锦屏二级水电站西端引水洞绿泥石片岩洞段复合灌浆实验成果分析评价

2014-10-21张鹏李元杨培洲钟久安

建筑工程技术与设计 2014年36期

张鹏李元杨培洲钟久安

【摘要】锦屏二级水电站引水隧洞长度长、埋深大，沿线工程地质情况复杂。其中西端1#引水隧洞穿越的T1绿泥石片岩地层具有特殊的物理力学特性和水理特性，且受施工期洞室开挖的扰动、长期变形和地下水侵蚀等影响后围岩承载能力减弱。因此在隧洞成型后亟需采用合理的灌浆方式对围岩进行固结。本文详细描述了现场进行的“水泥-细水泥复合灌浆”和“水泥-化学复合灌浆”试验过程和试验成果，做出了相应的分析和评价，为后续工程施工积累了施工经验。

【关键词】隧洞，绿泥石片岩，复合灌浆，处理

1 概述

1.1 工程概况

锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，利用雅砻江150 km长的大河弯，截弯取直，开挖隧洞集中水头引水发电，总装机容量为4800 MW。该电站由4条单洞长约16.67km的引水隧洞、与之平行的2条长为17.5km的辅助洞和l条施工排水洞共7条隧洞组成，一般埋深为1500～2000 m，最大埋深为2525 m[1-2]。

引水隧洞自西向东依次穿越的地层有T2Z杂古脑组大理岩、T1绿泥石片岩、绿砂岩、T3砂板岩、T2b白山组大理岩和T2y盐塘组大理岩。西端T1绿泥石片岩岩体强度低，遇水易软化，属于典型的软岩，显示出典型的高地应力条件下软岩的塑形大变形特征。试验研究表明，绿泥石片岩饱和条件下软化系数为0.5，弹性模量软化系数为0.27，遇水软化效应十分明显，高地应力条件下绿泥石片岩的流变变形也相当可观，其长期强度为瞬时强度的15～29%，绿泥石片岩的长期流变变形特征和特殊的水理特性是影响其洞室稳定安全的重要因素[3]。

1.2 基础处理工程设计综述

锦屏二级引水隧洞围岩是主要承载结构和防渗主体，工程处理措施的目的是充分发挥围岩的自承载能力，对于岩石质量较差的绿泥片岩而言，隧洞和表层钢筋混凝土衬砌共同组成隧洞的承载结构。水工隧洞固灌浆有利于加固隧洞围岩、封闭隧洞周边巖体裂隙，提高隧洞围岩的整体性和抗变形能力，增强围岩抗渗能力和长期渗透稳定性。

西端引水隧洞T1绿泥石片岩因其特殊的物理力学特性和水理特性，以及经受施工期洞室开挖的扰动、长期变形和地下水侵蚀等影响后围岩承载能力减弱，通过有效的固结灌浆措施使得围岩均匀性、整体和物理力学指标得到保证和提高，对于绿泥石片岩洞段隧洞承载体系的建立和质量效果保证至关重要[3]。

2 绿泥石片岩工程地质与水文地质

绿片岩（T1地层）地层中，受高埋深高地应力的影响，开挖通过破碎带、不利结构面特别是X节理部位，容易发生大变形与坍塌等现象，对施工安全带来隐患。特别是在隧洞埋深1550m～1850m，最大主应力约40～50MPa的洞段，绿泥石片岩洞段变形情况更为严重。1#引水隧洞桩号引（1）1+535～1+802m开挖揭露绿泥石片岩，初始开挖断面13.4～13.8m。开挖分成上下断面，上断面开挖高度9.5～9.7m，下断面开挖高度2.9～3.3m。上断面开挖后在工程力作用下产生显著塑性变形，隧洞产生“缩径”现象，变形侵占设计衬砌净空厚度普遍都在20cm以上，大部分为20～60cm之间，局部超过1 m。如此大的变形，导致隧洞衬砌结构以及部分洞段的过流断面被侵占，严重影响了隧洞承载结构安全、施工期洞室安全和过流条件[4]。

后根据现场试验及专家咨询后，对该洞段进行扩挖，扩挖按14.3m断面进行施工，立拱架复喷混凝土后断面为13.7m。

绿泥石现场取样时，锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后，指甲可刻出痕迹。抗风化程度：结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化。大部分由绿泥石、绿帘石、方解石及少量石英组成。结构面结合性较差，岩石完整性较破碎。现场取样试验室检测的强度Rc结果如下：烘干时强度为14.4MPa，浸水饱和时的强度为1.1MPa，软化系数0.076，密度为2520kg/m3，吸水率9.9%。

