隧洞坡积物堆积地段的固结灌浆处理

宋传伟，徐爱峰，郑祥军

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276000）

大唐林州2×300 MW级热电机组引水隧洞出口位于下游坡积物堆积地层上，穿越林州断裂带，隧道工程施工以来陆续出现塌方等现象，严重影响了工程进度和施工安全。根据林州物探队对坍塌段的物探报告，坍塌区域位于桩号K3+402处，该区域形成一体积不低于1 000 m3的空腔体，2012年夏季以后洞内坍塌段已出现冒顶，洞内坍塌空隙已基本被坍塌物充填。同时，为了隧洞工程的后续施工安全，根据相关工程的施工设计和施工经验，拟对K3+388～K3+413段进行土体固结灌浆。

1 坡积物堆积地段的加固处理

根据坡积物堆积地质洞段的加固处理原则，在引水隧洞中对坡积物堆积洞段的加固处理采取以固结灌浆为主的加固处理措施，并根据坡积物堆积洞段的地址特点，在结构上采取了加厚衬砌、拱桥、管梁等措施来解决基础沉降问题。文章主要对固结灌浆处理进行论述。

1.1 灌浆试验

根据本工程施工初期的具体情况，确定在坍塌区内（K3+402～K3+403.2）进行灌浆试验，该处地质为黏土、块石充填物，黏土质软可塑，设置4个灌浆孔，施工分序、分段，在灌浆孔之间设置1个抬动观测装置，抬动变形观测派专人进行观测、记录，密切注意动态，同时严密监测岩层、洞内的变形。

试验施工中，曾多次发生下列现象：

1）串冒浆：由于沉降区土质已经开裂，部分孔底已经到达淤泥层，灌浆过程中，从别的灌浆孔口、裂缝处冒浆，淤泥从洞内被挤压出去后进行了充填固结。

2）在试验2#孔第1段时，压力达到1.0 MPa，水灰比 0.5∶1，注入率由 30 L/min 持续 15 min，增加到40 L/min持续9 min时，抬动1.13 mm，其他孔段未发生抬动。

从上述试验可得到以下结论：压力较高的Ⅰ序孔注入率明显大于Ⅱ序，反映出提高灌浆压力，特别是对泥土的灌浆压力达到1.0 MPa时，对增大注入率有明显作用。

1.2 灌浆工艺

在施工中，成孔也是非常重要的一个环节，在这种地层成孔中采用膨润土加入聚丙烯来加强黏性的方法，使塌孔、不易成孔的难题给予解决。根据上述试验结果以及施工中的实际情况，逐步调整得出适合本项工程的主要施工工艺为以下几点：

1）灌浆方法。本项目灌浆方法采用孔口管封闭和灌浆塞来阻塞，自下而上（由深到浅）分段纯压式灌浆。

2）灌浆次序。灌浆施工顺序按照先Ⅰ序、后Ⅱ序的施工顺序进行施工，奇数孔为Ⅰ序孔，偶数孔为Ⅱ序孔。

3）灌浆段长度划分和压力参数。在隧洞顶部的灌浆孔，孔底标高高出洞顶0.5 m，防止打穿洞顶，灌段长10 m，分两段灌浆，段长均为5 m。在隧洞两侧的灌浆孔，孔底标高低于洞底0.5 m，灌段长15 m，分两段灌浆，第一段为8 m，第二段为7 m。

4）灌浆方式。各段均采用纯压式灌浆方法，同序孔可进行并联灌浆，孔号不得连续，位置保证分散对称。

5）灌浆压力操作步骤。第一段灌浆（底部段）全压力为0.9 MPa,第二段灌浆（上部段）全压力为0.8 MPa。各孔各段灌浆最大设计压力值记读压力表最大摆动值，其余记读平均值。

6）灌浆浆液及变浆标准。灌浆浆液时，其浓度由稀变浓、逐级变浆，浆液水灰比比级采用2∶1，1∶1，0.7∶1，0.5∶1 四个比级，开罐的水灰比采用 2∶1浆液。灌浆过程中，当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变浆液水灰比。本项目灌浆过程中，当浆液注入量达到300 L以上，或灌注时间已达1 h，灌浆压力和注入率均无显著改变或改变不明显时，进行加浓一级灌注。当注入率大于30 L／min时，根据施工具体情况，进行越级变浓。

7）灌浆结束标准。在达到设计压力下，注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注30 min；或不大于1 L/min时，继续灌注60 min，该段灌浆可以结束，再进行封孔灌浆。本项目施工灌浆时，主要是在达到设计压力下，注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注30 min，结束该段灌浆。

8）灌浆孔封孔。固结灌浆孔全孔灌浆结束后，紧接着用水灰比为0.5∶1的浓浆进行封孔，保持0.8 MPa的压力，再持续灌注30 min，即封孔结束。小于0.5∶1浆液结束的孔段，将浆液变换为0.5∶1，保持 0.8 MPa 的压力，再持续灌注 60 min，即封孔结束。封孔灌浆阶段做好记录工作，孔口空余部分以干硬性砂浆填实抹平。

1.3 固结灌浆设计布置

根据该电站引水隧洞的具体情况，初步拟定注浆孔布设范围为塌陷区（K3+408～K3+396）、区域前 8 m （K3+396～K3+388）、 后 5 m （K3+413～K3+408），共计 25 m。 坍塌区内 K3+408～K3+396灌浆孔排距0.6 m、孔间距1.2 m梅花布置，钻孔与注浆深度控制范围为：洞壁1.5 m以外、孔深70.58 m，注浆深度为15 m，分段注浆；洞顶孔深65.63 m，注浆孔深为10 m，分段注浆；灌浆压力0.7～1.0 MPa。

2 效果检查与分析

大唐林州2×300 MW级热电机组引水隧洞出口共有1个坍塌区，共计完成14 km灌浆进尺，注灰量最大为1 546 kg/m，单孔注入量最大为32 t,单孔灌注时间最长为25 h（包括间歇时间），平均单位注灰量为209.5 kg/m。

固结灌浆压水试验检查在灌浆结束后3 d进行。检查孔数为总孔数的5%。固结灌浆检查用压水试验、单点法，本项目要求透水率≤1 Lu。压水结束后采用压力封孔法直接进行封孔，当注入率小于0.4 L/min持续30 min后结束封孔。

固结灌浆质量的压水试验检查，其孔段合格率应在80%以上；不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50%，且不集中，灌浆质量可认为合格。本项目灌浆通过压水试验检查结果为：透水率全部小于1 Lu，满足设计要求。

岩心可见水泥结石，土体、块石之间，土体之间清晰可见水泥连接。

3 结语

大唐林州2×300 MW级热电机组引水隧洞长度长、洞径大，建设规模也较大，尤其是在坡积物堆积地层穿越也较少见，经过设计和施工实践，为地下工程积累了经验，主要有以下几点：

1）本文所采取的坡积物堆积地质洞段的固结灌浆施工技术在地质条件极其复杂、施工条件十分困难的情况下，完成了工程任务，对今后类似工程的施工有指导和借鉴价值。

2）本工程采用自动灌浆记录仪，更准确地掌握施工灌浆参数，使灌浆数据更加真实，较好地避免了灌浆的随意性，从而确保灌浆质量，同时便于其他工程设计采用。