山西引黄工程平鲁电缆井防渗技术综述

姚 文 兵

(山西省第八地质工程勘察院，山西 运城 044000)

山西引黄工程平鲁电缆井防渗技术综述

姚 文 兵

(山西省第八地质工程勘察院，山西 运城 044000)

结合工程实例，依照“堵排结合”的原则，采取设计、试验与施工同时进行，采用帷幕灌浆、水平固结和化学灌浆相结合的方式，重点在于运用间歇式注浆方法，阐述了山西引黄工程平鲁电缆井防渗施工技术，以达到防渗止水的效果。

电缆井，帷幕灌浆，水平固结，化学灌浆，间歇式注浆

山西省万家寨引黄工程北干线平鲁电缆井位于平鲁地下泵站内，井深161 m，井径8.4 m，高程1 421 m～1 260 m，上部与风机房、主控室相连接。防渗工程前电缆井出现地下水渗漏，在标高1 369 m，1 362 m东侧处有导水管引水流出，西侧及北侧井壁皆为渗水，且渗水量较大，整体楼梯均有积水，底部积水较深，电梯无法运行，工程未能通过竣工验收。初步设计采用周边钻孔灌浆止水防渗工艺处理。

1 地质概况

1.1 地层

岩层总体产状为NE30°～40°、倾SE、倾角3°～5°，由老至新为：

奥陶系(O)：上马家沟组，灰岩夹豹皮状灰岩、白云质灰岩，完整性好，局部裂隙发育破碎。

石炭系(C)：本溪组，为细砂岩、粉砂岩，夹炭质页岩、泥岩和铝土页岩、灰岩，底部粗砂岩含黄铁矿。太原组，为细砂岩、中粗砂岩、含砾砂岩，夹泥岩、炭质页岩、煤层，底部为一层含砾石英粗砂岩。

第三系(N)：上新统，泥岩、见铁锰质斑点及含砾夹层，密实、较硬。

第四系(Q)：中更新统，亚粘土，稍湿、硬可塑，含少量钙质结核。上更新统，黄土、亚砂土，干～稍湿、松散，粉粒含量较高，具大孔隙和垂直节理。全新统，废弃碎石土。

1.2 水文地质条件

1)第四系孔隙水：主要分布在N2粘土层上部，属层间滞水，水量贫乏。

2)石炭系裂隙水：主要分布在风化层和砂岩含水层裂隙中，石炭系具多层隔水及多层含水结构，大梁水库蓄水之前其水量补给主要是大气降水，富水量小，地下水位基本分布在太原组泥岩和9号煤层上部，水位标高1 374 m左右，根据煤矿排水资料，平均出水量16.5 m3/d；大梁水库蓄水之后，该地下水补给来源主要为大梁水库地表水入渗补给，地下水径流强，地下水水位标高1 387 m。渗透性，太原组透水率为3.04 Lu～28.33 Lu，平均值11.5 Lu；本溪组透水率为0 Lu～2.04 Lu，平均值0.88 Lu。

3)奥陶系岩溶水：地下水位标高1 169 m。透水率为1.0 Lu～7.0 Lu，平均值3.17 Lu。

2 灌浆工艺

2.1 灌浆孔布置

帷幕灌浆孔中心线距电缆井中心线8 m，灌浆高程有1 415 m～1 275 m，共21孔，孔深146 m。电缆井上部为长21.5 m、宽9.2 m的风机房，因此在风机房通向控制楼一侧以机房地面为灌浆平台，机房内灌浆孔共4孔，其余沿风机房建筑物外围布设灌浆孔，东、西向环向灌浆孔夹角25°(起孔距电缆井垂直中心环向夹角12.5°)，共8孔；南侧矩形布设，距建筑物边缘1.5 m～2.5 m，共布设9孔。