在绿泥石片岩洞段引（1）1+535～1+802m两端分别揭露地下水。其西侧即小桩号侧引（1）1+450～15+535洞段揭露厅堂式溶洞，地下水发育。其东侧即大桩号侧揭露少量地下水。由此可见，虽然绿泥石片岩为不透水岩层，但其相邻洞段均发育地下水，在开挖过程中和开挖后对绿泥石片岩洞段的稳定性均产生不可避免的影响。

3 绿泥石片岩水泥化学复合灌浆试验设计

3.1 水泥化学灌浆复合灌浆试验方案

水泥灌浆作为隧洞基础处理的主要手段，在本次绿泥石片岩洞段加固处理中占据主要位置。在水泥灌浆施工完成后，根据设计理念，为了进一步加强绿泥石片岩洞段的防渗性能，分别进行了细水泥灌浆试验和化学灌浆试验。通过水泥-细水泥灌浆试验和水泥-化学灌浆试验的综合对比，最终确定类似洞段的处理方法。

在隧洞绿泥石片岩洞段环状梅花型布置灌浆钻孔，灌浆孔向以隧洞中心为圆心发散布置。细水泥灌浆和化学灌浆须在水泥灌浆及水泥加密灌浆完成并检查合格后进行。

特别说明：本文前述及后述“水泥灌浆”均指普通硅酸盐水泥灌浆。

3.2 水泥化学复合灌浆试验设计及施工技术要求

3.2.1 灌浆孔布置

水泥灌浆试验共布置10排孔，排距2m，每排20孔（边顶拱为15/16孔，底板为4/5孔），钻孔孔深入岩9.0m。

由于现场条件限制，细水泥灌浆试验灌浆孔布置在隧洞边顶拱，孔位为水泥灌浆两序环中间，每环15/16个孔，孔排距2m，梅花形布置，孔深入岩4m。

化学灌浆试验共布置10排孔，其中5排孔在水泥灌浆原孔位置，另外5排孔在水泥灌浆两序环之间重新布置化学灌浆孔。每环布置化学灌浆钻孔20孔，排距2m，钻孔孔深入岩6m。

3.2.2 灌浆材料要求

1）水泥灌浆材料

水泥灌浆采用普通水泥和细水泥。

普通水泥采用强度等级不低于P.O42.5的普通硅酸盐水泥，细水泥采用成品细水泥，其各项检测指标应符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）规定的质量标准。

2）化学灌浆材料

试验段化学灌浆液采用环氧树脂类灌浆材料，其液性能和固化物最低应符合《水工建筑物化学灌浆施规范》（DL/T 5406-2010）的指标要求。

3）化学灌浆材料性能室内研究内容

灌浆前，应对环氧树脂、固化剂的品种及其用量进行室内研究。对不同配方的浆液各项规范规定性能进行研究。

3.2.3 灌浆方法

水泥灌浆采用“自上而下分段孔内循环式灌浆法”进行灌浆，全孔分为两段，环间分序、环内加密。灌浆结束后进行压水检查，当水泥灌浆灌后单孔声波测试值达到设计要求后方可进行细水泥或化学灌浆。

细水泥灌浆采用一次性成孔、全孔一段孔内循环式灌浆，环间分序、环内加密。

化学灌浆采用一次性成孔、全孔一段纯压式灌浆，环间分序、环内加密。

3.2.4 灌浆压力

各种类型灌浆试验压力详见表3.2-1。

表3.2-1 灌浆试验孔分段和压力

序号灌浆类型入岩孔深（m）段次分段长度（m）灌浆压力（MPa）

1 水泥灌浆 9 第1段孔口段0～4m 3.0

2 第2段孔深4～9m 6.0

3 细水泥灌浆 4 / 0～4m 3.0～5.0

4 化学灌浆 6 / 0～6m 2.0/3.0

3.2.5 浆液变换

水泥灌浆采用1：1、0.8：1、0.5：1三个比级水灰比，浆液变换原则按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T 5148-2012）中相关规定执行。

细水泥灌浆采用1：1和0.6：1两级水灰比，浆液变换原则根据现场实际情况并结合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T 5148-2012）中相关规定执行。

