化学灌浆在输水隧洞渗漏处理中的运用

翁培龙

(福清市东张水库管理局，福建 福清350301)

1 工程概况

1.1 工程布置

福清市位于福建省东部沿海，是闽江下游经济区最具活力的发展区域之一。但匮乏的水资源已成为限制当地经济发展的主要因素。为解决人民生产生活用水和经济快速发展的供水需求，福清市兴建闽江调水工程。该工程曾被列为福建省十大“重中之重”基础设施建设项目之一。建设规模按引水流量10 m3/s设计，远期考虑发展到15 m3/s。

其中一期工程，主要由峡南取水泵站枢纽工程、峡南调压井至酒店输水主干线(全23.17 km，其中隧洞21.11 km、洞径4 m，Φ 2 000 mm双线预应力混凝土管道2.06 km)、新局调节水库(库容为33.5 万m3)和酒店到岩兜输水支线(全长8.56 km的隧洞，洞径3 m)、酒店到龙高输水支线(全长30.74 km，其中隧洞9.79 km，洞径3 m，Φ 1 200 ～1 600 mm玻璃钢管道20.95 km)所组成。

隧洞采用钢筋混凝土(厚300 ～350 mm)、喷射混凝土(厚100 ～120 mm)衬砌及不衬砌3 种形式，其中钢筋混凝土衬砌段约占25%，喷射混凝土衬砌段约占51%，不衬砌段约占24%。

1.2 工程地质与水文地质概况

福清市闽江调水工程输水隧洞沿线地形以多山地、丘陵及山间盆地为主，地形地貌主要受新华厦构造系的长乐—笏石断裂带的影响，山脉走向北北东—北东向，长乐—笏石断裂带西北侧山势稍高，一般高程在50 ～400 m。

隧洞穿越主要地层为侏罗纪上统南园组酸性火山岩，其岩性为浅灰色流纹质晶屑凝灰熔岩，主要岩性为晶屑凝灰岩、灰白色砂岩、泥岩夹一些砂岩。

以其中一个标段樟南隧洞工程为例，其主要断层有F26、F33、F35、F37、F38、F39，其影响宽度约2 ～20 m，断层走向与隧洞走线交角较大，多为张扭性，呈裂隙密集带状。

地下水受地层岩性、地质构造、地形地貌、植被、气象、水文等综合因素制约［1］。主要有孔隙潜水、裂隙潜水及裂隙承压水，它储存于断裂破碎带和层间裂隙之中，单位吸水量≤0.01 L/min·m·m，地下水的补、迳、排因含水岩组及地貌类型的不同而不同，其水量大小由大气降水的控制。

经现场实测，在雨季掘进施工时整条隧洞最大渗漏量最高达620 m3/h，其它时段日常漏水量一般为480 m3/h。曾数度因水量大而迫使停工。

1.3 水泥注浆后仍然有少量渗透原因

根据出水点所处的工程地质与水文地质情况，充分应用水泥注浆堵水及加固地层的作用机理，可以堵住大部分水，把大水变成小水，因此采用“围截注浆法”，即以出水点为中心，在一定范围内布孔口从外到里层层缩小包围，对出水点进行围截，最后集中堵水的注浆方法［2－3］。

但由于节理裂隙的三维发育及其复杂的联系，欲想用水泥注浆方法完全堵住水是非常困难。经水泥注浆处理后，还有部分水从别处较小的通道出来，但经过较长的路径，水压力和水量自然会减小，这些少量的有压水从薄弱混凝土、裂隙缝、施工缝和水泥灌浆嘴中渗流出来，也是在所难免。

2 使用材料简介

针对不同的漏水情况，施工修补材料的选择及材料性能如下:

2.1 丙乳砂浆

丙乳(丙烯酸酯共聚乳液)是一种高分子聚合物的水分散体，加入水泥砂浆后为聚合物水泥砂浆即丙乳砂浆。

它具有优异的黏接、抗裂、抗冻、防渗、防腐、抗氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能，适用于各类混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程。可人工涂抹或机械喷涂，使用寿命同普通水泥砂浆，并适合潮湿面黏结，无毒，耐大气老化。