2.2 灌浆材料

1)水泥：强度等级不低于P.O42.5，细度要求为通过71 μm方孔筛，其筛余量不大于2%。不使用受潮结块的水泥，出厂超过3个月的不应使用。

2)水：符合JGJ 63—2006的规定，温度不得高于40 ℃。

3)掺合料：可在水泥浆液中掺入砂、粘性土、粉煤灰和水玻璃等。各种掺合料质量应符合SL—91第2.1.6条规定，其掺入量应通过实验确定。

2.3 钻孔

1)钻孔设备采用回转式钻机和金刚石、硬质合金钻头钻进。

2)钻孔的孔位、深度、孔径、钻孔顺序和孔斜等严格按照施工图纸、技术要求等执行。

3)钻孔施工应按灌浆程序(间隔布孔，1，3，5…为Ⅰ序，2，4，6…为Ⅱ序)分序分段进行，孔位与设计位置的偏差不得大于1 cm。

4)垂直或顶角小于5°的孔，其孔底偏差值不得大于1.5 m。

2.4 灌浆

1)制浆：制浆材料必须称重，称量误差应小于5%。各类浆液必须搅拌均匀。纯水泥浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时，应不少于3 min；使用高速搅拌机时，应不少于30 s。浆液温度应保持在5 ℃～40 ℃，低于或超过次标准的应视为废浆。

2)灌浆方法：灌浆按分序加密的原则进行。灌浆长度采用5 m～6 m，特殊情况下可适当缩减或加长，采用自上而下分段灌浆法时，灌浆塞在已灌段段底以上0.5 m处，以防漏灌；孔口无漏水的孔段，灌浆结束后可不待凝。但在断层、破碎带等地质条件复杂地区则宜待凝，待凝时间应根据地质条件和工程要求确定。在电缆井灌浆过程中，应加强电缆井衬砌观测，特别是在各灌浆压力变化高程位置，发现问题及时调整灌浆参数。

3)灌浆压力：1 422 m～1 415 m，1 415 m～1 400 m，1 400 m～1 365 m，1 365 m～1 325 m，1 325 m～1 297 m，1 297 m以下，灌浆压力分别为0 MPa,0.5 MPa,0.8 MPa,1.0 MPa,1.2 MPa,2.0 MPa,应尽快达到设计值，接触段和注入率大的孔段分段升压。

4)灌浆结束标准：采用自上而下分段灌浆，在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注60 min，或不大于1 L/min时，继续灌注90 min，灌浆即可结束。当长期达不到结束标准时，应采取间歇式灌浆。

5)封孔：全孔灌浆结束后及时进行验收，验收合格进行封孔。采用“分段压力灌浆封孔法”。

3 帷幕灌浆

3.1 一期帷幕灌浆

先行试验孔施工，采用栓塞法自上而下灌浆法进行灌注，由于实验孔灌浆与压水试验受岩层破碎、地下水径流影响，试验施工周期较长，影响了地下泵站的安装工作。为了缩短施工周期，采用实验孔与灌浆孔同时进行施工。电缆井一期帷幕灌浆完成了所有21孔灌浆施工，钻孔时，在埋深15 m～60 m部分段位出现了漏水现象，灌前压水试验平均透水率为10 Lu，其中Ⅰ序孔平均透水率为11.55 Lu，Ⅱ序孔平均透水率为4.14 Lu。一期帷幕灌浆完成钻孔工作量3 066 m，灌注水泥量1 863 t。

一期帷幕灌浆完成后，电缆井在标高1 369 m东侧处导水管有滴流水现象，西侧井壁有少量渗水，北侧井壁为潮湿状；1 362 m导水管无流水，其中1 369 m～1 286 m部分楼道楼梯处有积水，其余部位楼梯均无积水呈干燥状态，电缆井底部内侧无积水，外侧有少量积水，一期电缆井帷幕灌浆施工，达到了一定止水效果，但未完全达到帷幕止水标准。

3.2 压水试验

帷幕灌浆工程的质量以检查孔压水试验成果为主,结合对施工记录、成果资料和检验测试资料的分析,进行综合评定，每序孔钻至规定高程后，进行孔壁冲洗和裂隙冲洗。

压水试验在灌浆结束14 d后进行，自上而下分段卡塞进行压水试验，采用五点法。冲洗采用有压水，利用灌浆泵通过孔内循环管路进行脉动冲洗。压水压力为设计灌浆压力的80%，之后按照所计算出的压水压力的0.3倍，0.6倍，1.0倍，0.6倍，0.3倍计算各压力点的压力后按三个压力段五点法进行压力试验，以各段最大压力段Lu值作为该段的检查值。五个压力阶段都至少压水20 min并每级压水都需达到稳定标准结束。