化学灌浆浆液配合比及不同浆液变换原则根据室内研究成果选用，并最终根据灌浆试验确定。

3.2.6 灌浆结束标准

水泥灌浆结束标准和细水泥灌浆结束标准为：在设计灌浆压力下，灌浆孔（段）吸浆量不大于1L/min，继续灌注30min即可结束。

化学灌浆结束标准：①在设计规定的压力下，每一灌浆段吸浆量不大于0.02L/（min·m），继续灌注30min 或达到胶凝时间，即可结束。②每个灌浆段灌浆持续最短时间控制在16～28h，但最长灌注时间不超过40h。

3.2.7 封孔

水泥灌浆结束后采用水灰比为0.5：1的浓浆进行封孔，压力不小于2.0MPa（但不大于灌浆压力），带压封孔时间不小于20min，孔口需用水泥砂浆（强度不低于M25）压抹齐平。

细水泥灌浆采用的是1：1浆液灌注结束后，采用普通水泥0.5：1浆液进行置换封孔。若采用0.6：1浆液灌注结束，可不进行专门的封孔。

化学灌浆结束后可不进行专门的封孔。

3.3 灌后检查指标

绿泥石片岩洞段各类灌浆灌后检查暂定指标见表3.3-1。

表3.3-1 绿泥石片岩洞段各类灌浆灌后检查指标（暂定）统计表

序号灌浆类型检查项目及合格标准

透水率单孔声波变形模量

1 水泥灌浆 / 85%测试值不小于4500m/s，小于3825m/s的测试值不超过3%，且分布不集中灌后钻孔变形模量检查最小测测试值不小于4.0GPa

2 细水泥灌浆在1.0MPa的压水压力下，85%以上试段透水率小于0.5Lu，其余75%试段的透水率不大于0.75Lu 85%测试值不小于4500m/s，小于3825m/s的测试值不超过3%，且分布不集中灌后钻孔变形模量测试最小值不小于4.0GPa

3 化学灌浆 / 85%测试值不小于4500m/s，小于4250m/s的測试值不超过3%，且分布不集中灌后钻孔变形模量测试最小值不小于4.0GPa，测试平均值不小于5GPa

备注：由于绿泥石片岩的吸水软化特征，故水泥灌浆未设置透水率检查项目。

4 水泥化学复合灌浆试验现场施工

4.1 水泥灌浆

本工程设计灌浆压力6MPa，为了确保工程安全，需要根据设计参数进行灌浆试验，以便确定灌浆参数。

根据本工程前期施工的具体情况，综合选定在引（1）1+566～1+606m段进行绿泥石片岩水泥灌浆试验。灌浆试验段总长40m，共分两个灌浆试验区，每个试验区长20m。布置形式为：Ⅰ、Ⅱ试验区各布置10排孔，排距2m，每排20孔（边顶拱为15/16孔，底板为4/5孔），钻孔孔深入岩9.0m，钻孔沿隧洞中心按18°发散布孔。

试验区共布置了310个孔，施工分序、分段和试验压力的情况详见表4.1-1。

表4.1-1 灌浆试验孔分段和压力

试验区范围入岩孔深（m）段次分段长度（m）灌浆压力（MPa）

引（1）1+566～1+606 9 第1段孔口段0～4m 3.0

第2段孔深4～9m 6.0

本次Ⅰ、Ⅱ灌浆试验区灌浆孔排距、灌浆压力、水灰比等灌浆参数相同，试验段围岩特性基本相同，主要对比数据是第1段灌浆同第2段灌浆之间待凝时间。其中试验Ⅰ区第1段灌浆同第2段灌浆之间待凝时间为7天，试验Ⅱ区第1段灌浆同第2段灌浆之间待凝时间为1天。

