聚氨酯/环氧复合化学灌浆在隧洞防渗中的应用

白 明，姚鑫晨

（1.中国神华能源股份有限公司，北京 100011；2.杭州国电大坝安全工程有限公司，浙江 杭州 310030）

0 前言

目前，随着水电开发进度的加深，各种恶劣地质条件不断显现，长隧洞、破碎岩带、泥石混合区等不时出现，特别是在有丰富地下水的地区，比如溶洞、地下河、高承压水等，影响到水电工程的安全稳定性，需要寻找可靠的方法进行防渗与加固。本文介绍了一种综合水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、环氧灌浆材料的复合化学灌浆方法，该类方法可显著提高透水岩体的防渗可靠性、岩体稳定性及耐久性，在中国西部众多大型水电站隧洞防渗加固工程中得以成功应用。

1 化学灌浆系列材料介绍

1.1 水溶性聚氨酯化学灌浆材料

LW、HW是两种快速高效的防渗堵漏、补强加固水溶性聚氨酯化学灌浆材料，成果曾荣获行业科技进步奖。LW固结体为弹性体，可遇水膨胀，具有弹性止水和以水止水的双重功能；HW固结体有较高的力学性能；这两种材料可以任意比例混合使用，从而配制出不同强度和不同水膨胀倍数的复合灌浆材料，以适应工程需要。很多情况都推荐采用LW∶HW为7∶3的配合比，材料性能指标见表1。

表1 LW/HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料主要性能指标Table 1 :Main properties of the LW/HW hydrophilic polyurethane chemical grouting material

1.2 油溶性聚氨酯化学灌浆材料

HK-9105油溶性聚氨酯化学灌浆材料是一种能快速防渗堵漏、补强加固的灌浆材料，浆液在快速反应时会产生很大的膨胀压力，促使浆液二次扩散，推动浆液向裂缝、孔隙深入渗透，故有更大的扩散和固结范围。该材料固化快、强度高、膨胀倍数大。在大流水、长通道的情况下，灌浆速度无法满足水流速度要求时，灌注水溶性聚氨酯化学灌浆材料由于浆液被水过分稀释而无法固化，满足不了堵水要求，可先灌注HK-9105油溶性聚氨酯。由于HK-9105油溶性聚氨酯为油溶性灌浆材料，浆液本身不溶于水中，能够很好地反应、堵塞在水流通道中，为后续灌注水溶性聚氨酯提供较窄的通道条件，从而保证了水溶性聚氨酯的发泡率和封堵效果。其主要性能指标详见表2。

表2 HK-9105油溶性聚氨酯化学灌浆材料主要性能指标Table 2 :Main properties of the HK-9105 hydrophobic polyurethane chemical grouting material

1.3 环氧灌浆材料

HK-G环氧灌浆材料具有渗透性好、起始粘度低、固化速度可调、固化产物强度高等特点。其对潮湿、干燥混凝土面均具有较高的粘结强度，可以对各种混凝土或者岩体结构的微细裂缝、施工缝、温度缝、岩基缝隙、疏松岩体等进行灌注，从而恢复结构整体性，达到防渗、补强、加固的目的。其主要性能指标详见表3。

表3 HK-G环氧灌浆材料主要性能指标Table 3 :Main properties of the HK-G epoxy grouting material

2 聚氨酯/环氧复合化学灌浆主要特点

（1）堵水性能强：LW/HW水溶性与HK-9105油溶性聚氨酯化学灌浆材料的结合使用，对处理大通道、大流量、高水头岩体或混凝土的堵水防渗，效果更佳。油溶性聚氨酯浆液不溶于水，可在大体积水中快速固化，迅速挤占水体空腔和水流通道，降低渗流量，甚至局部还能形成暂时的堵塞；而后用水溶性聚氨酯快速灌注已缩窄的渗流通道，使固化体完全堵塞、密封渗流通道，同时形成的弹性固化体可遇水膨胀，防止二次渗漏；

（2）抗压强度高：HK-G环氧灌浆材料粘度低、渗透性好，可渗透进疏松岩层，改善岩石强度；可灌注填充实混凝土、岩石的微细裂隙、接缝，提高其强度和完整性；

（3）与潮湿混凝土面粘结效果好：HK-G环氧灌浆材料对潮湿混凝土面具有较高的粘结性能，对水浸渍过的岩石和混凝土粘结加固效果好；

（4）施工简便：都可以使用单液泵进行灌注，操作简单。

3 应用实例介绍

3.1 工程方案介绍

西部某电站引水隧洞部分洞段围岩属于典型的细微裂隙发育段，其上部较高高程位置有持续水源补给，与该洞段围岩有很好连通性。作为砂板岩洞段有较好的隔水性，但若微细裂隙发育，则以渗透方式穿过该段形成渗滴水。通过该段上、下游堵水，所有渗水集中在该段，造成泄压不畅，形成高渗压区段，渗水压力普遍在 4.5～9.0 MPa。在混凝土衬砌后，渗压直接作用于结构上，对混凝土结构存在较大的破坏风险。而该段为微细裂隙发育段，采用常规的水泥灌浆难以灌注，水泥浆已反复灌注四次仍未解决问题。所以，针对此特殊洞段，须采用化学灌浆解决。后采用聚氨酯/环氧复合化学灌浆法处理，即在钻孔深部系统灌注聚氨酯，利用聚氨酯可灌性好、遇水膨胀的特性在深部形成外层临时阻水圈，再钻浅部孔灌注环氧材料，利用环氧树酯稳定性好、强度高的特点形成永久防渗圈。见图1所示。

3.2 总体工艺流程

其高压力渗水特殊洞段的复合化学灌浆施工工艺流程图详见图2。

图1 复合化学灌浆结构范围示意图Fig.1Diagramofthestructureofthecompositechemicalgrouting

图2 复合化学灌浆施工工艺流程图Fig.2 Technological process of the construction of the compositechemicalgrouting

3.3 灌后检查

衬后堵水灌浆按防渗固结洞段标准进行压水检查。即在2.0 MPa压水压力下，85%以上试段的透水率不大于3.0 Lu，其余试段的透水率不超过4.5 Lu，且分布不集中时为合格。灌后渗水消失，达到了防渗和加固的目的，见图3。

4 结语

图3 灌注前后对比图Fig.3Comparisonofthetunnelbeforeandaftergrouting

聚氨酯/环氧复合化学灌浆方法，作为对其它灌浆方法的补充，能解决目前多种恶劣地质条件下的防渗、加固问题，可显著提高透水岩体的防渗性能和岩体稳定性，可对渗漏混凝土层进行堵漏与加固。

利用油溶性聚氨酯浆液不溶于水且遇水固化速度快、发泡倍数大的特点，对其先行灌注，使其反应、堵塞在水流通道中，缩窄水流通道，为水溶性聚氨酯成功堵水创造条件。水溶性聚氨酯可根据现场需要配比出不同强度和不同水膨胀倍数的混合液，其遇水快速固化、膨胀，具有弹性止水和以水止水的双重功能，快速灌注缩流通道后可完全堵塞、密封渗流通道，抵抗内部水头，同时形成的弹性固化体可遇水膨胀，防止二次渗漏。环氧灌浆材料具有可灌性好、起始粘度低、固化产物强度高、对潮湿基面粘结效果好等特点，其灌注固化后能显著提高软岩、破碎岩体的力学性能，提高岩体（混凝土）的完整稳定性和耐久性。

综合水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、环氧灌浆材料的复合化学灌浆方法，满足了现阶段地质条件下的许多防渗、加固要求，技术方法也逐渐趋于成熟化，可广泛应用于类似工程中。