大断面高边墙洞室群灌浆施工技术

方善新，郑 勇，罗仲列

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081)

1 工程概述

白鹤滩水电站左岸导流隧洞工程共布置了三条导流隧洞，洞轴线平均长度为1794．59m，其中1#导 流 隧 洞 长 2007．63m、2#导 流 隧 洞长 1791．31m、3#导流隧洞长1584．82m，衬砌净空尺寸为17．5m×22m(宽×高)，其中边墙高度为12．56m，顶拱高度为4．94m。由于边墙高度高，局部洞段围岩稳定性差及渗水问题，给施工带来了巨大的困难。

2 白鹤滩水电站左岸导流隧洞灌浆施工特点分析

2．1 工程特点

(1)地质条件:导流隧洞沿线岩体为单斜岩层，岩性 P2β22、P2β32、P2β3、P2β14、P2β24层杏仁玄武岩、隐晶～微晶玄武岩夹角砾熔岩和凝灰岩等，其中 P2β3层的 P2β23、P2β33层发育柱状节理玄武岩，P2β23层主要为第二类柱状节理玄武岩，P2β33层主要为第一类柱状节理玄武岩，P2β2层顶部的P2β42为厚0．3 ～1．75m 的凝灰岩，P2β3层顶部的 P2β63为厚0．01～1．3m的凝灰岩，凝灰岩岩质软弱，遇水易软化。导流隧洞沿线岩体多新鲜坚硬，完整性较好，嵌合紧密，岩体多呈块状～次块状结构，地应力量值为中等～高，围岩以Ⅱ～Ⅲ类为主。

(2)导流隧洞特性:导流隧洞具有隧洞长、地质条件复杂(岩爆、错动带、岩层破碎)、断面大、边墙高、交通运输困难等特性。

(3)钻孔灌浆特性:钻孔灌浆工程施工项目多，工程量大，施工强度高，投入资源多。

(4)施工组织特性:由于工期原因，导致钻孔灌浆与导流隧洞衬砌交叉施工，施工干扰大，施工组织较为困难。

2．2 主要工程量

左岸导流隧洞灌浆工程量统计情况见表1。

表1 各类型灌浆工程量统计表

2．3 主要施工条件及技术指标

左岸1#、2#、3#导流隧洞全长 5383．76m，主要施工条件见表2。

白鹤滩水电站大断面高边墙隧洞灌浆施工技术参数见表3。

3 钻灌材料及设备

3．1 灌浆施工用的水泥、水、砂和外加剂

(1)水泥:用于回填灌浆、固结灌浆的水泥强度等级不低于42．5MPa，而且所用水泥的细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。袋装水泥的出厂日期不超过3个月，散装水泥不超过6个月。

表2 各类型灌浆参数表

表3 固结灌浆压力分布表

(2)用于搅制水泥浆的水中所含矿物质满足《水工混凝土施工规范》(DL/T5144-2001)中对拌制水工混凝土用水的要求，水温不高于40℃。

(3)掺合料:在水泥浆液中掺入的砂、粘性土、粉煤灰和水玻璃等掺合料的质量符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2012第3．1．6 条规定。

(4)外加剂:在施工过程中，可在水泥浆液中掺入速凝剂、减水剂、稳定剂等质量符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2012第3．1．7条中的规定，且所有能溶于水的外加剂均以水溶状态加入。

3．2 钻孔平台

(1)顶拱回填灌浆:顶拱部位的回填灌浆采用吊车进行造孔灌浆，不占用灌浆施工直线工期。

(2)固结灌浆:针对导流隧洞固结灌浆工程量大、工期紧等特点，对于边墙8m以下固结灌浆孔采用多臂钻及自制8m简易排架配合造孔及灌浆施工。对于边墙8m以上及顶拱部位采用灌浆台车进行造孔施工。每条导流洞配置4台灌浆台车，共12台灌浆台车，灌浆台车长度为6m，两边及顶部采用排架搭设。将污水池及空压机放置在台车底部地梁两侧，底部平台放置灌浆泵和记录室，灌浆台车设计情况如图1所示。为提高工作进度，在导流洞衬砌钢筋安装完成后，改装钢筋台车兼作灌浆台车使用。

