地质灾害，安全地实现了隧洞的贯通，特别是实现了浅埋洞段的顺利通过。

2 超前灌浆对潜埋洞段涌水突砂的处理

2.1 超前灌浆工艺

大盈江隧洞潜埋洞段与地表水有着明显的渗漏通道，施工中通过超前钻探与TSP地质预报，探明前方掌子面的漏水量后，主要采用超前预注浆的方法将渗水隔离在开挖断面的围岩之外。超前灌浆主要分钻孔与灌浆，其工艺流程见图1。

2.2 超前灌浆方法

超前灌浆采用分序加密的原则进行，分序序数采用Ⅱ序，采用孔内循环式灌浆法，分段钻进和灌浆，每段段长5～8 m。为保证对灌浆的有效性控制，在整个过程中（包括压水试验）使用灌浆自动记录仪进行时时跟踪记录。

2.3 超前灌浆钻孔

超前灌浆的钻孔按设计要求指定的孔位，采用地质钻机钻孔，孔深和孔向均依据超前勘探孔所揭示的地质情况，设计孔深为5～8 m；钻孔按灌浆程序分序分段进行；钻孔过程中进行孔斜测量，并采取措施控制孔斜，其孔底偏差以符合施工图纸规定为控制标准；钻进开孔部位采取慢速低压钻进，软弱破碎的部位采用干钻法施工，对钻孔冲洗水、钻孔压力、芯样长度及其它能充分反映岩石特性的因素进行监测和记录；钻孔结束后，对钻孔用木塞封堵进行保护。

图1 超前灌浆工艺流程图

2.4 钻孔冲洗、裂隙冲洗

钻孔冲洗采用风水联合冲洗，从孔底向孔外冲洗的方法进行；裂隙冲洗在钻孔冲洗后连续进行，其方法根据不同的地质条件，通过现场灌浆试验确定；当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24 h时，不进行裂隙冲洗。对于超前勘探孔所揭示的断层和裂隙等特殊地质条件孔段，钻孔及裂隙冲洗根据规范及批准的施工技术方案进行。

2.5 灌浆

在灌浆材料、浆液配合比符合设计要求的基础上，制浆采用搅拌桶搅浆，制浆用水的温度不高于40℃。拌制水泥浆的顺序为先加水，后加水泥，用磅秤对制浆材料称量，保证称量误差小于5%。浆液搅拌须均匀，按规定测定浆液密度控制。浆液在使用前过筛，从开始制备至用光的时间不超过4 h。细水泥浆液的搅拌加入了减水剂和采用高速搅拌，从制备至用完的时间小于2 h。浆液温度应保持在5～40℃之间。制浆水灰比严格控制，并用比重计测量准确后才能用于灌浆。

灌浆施工最大灌浆压力不超过2.0 MPa，使用的灌浆泵最大压力能达到4.0 MPa。灌浆时，第一段灌浆压力不超过0.5 MPa，第二段灌浆压力不超过1.0 MPa。灌浆压力以孔口回浆管上的压力表摆动范围的中值作为控制压力，灌浆时使压力迅速达到规定的极限压力，并且在灌浆过程中不允许降压，从而保证了在规定的恒定压力下连续灌浆。

浆液水灰比和浆液变换标准，按灌浆试验确定的水灰比施灌，水灰比采用 3∶1，2∶1，1∶1，0.5∶1（重量比）4 个比级，每段灌注的水泥浆初始浓度为3∶1。水泥浆的浓度逐渐增加浓度，浆液变换由稀到浓逐级进行改变，其变换标准为：当某一比级浆液注入量已达300 L以上，或灌注时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换成浓一级水灰比浆液灌注;当注入率大于30 L/min时，根据施工具体情况，实施可越级变浓。当灌浆压力不变，注入率逐渐减少或注入率不变而灌浆压力逐渐增加时，仍按这一浓度继续灌注。浆液浓度与注入率遵循的关系见表1。

表1 浆液浓度与注入率关系

2.6 灌浆结束标准和封孔

超前灌浆在规定的压力下，当灌浆段的吸浆量不大于0.4 L/min时、继续灌注10 min，灌浆结束，全孔灌浆结束验收合格后采用“压力灌浆封孔法”封孔，封填前将孔内污物冲洗干净，封孔做到密实、无空洞；超前灌浆结束后同时将开挖线外侧的灌浆孔回填。

2.7 特殊情况处理

大盈江水电站引水隧洞在超前灌浆过程中，对出现的冒浆、漏浆，采用了嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流间歇灌浆方法进行处理。对灌浆时发生的串浆，采用了与被串孔同时灌注。对灌浆段注入量大，灌浆难于结束时分别采用了3种方式：低压、限流、限量、间歇灌浆；浆液中掺加速凝剂；灌注稳定浆液或混合浆液等措施处理。

2.8 灌浆质量检查

所有灌浆孔结束7 d后，进行检查孔试验。检查孔数量为灌浆孔总数的5%，孔段合格率为80%以上。检查孔位置由监理和甲方商议进行布设。检查方法采用单点法压水试验，检查合格标准为在设计规定压力下，检查孔孔段岩体透水率小于0.03 L/（min·m·m）。不合格的透水率值不超过 0.05 L/（min·m·m），且不集中，灌浆质量即为合格。检查孔压水试验结束后，对检查孔进行灌浆，采用水泥砂浆将钻孔封填密实，并将孔口压抹平整。

3 超前小导管注浆

3.1 施工工艺

在断层破碎带等洞段，由于围岩易产生塌方，故施工前可采用超前小导管注浆进行预支护。超前小导管采用热扎无缝钢管加工制成，前端加工成锥形，尾部焊接加劲箍，管壁同边钻注浆孔，施工时钢管沿隧洞开挖外轮廓线布置，环向间距视围岩情况进行布置。小导管外径为φ42 mm的热轧钢管，长度3.5 m，管壁每隔10～20 mm交错钻眼，眼孔直径6～8 mm；沿隧洞纵向周边线向外以10°～30°的外插角钻孔，将小导管顶入围岩，纵向两组小导管间要有大于100 cm的水平搭接长度，小导管环向间距采用200～500 mm；小导管注浆前，在洞壁5 m范围内喷射厚为50～100 mm的混凝土封闭。采用水泥砂液浆灌注，注浆压力为0.5～1.0 MPa，并在孔口处设置能承受规定的最大注浆压力和水压的止浆塞；注浆后至开挖面的时间间隔为4～8 h，开挖时保留1.5～2.0 m的止浆墙，防止下一次注浆时孔口跑浆；同时小导管与钢支撑配合使用，其尾端置于钢支撑腹部或焊接于系统锚杆的环向钢筋，增强共同支护作用。超前小导管施工工艺图如图2所示。

图2 超前小导管工艺流程图

3.2 超前小导管施工

小导管采用地质钻机钻孔，钻机安装插管，混凝土喷射泵灌注水泥砂浆，砂浆压力0.8 MPa，沿隧洞周边向前方围岩以10°～15°的外插角钻孔；将制作好的小导管顶入围岩，纵向两组小导管间水平搭接长度大于100 cm，环向间距200～500 mm；在洞壁5 m范围内，喷射厚为50～100 mm的混凝土封闭岩面；注浆压力为0.5～1.0 MPa，同时可在孔口处设置能承受规定的最大注浆压力和水压的止浆塞；注浆结束后钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果，对未达到要求的进行补注浆。