具体施工程序为：钻孔→钻孔冲洗→压浆试验→第1段灌浆→待凝→钻孔→钻孔冲洗→压浆试验→第2段灌浆→转入下一孔钻灌。

灌浆试验段主要成果见表4.1-2。

表4.1-2 灌浆试验成果

序号项目 Ⅰ区 Ⅱ区备注

1 地层岩性绿泥石片岩夹杂少量大理岩

2 围岩类别 Ⅳ Ⅳ

3 单位注入量Ⅰ序（kg/m） 406.70 403.90

4 单位注入量Ⅱ序（kg/m） 104.66 142.69

5 单位注入量（kg/m） 242.81 262.83

6 灌前声波测试（m/s） 3960 4414 平均值

7 灌后声波测试（m/s） 4807 4851 平均值

8 灌前灌后声波提高率% 21.39 9.9 满足设计指标

9 灌前变模（GPa） 0.44～2.88 2.65～4.57 平均值

10 灌后变模（GPa） 2.29～3.54 3.57～4.26 平均值

11 最大抬动值（μm） 42 36

12 质量综合判定合格合格

从上述灌浆试验得到了以下结论。

1）试验区单位注入量均随灌浆次序的增加呈现递减；灌后压浆检查单耗较灌前显著减小。

2）灌后声波较灌前声波平均提高 21.39%（Ⅰ区）和9.9%（Ⅱ区），且声波检测指标满足设计要求。

3）绿片岩洞段灌浆施工采用如下施工参数灌浆效果明显，说明本次灌浆试验所有的灌浆设计参数是合适的。第1段灌浆同第2段灌浆之间待凝时间最少可为1天。

4）灌浆试验钻孔终孔孔径为φ56mm，小于设计要求的φ110mm，从灌浆试验灌浆效果综合分析，φ56mm的终孔孔径满足了设计要求。

5）本次检测的1+566～1+606段的灌前变形模量值偏低，且测值全距较大，表明所测岩体破碎且不稳定；灌后变形模量值有所上升，灌浆效果明显，但仍不满足设计“灌后钻孔变形模量检查最小测测试值不小于4.0GPa”的设计暂定要求。

6）后续仍需要采取合适的施工措施对绿泥石片岩进行进一步处理。

4.2 细水泥灌浆

为了更好结合工程实际，绿泥石片岩洞段在普通水泥灌浆后，采用细水泥灌浆的方式进一步处理。

根据本工程前期施工的具体情况，综合选定在引（1）1+606～1+626m段进行绿泥石片岩细水泥灌浆试验。灌浆试验段总长20m，边顶拱每环15/16个孔，孔排距2m，梅花形布置，孔深L=4m。

试验区共布置了155个孔，施工分序、分段和试验压力的情况详见表4.2-1。

表4.2-1 灌浆试验孔分段和压力

试验区范围入岩孔深（m）分段长度（m）灌浆压力（MPa）

引（1）1+606～1+626 4 0～4 3.0～5.0

具体施工程序为：钻孔→钻孔冲洗→孔口管安装→灌浆→转入下一孔钻灌。

试验段施工过程中未发生抬动、串冒浆、漏浆等特殊情况。

结合前期试验洞段普通水泥灌浆情况，该洞段普通水泥灌浆和细水泥灌浆主要成果见表4.2-2。

表4.2-2 绿泥石片岩细水泥灌浆试验段灌浆前后对比分析表

序号项目普通水泥灌浆成果细水泥灌浆备注

灌前灌后

1 完成孔数（个） 266 155

2 钻孔（m） 4073.7 912.79

3 灌浆（m） 2394 620

4 注入量（t） 351.327 19.593

5 平均透水率（Lu） ∕ 0.82 0.50

6 单元平均单耗（kg/m） 187.29 31.60

7 Ⅰ序单耗（kg/m） 254.43 33.93

8 Ⅱ序单耗（kg/m） 113.86 29.12

9 声波（m/s） 4766m/s 4968m/s 满足设计暂定标准

10 孔内电视孔内多见水泥结石，岩体与水泥胶结较好，未见明显缺陷

11 变形模量（GPa）范围为1.25～7.69Gpa，平均值为3.57Gpa 范围为4.07～14.58Gpa，平均值为6.02Gpa 满足设计暂定标准

12 抬动值（μm） 24 0

从上述灌浆试验得到出以下结论。

1）试验区Ⅰ序孔单位注灰量为33.93kg/m，Ⅱ序孔单位注灰量为29.12kg/m，递减14.2%。故细灌浆单位注入量随灌浆次序的增加呈现递减规律，符合灌浆的一般规律。

2）通过本次细水泥灌浆试验，我们可以看出经过普通水泥灌浆对绿泥石片岩洞段大部分裂隙充填后，仍有少量微细裂隙需要细水泥灌浆浆材进一步填充。

3）细水泥灌浆过程中未产生衬砌抬动，且细水泥灌浆后围岩渗透性能、完整性、变形特征等指标均得到提升，说明设计的细水泥灌浆参数在绿泥石片岩洞段是合理的。

4）根据试验成果，细水泥灌浆灌后压水检查结果不能满足原设计压水检查标准，但通过综合其他灌后检查数据说明细水泥灌浆灌后效果良好。

4.3 化学灌浆

环氧浆液具有强度高（本体抗压强度≥40～60MPa），滲透流动性好，操作时间长等特点，室内试验显示环氧浆液对绿片岩微裂隙的充填以及岩块之间的粘结性能较好，有很好的防渗加固性能。因此在水泥灌浆后，现场进行了化学灌浆试验。