(3)帷幕灌浆:帷幕灌浆采用灌浆台车进行钻孔灌浆。

图1 灌浆台车设计图

3．3 钻孔及灌浆设备

(1)钻孔设备:白鹤滩水电站左岸导流隧洞固结灌浆工程灌浆孔深分为4．5m、6m、9m三种。其中4．5m和6m孔采用手风钻或圆盘钻机造孔。9m孔主要采用圆盘钻机造孔。帷幕灌浆采用圆盘钻机(边顶拱孔)及XY-2PC地质钻机(底板孔)造孔。

(2)灌浆设备:主要采用3SNS灌浆泵、ZJY-400型高速搅拌机，其有效容量为400L，拌制能力为400L/min。采用螺杆压缩式角球灌浆塞(图2)。该灌浆塞与采用的灌浆方法、灌浆压力及地质条件相适应，其胶塞具有良好的膨胀性和耐压性能，在最大灌浆压力下能可靠地封闭灌浆孔段，且易于安装和拆除;内外管均采用厚壁无缝钢管，可满足多种压力下的卡塞要求。

图2 灌浆塞示意图

(3)灌浆自动记录仪:采用灌浆设备自动记录灌浆压力、注入率和水灰比(或密度)等施工参数的三参数灌浆自动记录仪，其性能具备以下要求:①灌浆自动记录仪的流量和压力精度达到1%，密度的精度达到5%。②灌浆自动记录仪在温度10℃～40℃，湿度不大于90%的环境下能长期稳定工作。仪器本身具有较好的抗电磁干扰能力，仪器主机和传输线采取电磁屏蔽措施。③仪器具有较好的操作界面，方便操作，现场打印成果可以长期保存。④仪器可以自动记录灌浆时的瞬时压力和瞬时流速，同时可以打印出流量～时间、压力～时间、比重～时间等关系曲线。

3．4 制浆系统

在2#洞内0+440和1#洞内1+600各布置一座小型自动化集中制浆站，负责供给1#、2#导流隧洞内的施工用浆，在3#导流洞内0+060．00桩号布置一座集中制浆站，负责3#导流洞内的施工用浆。四周设置排水沟，站旁设废浆及污水沉淀池。自动化制浆站占地面积为70m2，每个制浆站安置2个50t的水泥储灰罐，存放散装水泥50t，在其内配备2套自动化制浆设备，制浆站制浆能力为14m3/h。

3．5 施工工艺

(1)钻孔:灌浆孔施工时，在混凝土面上严禁乱开孔。衬砌混凝土施工时，根据灌浆孔位布置预埋灌浆管。后期造孔时，按预埋管路进行造孔，若埋管无法找到需重新开孔时，第一个孔的孔位由现场初、复检指定，第二个孔的孔位由终检指定，第三个及以上开孔由监理工程师指定，对于废孔，按照相关要求进行处理。钻孔方向和孔深均满足设计要求，灌浆孔或灌浆段在钻进完成后，使用大水流或压缩空气冲洗钻孔，排出孔内的岩粉及泥渣。

(2)灌前压水和裂隙冲洗:灌前进行简易压水结合裂隙冲洗进行，灌浆孔第一段和不分段灌注的孔的冲洗水压力为灌浆压力的80%且不大于0．3MPa，灌浆孔第二段冲洗水压力为灌浆压力的80%且不大于1MPa，冲洗时间为20min或至回水清净时停止。

(3)灌浆压力:如表4所示。

(4)灌浆水灰比:左岸导流隧洞固结灌浆堵头上、下游段灌浆浆液采用 2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1(质量比)四个比级，开灌水灰比为2∶1;堵头段灌浆浆液采用 3∶1、2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1(质量比)五个比级，开灌水灰比为3∶1。

表4 各孔深固结灌浆压力分布表

(5)注入率与压力控制:为控制混凝土抬动变形，对灌浆过程中的注入率和灌浆压力进行了严格控制，注入率和灌浆压力关系见表5。

表5 固结灌浆注入率和压力关系参考表

(6)灌浆方式:①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比;②当某级浆液灌入量已达300 L以上或灌浆时间已大于30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时改浓一级水灰比;③当注入率达到30L/min时，根据具体情况越级变浓。

