HSC超细水泥超前预注浆技术在水工隧洞工程中的应用

2014-08-13于成龙

河南科技 2014年6期

于成龙

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳 110003）

1 工程概况

某水工隧洞工程采用新奥法施工技术，隧洞断面面积S＝53.61m2，洞顶埋深约190m，洞室围岩主要岩性为侏罗系小东沟组凝灰岩，青灰色，微风化，中硬岩。施工至沟谷带遇较大断层，断层宽度150m，根据揭露的地质分析，洞室围岩局部完整性差，节理面多平直光滑，闭合～张开，掌子面处距离底板0.5m处有张开状节理，张开距离为5～10cm，有泥浆结石充填，节理产状为71°SE∠8°，节理裂隙较发育，地下水呈渗水～涌水状态，判定为Ⅳ类围岩。根据超前探孔突水情况，研究确定采用HSC超细水泥注浆材料进行全断面、全封闭的超前预注浆处理。

表1 地质探孔孔位、钻深及出水情况表

2 HSC注浆材料性能、主要技术指标

HSC灌浆材料是以特制的超细、高性能水泥为主，配以适量的外加剂而形成灌浆材料。其特点为颗粒细、比表面积大，可灌入0.2mm以下的裂隙；浆液结石率可达100%，抗压强度高达50MPa以上；浆液无毒性，对地下水和环境无污染。所采用的HSC超细水泥注浆材料分为两种，一种为防渗帷幕型HSC注浆材料，另一种为含水细砂型HSC注浆材料，其中外环采用HSC（防渗帷幕型）灌浆材料，内环采用HSC(含水细砂型)灌浆材料。

2.1 HSC灌浆材料性能

HSC(防渗帷幕型)注浆材料：该浆液(呈胶状)具有抗冲刷、凝结时间易于控制、强度高等特点。可在0.5～1.0m/s流速的水中凝固，留存率大于95%，一般用于流动水的堵漏灌浆。

HSC(含水细砂型)注浆材料：该浆液(属超细水泥)具有可灌注性好，凝结时间易于控制、强度高、对地层扰动小等特点。既可注入细小缝隙，又可避免围岩承压水对留存浆液的移位。

2.2 主要技术指标

2.2.1 HSC(防渗帷幕型)材料

比重：2.8～3.0；比表面积：(m2/kg)，≥450；流动度：(min)，≥300；水下不分散性：(PH)≤8；结石率：(%)≥98；抗压强度：1d—15MPa；7d—30MPa；凝结时间：20～90min 可调；水中自由膨胀率：(%)1d—≥0.03；3d—≤0.10。

2.2.2 HSC(含水细砂型)材料

平均粒径：6～8μm；比表面积：(m2/kg)，≥700；流动度：(min)，≥380；水下不分散性：(PH)≤10；结石率：(%)≥98～100；抗压强度：1d—8MPa；3d—12MPa。

3 超前预注浆施工工艺

根据探孔突水的特点，参考类似工程的注浆设计与以往施工的成功经验，不同的突水类型应结合具体情况作相应调整。

3.1 注浆孔的布置及注浆范围

预注浆孔自外向内共布置2环，注浆孔间排距均为1.5m，最外环距洞壁开挖线不大于600mm，最外环底孔距底板开挖线不大于600mm，外环共布置14个孔；内环共布置6个孔，其中第20个孔布置在开挖断面的中心点上。外环孔外插角为9°，内环孔外插角为6°，起拱线上孔位为水平孔。超前预注浆范围为：长度30m，开挖25m，预留5m止浆岩盘。

图1 注浆孔布置及注浆范围图

3.2 注浆施工工艺

3.2.1 制浆

制浆材料均采用称重，称重误差应小于5%。按水泥单液浆配制方法，先加水后加料拌制。拌制HSC(防渗帷幕型)材料的水灰比为 0.6∶1(重量比)，制浆机转速 120～180r/min，浆液搅拌时间3min以上；拌制 HSC(含水细砂型)材料的水灰比为 0.8∶1(重量比)，制浆机转速 1 200～2 000r/min，浆液搅拌时间 2～3min，控制不要超过搅拌时间；拌合料输送到搅拌罐(机)后，始终保持浆液的缓慢搅动。监测搅拌机内的浆液量，只要搅拌机内有很多料，灌浆泵以慢速高压输出，就不开始新一批料的拌合。搅拌机内的拌合料始终尽可能保持新鲜；寒冷季节施工做好设备及灌浆管路的防寒保暖工作，若用热水制浆，水温不得超过40℃；灌浆较长时间停顿后，在开始继续灌浆之前，按要求彻底清洗所有的设备和输送管路。

3.2.2 注浆

注浆方式为全断面、全封闭的高压超前预注浆，注浆方法采用孔口封闭、孔内循环、全孔一次高压注浆。超前预注浆采用自外向内、从下而上的次序进行。同一环分两序进行，按顺序进行，两侧对称。参见图1。

3.2.3 注浆压力

注浆压力与岩层裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短的等有关，根据现场实测外水压力1.0MPa，防渗帷幕型HSC浆液注浆压力按经验初步确定为：1.5～2.5MPa。含水细砂型HSC注浆材料注浆压力初步确定为：2.0～4.0MPa。

3.2.4 注浆结束标准

在设计压力下，当注入率小于5L/min时，持续灌浆10min结束。