根据本工程前期施工的具体情况，综合选定在引（1）1+586～1+606m段进行绿泥石片岩段化学灌浆试验。

灌浆试验段总长20m，共分两个灌浆试验区段（即HⅠ区、HⅡ区），各个区段具体钻孔布置型式详见表4.3-1所示。本次化学灌浆试验先在已施工完毕的边顶拱水泥固结灌浆区域进行。

表4.3-1 试验区钻孔布置型式表

序号区段代码灌浆类型试验桩号排数（排）排距（m）断面孔数（孔）孔深入岩（m）布孔型式

1 HⅠ 化学灌浆引（1）1+586～1+596 5 2.0 20 6.0 梅花型

2 HⅡ 引（1）1+596～1+606 5 2.0

备注：1、HⅠ区为在水泥固结灌浆原孔施工化学灌浆孔区、排距2.0m，HⅡ区在水泥固结灌浆生产性试验Ⅰ序、Ⅱ序之间重新打Ⅲ序化学灌浆孔、排距2.0m。2、在实际施工过程中将为了避开隧洞安全监测仪器和电缆将依据实际情况进行孔位局部调整。

试验区共布置了134个孔，施工分序、分段和试验压力的情况详见表4.3-2。

表4.3-2 灌浆试验孔分段和压力

试验区范围入岩孔深（m）分段长度（m）灌浆压力（MPa）备注

引（1）1+586～1+606 6 0～6 2.0/3.0 灌浆压力根据灌注情况选定

本次试验主要采取了PSI和HK两种环氧灌浆材料，因此在试验段分区上分别对以上两种材料在不同的布孔形式下的灌注效果进行了对比。具体分区情况见表4.3-3。

表4.3-3 试验区浆液对应表

序号实验区域实验块对应材料备注

1 HⅠ HⅠ-1 HK

2 HⅠ-2 PSI

3 HⅡ HⅡ-1 PSI

4 HⅡ-2 HK

由于环氧树脂浆液不同配合比具有不同的技术参数，根据试验大纲及评审会议相关会议精神，目前明确了两种材料各2个配合比，共计4个配合比进行现场试验。现将采用的配合比及相关技术参数表示如表4.3-4。

表4.3-4 环氧树脂不同配比浆液技术参数表

序号浆材型号配合比

A：B 密度

g/cm3 初始粘度cp 可操作时间

h 抗压强度MPa 抗拉强度MPa 拉伸剪切强度MPa 干粘接强度MPa 湿粘接强度MPa 抗渗压力MPa 渗透压力比%

1 HK-G-2 5：1 1.07 15 4 85 28 8 6.5 5.5 1.3 350

2 8.5：1 1.07 11 22 70 23 7.5 5.9 4.8 1.3 350

3 PSI-501-2 6：1 1.06 10 23 128 44 9.7 6.3 4.8 1.4 400

4 PSI-530 6：1 1.055 14 4.7 76 28 7 5 4 1.6 /

具体施工程序为：钻孔→钻孔冲洗→孔口管安装→压浆试验→灌浆→转入下一孔钻灌。

本次化学灌浆试验未发生混凝土抬动情况，且未补灌。但曾多次发生下列特殊情况。

1）化学浆材灌注时在混凝土细微裂隙处出现冒浆现象。混凝土细微裂隙处出现冒浆现象时，采用嵌缝、表面封堵、低压、限流、限量、间歇等方法进行处理。若效果不明显，停止灌浆，待浆液凝固后重新扫孔复灌。