对于非柱状节理段，采用纯压式灌浆法;对于柱状节理段，采用循环式灌浆法;对于孔深入岩6 m的固结灌浆孔进行全孔一次灌注;孔深入岩9 m的固结灌浆孔均按3m、6m进行分段灌注，接触段阻塞位置设在结合面并保证入岩20cm，第二段灌浆阻塞设在段顶以上50cm，灌浆塞胶球长度大于50～60cm。

(7)结束标准:固结灌浆在规定的压力下，当注入率不大于1L/min时继续灌注30min，灌浆即可结束。

(8)灌浆封孔:全孔灌浆工作完成后，必须及时封孔，封孔前排除孔内稀浆，灌浆封孔采用0．5∶1的水泥浆液，进行“全孔灌浆封孔法”封孔，封孔压力为设计灌浆压力，栓塞底至孔口的脱空部位采用预缩砂浆回填、抹平。

3．6 特殊情况的处理

(1)当灌浆遇到大渗漏量时应及时分析原因。对于属于正常灌浆的，采用低压、限流、间歇、限量等方法进行处理，并将限流流量控制在20 L/min内;当单位注入量达到250kg/m时开始采用间歇灌注，每灌入400L间歇一次，间歇时间一般为10～20min;当单位注入量达到500kg/m时，注入率或压力无明显变化时进行待凝，待凝8～12h后扫孔复灌。

(2)窜浆的处理。适当地增长相邻两个次序孔先后施工的间隔时间，待前一次序孔灌注的浆液基本上已经凝固后，再开始后一次序孔的钻灌工作，防止新灌入的浆液将前期已灌入到裂隙中的浆液结石冲开一条通路，由已灌的或其它钻孔中窜出。

当窜浆孔为正在钻进的钻孔时应立即停钻，在窜浆孔内漏浆处以上的部位安设灌浆塞，堵塞严密，在灌浆孔中依据施工技术要求正常地进行灌浆，待灌浆结束后，窜浆孔间恢复正常钻进。

若窜浆孔为待灌的灌浆孔时，最好是窜浆孔与灌浆孔同时进行灌浆，一台灌浆泵灌注一个孔，但并联灌浆孔不宜多于3个，否则，应塞住窜浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对窜浆孔进行扫孔、冲洗，而后继续钻进或灌浆。

(3)回浆变浓。回浆变浓一般是因为岩石裂隙细微所致，应换用相同水灰比的新浆进行灌注，亦可加水改稀。

(4)因故中断处理时应尽快恢复灌浆，否则立即冲洗钻孔后再恢复灌浆。若无法冲洗、冲洗无效、中断超过30min时则需进行扫孔后再恢复灌浆。恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆进行灌注，如注入率为中断前90%以上，即可采用中断前水泥浆的比级继续灌注;如注入率为中断前的70% ～90%，则应逐级加浓继续灌注;如注入率小于中断前的70%，且在短时间内停止吸浆，则应重新开孔、灌浆。

3．7 质量检查

检查孔采用单点法压水，压水试验压力为灌浆压力的80%且不大于1MPa。压水稳定标准为:在稳定的压力下，压入流量连续四次读数中最

式中 q为透水率，Lu;Q为压入流量，L/min;P为作用在试段内的全压力，MPa;L为试段长度，m。

注:P=S1+S2。S1为压力表指示压力，MPa;S2为压力表中心至压力起算零线的水柱压力，MPa;压力起算零线的确定方法:① 当地下水位在试段以上时，压力起算零线为地下水位线;②当地下水位在试段以下时，压力起算零线为通过试段中点的水平线;③ 当地下水位在试段以内时，压力起算零线为通过地下水位以上试段中点的水平线。

4 结语

目前白鹤滩水电站导流隧洞灌浆工程已全部完工，根据现场实际灌浆效果看，边墙及顶拱处没有出现渗水情况，因此，依据上述方法进行的灌浆施工技术及施工顺序、施工工艺是可行的并满足工程要求。大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，本阶段试验结束，取最后一次的流量值作为计算流量。其成果以透水率q表示，按式(1)计算。

［1］ 马国彦，常真华 ．岩体灌浆排水锚固理论与实践［M］．北京:中国水利水电出版社，2003．