1)计算公式：q=Q/PL。

其中，q为试段透水率，Lu；Q为压入流量，L/min；P为作用于试验段的全压力，MPa；L为试段长度，m。

2)检查孔验证。检查孔布置在靠近灌浆量较大的帷幕孔外围2 m位置处。通过压水试验及计算，检查孔的平均透水率为2.86 Lu，均小于帷幕灌浆前的平均透水率值，其中JC1透水率为2.25 Lu～6.24 Lu,平均值3.17 Lu；JC2透水率为1.6 Lu～5.46 Lu，平均值2.56 Lu。透水率较大的位置位于40 m～60 m。

3.3 二期帷幕灌浆

根据实际情况和帷幕止水标准，进行了电缆井二期帷幕灌浆施工，布孔与一期钻孔交错扩大0.5 m布置，结合竣工验收的时间要求，为了尽快完成电缆井帷幕防渗，灌浆工艺修订为：

1)灌前压水试验透水率大于5 Lu的孔段直接采用浓浆进行灌注，配合比根据现场实际情况进行调整，0.5∶1进行灌注时不添加速凝剂；

2)根据灌前压水试验结果，透水率较大的孔段，灌浆时可采用孔口纯压式压浆，如透水率较小的孔段，灌浆时需采用孔口压浆且下设注浆管的方式进行孔内循环灌注；

3)灌前压水试验采用简易压水；

4)灌浆时可采用分序、群灌的方式进行；

5)电缆井帷幕灌浆施工过程中，每一个段次达到灌浆结束标准，并按照设计要求达到闭浆时间的，可直接进尺，不再进行灌后压水试验。

二期帷幕灌浆施工完成钻孔工作量2 900 m，灌注水泥量745 t，远低于一期灌注水泥量。

二期灌浆结束后，对电缆井井壁渗水情况进行观察发现，在电缆井1 369 m东侧导水管已不再流水，仅在井壁内侧牛腿钢结构处有少量水流出，水流呈点线状；西侧混凝土结构连接缝处仍有水渗出，渗出量较小；总渗水量小于1 m3/d，井壁自1 369 m向下呈潮湿状。

3.4 检查孔验证

1)二次帷幕灌浆检查孔共计 9个，其中4孔孔深95 m，5孔孔深60 m(即入灰岩5 m)。根据取芯情况，在15 m～45 m粗砂岩裂隙部位均发现有水泥充填物，45 m～55 m碳质泥岩及煤层部位部分孔内也发现有水泥结石体。

2)压水试验结果，45 m以上的段位透水率仍然较大，部分段位透水率较二次帷幕灌浆施工过程有明显减小，45 m～60 m透水率大部分达到设计要求，仅有1个孔在15 m～45 m透水率在13.1 Lu～42.14 Lu之间；有1个孔在15 m～40 m透水率在5.37 Lu～28.77 Lu之间。60 m～95 m处透水率均达到设计要求。

3)检查孔封孔，透水率较小部位采用2∶1进行灌注，透水率较大部位采用1∶1进行灌注。共计封注水泥量39.5 t。

3.5 渗水原因分析

地下渗水的主要来源是大梁水库地表水通过砂岩含水层和构造裂隙在电缆井壁结构缝上渗出。根据勘察报告和钻孔注浆过程分析，地下水的主要通道是存在的两组构造裂隙，在钻孔碰到裂隙时，水泥的注浆量则较大，必须通过间歇式注浆和及时加大水灰比才能达到设计要求。砂岩透水率较大，灌注水泥量却很少，这是由于砂岩具含(透)水性，但受结构水影响固相物质无法渗透，形成注浆时浆液的扩散性差(使用超细水泥效果相同)，在检查孔取出的岩芯上可以明显观察到，砂岩裂隙部位水泥固相充填，但是完整岩芯却没有任何水泥物质充填。帷幕灌浆和固结灌浆完成后，原井壁渗流位置也产生了变化，由墙体结构缝渗漏转变为钢牛腿锚杆底部渗漏，据此判断其渗水是通过锚杆与砂岩接触位置产生的渗漏水。