2）发生多次串浆现象，均采用一孔一泵的灌浆方式进行处理。

化学灌浆生产性试验总共分为4个区，现在就各个区域内相关完成情况列表进行对比，详见表4.3-5所示。

表4.3-5 绿泥石片岩化学灌浆试验区分区完成情况对比分析表

序号项目试验区备注

HⅠ-1 HⅠ-2 HⅡ-1 HⅡ-2

1 对应材料 HK PSI HK PSI

2 完成孔数（个） 34 33 34 33

3 钻孔（m） 267.85 260.29 268.63 260.19

4 灌浆（m） 205.99 200.37 206.41 200.25

5 注入量（kg） 11709.70 10355.32 10353.21 10135.17

6 平均透水率（Lu） 0.54 0.50 0.52 0.52 灌前

7 平均单耗（kg/m） 56.88 51.69 50.15 50.65 综合平均51.72kg/m

8 平均历時（h/孔） 21.13 20.80 18.90 19.80

9 灌前声波（m/s） 4811 4801 4790 4800 平均值

10 灌后7～14d声波（m/s） 4827 4890 4814 4998 平均值

11 灌后3个月声波（m/s） 4933 4968 5112 5488 平均值

12 灌后7～14d提高率（%） 0.33 1.85 0.50 4.13 综合提高1.56%

13 灌后3个月提高率（%） 2.54 3.48 6.72 14.33 综合提高6.59%

14 85%测试值大于等于4500m/s；

小于4250m/s的不超过3%且不集中满足满足满足满足

15 灌前变模（GPa） 2.9 3.9 4.2 2.8 平均值

16 灌后7～14d变模（GPa） 3.34/5.17 1.02/2.64 2.49/4.35 4.21/4.93 最小值/平均值

17 灌后3个月变模（GPa） 4.21/7.82 4.08/5.23 4.08/6.00 4.13/4.94 最小值/平均值

18 最小变模不小于4.0GPa；平均值不小于5.0GPa 满足满足满足满足

19 灌后透水率（Lu） 0.25 0.32 0.24 0.17

20 抬动值（μm） 0 0 0 0

通过试验成果可以得出以下结论。

1）四个试区（即HK和PSI化学灌浆材料在绿泥石片岩地层）灌后均能满足设计声波和变模指标。

2）试验区Ⅰ、Ⅱ序孔单位注入量分别为72.42kg/m、23.99kg/m，单位注入量随灌浆次序的增加而降低，符合灌浆普遍规律，也说明高渗透性的环氧树脂化学浆材让微细裂隙进一步得到填充。

3）化学灌浆后，引水隧洞绿泥石片岩洞段钻孔岩心呈短柱状、柱状，孔内电视显示孔壁较平整，未见掉块或垮塌形成的凹坑或空腔，说明绿泥石片岩被化学灌浆浆液胶结较好。另外，试验区灌前、灌后平均透水率分别为0.50Lu、0.23Lu，灌后第三方检查平均透水率为0.14Lu，化学灌浆灌后透水率较灌前降低了50%以上，说明地层的抗渗性能有明显提高。

4）整个实验施工正常，各项指标均满足设计要求，表明本次试验选用的钻孔孔径、钻孔间排距、灌浆压力、浆液配合比等钻灌参数以及施工工艺是合适的。

5）通过本次灌后7～14d和灌后3个月两个阶段的物探测试及HK和PSI两种材料的室内试验成果，我们可以得到以下结论：① 化学灌浆材料在引水隧洞绿泥石片岩地层中强度发展缓慢、后期强度高，这与环氧灌浆材料本身的特性相符；② 化学灌浆材料对引水隧洞绿泥石片岩地层细微裂缝填充效果较明显；③ 由于环氧灌浆材料的高渗透性，再加上压力灌浆，其对绿片岩的改性有一定的效果；④ 化学灌浆灌后声波、变模指标能够满足设计提出的要求，但至少需待凝1个月；⑤ 由于环氧浆材胶凝时间长，但是采用快固化的配合比对后期强度的影响又较大，故建议今后化学灌浆就采用一种浆材一种配合比即可。

6）本次绿泥石片岩洞段化学灌浆生产性试验自2012年03月28日正式开工到2012年08月13日边顶拱部分物探检测孔封孔完成共历时139天，其中纯钻灌施工时间自2012年04月04日至2012年05月16日共历时42天。灌浆效率满足现场工期要求，但是检查周期太长，造成后续施工工期压力较大。

5 检查指标对比分析

5.1 岩体透水率

绿泥石片岩洞段灌浆试验区各阶段岩体压水试验成果对比情况见表5.1-1。

表5.1-1 绿泥石片岩洞段各阶段岩体压水试验成果对比分析表

阶段项目试验段数（段）透水率分布特征（段）备注

≤0.5 0.5～1 1～3 3～10

水泥灌前 / / / / / 未压水

水泥灌后压水试验 20 8 11 1 0

百分比（%） 40 55 5 0

细水泥灌后压水试验 8 5 3 0 0

百分比（%） 62.5 37.5 0 0

化灌灌后压水试验 10 10 0 0 0

百分比（%） 100 0 0 0

对比水泥灌后/细水泥灌后百分比（%） +22.5 -17.5 -5 0

水泥灌后/化灌灌后百分比（%） +60 -55 -5 0

从上表可以看出：水泥灌浆灌后岩体属于偏微透，透水率q<1Lu的试段有19段，占全试段的95%；细水泥灌后岩体透水率q全部小于1Lu，属于微透水岩体；化学灌浆灌后岩体透水率全部小于等于0.5Lu，属于微透水岩体。

因此水泥和细水泥灌浆后岩体基本都属于微透水带；化学灌浆后岩体透水率全部改善为微透水，透水率q均小于等于0.5Lu。

另外可以看出细水泥灌浆灌后透水率不能满足设计暂定的“在1.0MPa的压水压力下，85%以上试段透水率小于0.5Lu，其余75%试段的透水率不大于0.75Lu”的合格標准。

5.2 单孔声波

绿泥石片岩洞段灌浆试验区各阶段单孔声波成果对比情况见表5.2-1。

表5.2-1 绿泥石片岩洞段各阶段单孔声波成果对比分析表

阶段单元或项目灌前（m/s）灌后（m/s）灌后Vp平均值提高（%）

Vp最

小值 Vp最大值 Vp平均值 Vp最小值 Vp最大值 Vp平均值

水泥灌浆 1+566～1+586（单元1） 2857 5714 3960 3922 6061 4807 21.38

1+586～1+606（单元2） 3509 6061 4414 4255 5714 4851 9.9

细水泥灌浆 1+606～1+626 3846 6061 4766 4348 5714 4968 4.24

化学灌浆 1+586～1+606 灌后7～14d检查 3636 6061 4796 3774 5882 4871 1.56

1+586～1+606 灌后3个月检查 3636 6061 4796 4255 6897 5112 6.59

对比水泥/细水泥变化m/s 93 0 117

变化率% 2.19 0 2.41

水泥/化灌变化m/s 619 836 316

变化率% 17.02 13.79 6.59

绿泥石片岩洞段灌浆试验区各阶段单孔声波波速分布情况详见表5.2-2。

表5.2-2 绿泥石片岩洞段各阶段单孔声波分布情况表

阶段灌后平均VP（m/s）备注

平均值波速分布（%）

<3825 <4250 3825～4500 4250～4500 ≥4500

水泥灌浆 4807 2.0 / 11.5 / 86.5 单元1

4851 0 / 5.3 / 94.7 单元2

细水泥灌浆 4968 0 / 0.8 / 99.2

化学灌浆 5112 / 0 / 1.6 98.4

备注：表中水泥灌浆和细水泥灌浆灌后各检查成果均满足设计提出的“85%测试值不小于4500m/s，小于3825m/s的测试值不超过3%，且分布不集中”的声波合格标准；化学灌浆灌后检查成果满足设计提出的“85%测试值不小于4500m/s，小于4250m/s的测试值不超过3%，且分布不集中”的声波合格标准。

通过以上两个表格数据可以看出：

1）通过水泥灌浆单元1和单元2的数据可知，灌后声波平均值较灌前提升了21.38%和9.9%。说明水泥灌浆对绿泥石片岩的完整性有一定改善。

2）水泥灌浆完成后进行细水泥灌浆，灌后声波平均值较灌前提升了4.24%。若结合相同洞段水泥灌浆完成后的声波检查成果来看的话，灌后声波平均值较灌前仅提升了2.41%。因此，细水泥灌浆在水泥灌浆的基础上对增强绿泥石片岩完整性有一定效果。

3）水泥灌浆完成后进行化学灌浆，灌后7～14天声波平均值较灌前仅提升1.56%，灌后3个月声波平均值较灌前提升了6.59%，且声波最小值提升了17.02%。说明化学灌浆能够在水泥灌浆的基础上进一步改善绿泥石片岩的完整性，改善效果较明显，但是所需时间较长。