4 固结灌浆

电缆井二次帷幕灌浆钻孔过程中未发现有漏水现象，北部钻孔在40 m～60 m段位处反复灌注，但压水试验透水率大于3 Lu，无法达到止水设计要求。安排在电缆井高程1 362 m～1 374 m范围内进行固结灌浆，设计水平孔深6 m,孔间距2.0 m×2.5 m。

固结灌浆时，在高程1 364 m位置处20-12孔内灌注水泥53.772 t，此孔一次灌浆水泥量53.6 t，二次灌浆水泥量130 kg；三次灌浆水泥量仅42 kg，充分说明间歇式注浆的重要性。在电缆井1 369 m东侧墙体钢牛腿处漏水点位置，加大了固结灌浆孔的密度，分别为17-9，18-9，18-10，18-13四个孔，固结灌浆结束后，流量明显减小但仍有滴水。

对固结灌浆进行水平检查孔的施工，其孔内有水流出，流出量较小，压水试验透水率均小于3 Lu，达到设计要求。

5 化学灌浆及排水孔布置

依照堵排结合的原则，在渗水部位最后进行化学灌浆处理，如化学灌浆后仍然漏水，则布置排水孔进行排水，并对渗(排)水量长期监测。

对宽度不小于0.2 mm的渗水裂缝，先对其表面进行清理，确定裂缝或孔洞的宽度、走向、长度等，在裂缝中心线两侧10 cm～15 cm钻斜孔，孔距一般为20 cm～30 cm，孔径为14 mm，钻孔深度为30 cm～40 cm。用高压水将孔清洗干净，将专用灌浆嘴埋入孔内，外露长度为7 cm～8 cm，使用专用扳手对灌浆嘴下部的密封胶圈压紧并固定牢，用堵漏灵封闭灌浆嘴周边的渗水缝面及漏水孔洞。采用进口电动灌浆泵向裂缝内灌注聚氨酯(亲水)浆材，灌浆压力控制在0.3 MPa～0.5 MPa，灌浆顺序为从下至上，从深至浅。灌浆过程中，当浆液溢出临近灌浆孔或稳压5 min且进浆量趋于零时，即可结束该孔的灌浆；当浆液溢出裂缝，通过短时间停泵工作，阻止浆液的持续外流而延长裂缝中浆材的反应时间，待流出的浆液发泡变硬后灌浆工作可持续进行。灌浆结束后，用电动角磨机将缝面溢出的灌浆材料清除干净，采用堵漏灵封闭灌浆孔(凿槽)，以确保堵漏效果。针对电缆井1 369 m东侧墙体钢牛腿处单个出水点在其点周围进行钻孔，并进行高压化灌堵漏处理，处理完成后，再用电动切割机沿渗漏点切凿宽10 cm×10 cm、深2 cm的矩形槽，进行封闭处理。

化学灌浆及排水孔(排水量小于0.2 m3/d)完成后，电缆井自上而下均无渗漏水，井壁呈干燥状。帷幕止水工程交付验收。

6 结语

1)地下建筑物帷幕防渗止水工程，可采取设计、试验与施工同时进行；

2)正确布设检查孔和压水试验，查明渗水岩层、构造及原因；

3)灌浆配比、压力、次数应根据现场施工情况及时调整，对灌浆水泥用量过大的孔段，一定要采取间歇式注浆方法；

4)采用帷幕灌浆、水平固结和化学灌浆相结合的方法防渗止水；

5)帷幕防渗工程可采用“堵排结合”的原则。

The summary of Pinglu electric cable pit seepage-proofing technology of Yollow River Diversion Project of Shanxi province

Yao Wenbing

(The8thGeologicalEngineeringInvestigationInstituteofShanxi,Yuncheng044000,China)

This paper combines practical engineering case, according to the principle of “Combination of Blocking and Draining”, and it makes the design, test and construction going simultaneously, at the same time the methods adopts the combination of curtain grouting, horizontal consolidation and chemical grouting, the main point of this method is that it utilizes the intermittent grouting, it illustrates Pinglu electric cable pit seepage-proofing technology of Yellow River Diversion Project of Shanxi province, so as to attain the effect of seepage-proofing.

electric cable pit， curtain grouting， horizontal consolidation， chemical grouting， intermittent grouting

1009-6825(2015)16-0031-03

2015-03-27

姚文兵(1966- )，男，高级工程师

TV675

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