4）在水泥灌浆基础上分别进行的细水泥灌浆和化学灌浆灌后声波测试均能满足设计要求。

5.3 钻孔变模

绿泥石片岩洞段灌浆试验区各阶段灌后钻孔变模成果对比情况见表5.3-1。

表5.3-1 绿泥石片岩洞段各阶段灌后钻孔变模成果对比分析表

阶段及对比灌后钻孔变模（GPa）备注

最小值最大值平均值

水泥灌浆 1.4 7.85 3.71

细水泥灌浆 4.07 14.58 6.02

化学灌浆 1.02 7.56 4.45 灌后7～14d检查

4.08 11.39 6 灌后3个月检查

水泥/细水泥对比变化 2.67 6.73 2.31

变化率% 190.7 85.7 62.3

水泥/化灌

对比变化 -0.38 -0.29 0.74 化灌灌后7～14d

变化率% -27.1 -3.7 20.0

变化 2.68 3.54 2.29 化灌灌后3个月

变化率% 191.4 45.1 61.7

通过上表可以看出：

1）水泥灌浆灌后变形模量最小值仅为1.4GPa，平均值低于4GPa，测值全距较大。

2）细水泥灌浆灌前变形模量值范围为4.07～14.58GPa，平均值为6.02GPa，符合岩体钻孔变形模量测试合格标准（灌后钻孔变形模量检查最小测试值不小于4.0GPa）。

3）化学灌浆灌后变形模量值范围为4.08～11.39Gpa，平均值为6.0Gpa，符合岩体钻孔变形模量测试合格标准（化灌灌后钻孔变形模量检查最小测测试值不小于4.0GPa，测试平均值不小于5.0GPa）。总体上，化学灌浆灌后变形模量值相对于灌前上升明显（平均上升61.7%），灌浆效果较好。另外，化学灌浆灌后7～14d测试值明显低于灌后3个月测试值，这与化学灌浆材料在地层中强度发展缓慢有关。

6 灌浆效果评价

通过对上文系统对比和分析，可以对绿泥石片岩洞段各阶段灌浆试验得出以下评价结论。

1）绿泥石片岩洞段水泥灌浆、细水泥灌浆和化学灌浆试验整体单耗情况呈奇数孔>偶数孔、Ⅰ序环>Ⅱ序环的分布形态，灌浆成果总体符合一般规律。

2）绿泥石片岩在进行了“水泥灌浆→细水泥灌浆”或“水泥灌浆→化学灌浆”后，平均透水率逐渐降低，q<1Lu（或0.5Lu）试段的比例逐渐增加；单孔声波平均值逐渐升高，小于4500m/s波速的比例逐渐降低至2%以下；钻孔变模平均值从水泥灌浆后的3.71GPa发展至6GPa以上，且最小值从1.4GPa发展至4GPa以上。表明水泥灌浆后进行细水泥灌浆或化学灌浆能够对绿泥石片岩渗透性、完整性进一步加强。

3）除了水泥灌浆后钻孔变模测试结果不满足设计暂定标准、细水泥灌后透水率值不满足设计暂定标准外，其余各个阶段试验灌后各项指标均能满足设计标准。通过综合评价各个阶段灌浆试验均能达到合格标准。

因此通过以上分析，绿泥石片岩洞段在经过水泥灌浆后，还十分有必要进行后续的细水泥灌浆或化学灌浆，以进一步加强绿泥石片岩洞段的地层抗渗性和完整性。

7 结束语

从工程实际出发，最终1#引水隧洞绿泥石片岩后续洞段采取了水泥-细水泥复合灌浆的方式进行施工，主要考虑了以下几个方面因素。

1）施工工期要求。采用水泥-细水泥复合灌浆施工的施工周期能较水泥-化学复合灌浆缩短约3个月。

2）施工质量因素。从施工结果来看，采用水泥-细水泥复合灌浆亦能达到较理想的灌浆效果。

3）施工成本因素。单位重量的化学灌浆的单价较细水泥灌浆单价高出数倍。

且经过水泥-细水泥复合灌浆施工后，全部单元一次性检查合格。

锦屏二级水电站1#引水隧洞已于2012年9月开始进行充排水试验，放空后检查该洞段无质量隐患。1#引水隧洞对应机组也已于同年12月28日发电运行，运行情况良好，至今已经运行了近2年。说明采用水泥-细水泥复合灌浆或水泥-化学复合灌浆来加固引水隧洞绿泥石片岩洞段，其设计、施工技术和施工工艺是成功的。

另外，本工程施工过程中未实施“水泥-细水泥-化学灌浆”分步结合方案，与方案主要为隧洞固结灌浆类型不无关系。但是在其他类似坝基软弱带，既有防渗要求又有结构受力要求的时候，可采用综合灌浆法进行处理。

因此，結合上文叙述，笔者希望能够为后续工程提一些参考。

参考文献