主要性能指标如下(试验试件的灰砂比1∶2，丙乳掺量为水泥用量27.5%)。其主要性能指标见表1。

表1 丙乳砂浆主要性能指标表

2.2 HLC—VII 防水堵漏剂

HLC—VII 防水堵漏剂是根据工程实际漏水问题而研制的，它采用无机、有机等多种原料研制而成，具有速凝、早强、抗渗、适用性广等特点。

其主要性能见表2。

表2 HLC—WII 防水堵漏剂主要性能指标表

2.3 PU4 水溶性聚氨酯灌浆材料

PU4 水溶性聚氨酯是异氰酸酯与水溶性聚醚合成而得的单组份灌浆材料。其遇水后自行分散、乳化、发泡，立即进行聚合反应。

聚合后的固结体有良好的延伸性、弹性、抗渗性及耐低温性。施工工艺简单，不需要加热，黏度小，可灌性好，且浆液渗透性强，由于遇水膨胀具有二次渗透作用，止水性好［4］。

浆液遇水发泡体积增大为2 ～5 倍。浆液对水质适用性强，无污染。其主要性能指标见表3，PU4水溶性聚氨酯主要性能指标见表3。

2.4 PUI 弹性密封膏

PUI 弹性密封膏是一种聚氨酯弹性密封防水材料，由含异氰酸酯基的聚氨酯予聚体为甲组份和含多羟基化合物、助剂和填料的乙组分组成［4］。它具有优异的耐水、耐热稳定性，抗冻(－45 ℃)及抗绕曲性能，是一种新型优质大坝镶缝止水材料。经工程应用表明其施工工艺简单，冷固化、液态施工、浇注入缝。其主要性能指标见表4。

表3 PU4 水溶性聚氨酯主要性能指标

表4 PUI 弹性密封膏主要性能指标表

3 配套机具及工艺流程

3.1 配套机具的优缺点

配套的灌浆泵可采用携带式手摇灌浆泵，其优点为体积小，便于携带，操作简单，在复杂的环境中使用方便;缺点为不能适应高压力灌浆。

3.2 工艺流程

在施工中许多施工单位都采用一种自制的灌浆罐，这种罐制作简单，可以用钢板与水管三接通头加工而成，使用起来也较方便，灌浆罐使用工艺流程(略)，灌浆罐结构示意图如图1 所示。

图1 灌浆罐结构示意图

4 修补施工工艺

修补施工工艺包括水泥灌浆嘴及点渗处理工艺、施工缝渗水处理工艺和裂隙缝渗水处理工艺。

4.1 水泥灌浆嘴及点渗处理工艺

水泥灌浆嘴及点渗处理工艺主要有以下5 点:

1)将灌浆嘴或点渗处凿成深5 ～8 cm，直径10～12 cm的圆形弧并清洗干净。

2)水泥砂子先干拌均匀，加堵漏剂搅拌至能施工，砂浆直接用瓦刀压进圆形弧槽内，并埋设灌浆嘴，堵压密实后，还要压住砂浆5 min左右。堵漏剂砂浆配比:

3)丙乳净浆涂抹已做好的堵漏剂砂浆表面，以提高黏接力。丙乳净浆配比为:

4)丙乳净浆略干时，分层用丙乳砂浆抹平圆型孔，并用塑料长管套上灌浆嘴引流待灌浆。

5)2 ～3 d后在灌浆嘴固定砂浆有一定强度时进行灌浆，压浆到灌浆嘴不再进浆时，迸浆10 min，然后扎牢灌浆嘴，2 ～3 d后拆除灌浆嘴，堵头封好，表层再次用丙乳砂浆抹平。

4.2 施工缝渗水处理工艺

施工缝渗水处理工艺应注意以下4 点:

1)找水源，沿施工缝走向凿成深5 ～8 cm，宽10～12 cm的U 型槽，清洗槽面。

2)用堵漏剂砂浆封闭施工缝，同时沿缝用Φ10的塑料管预埋灌浆通道，待堵漏剂砂浆完全终凝时，抽出塑料管，通道两端埋设灌浆嘴，并用塑料长管引流。

3)堵漏剂表面先抹丙乳砂浆，待略干时用丙乳砂浆抹平原U 型槽。

4)2 ～3 d后进行灌浆，从一端开始灌浆，当另一端水排完后并溢出浆料时，扎牢出浆口，继续灌浆，待灌浆嘴不再进浆，迸浆10 min，扎牢灌浆嘴，几天后拆除灌浆嘴，堵头封好，表层再次用丙乳砂浆抹平。

4.3 裂隙缝渗水处理工艺

裂隙缝渗水处理工艺主要包括4 点:

1)将裂隙缝凿成深8 ～10 cm，宽12 ～14 cm的U型槽，并清洗槽面。

2)缝槽用堵漏剂砂浆封闭，同时沿缝用Φ10 塑料管做灌浆通道，待堵漏剂砂浆未完全终凝时，抽出塑料管，通道两端埋设灌浆嘴，并用塑料长管引流。堵漏剂表面先抹丙乳砂浆，待略干时用丙乳砂浆抹平原U 型槽。

3)丙乳砂浆达一定强度后，再次沿缝槽用Φ25塑料管及堵漏剂砂浆做灌注PUI 密封膏通道，待堵漏剂砂浆未完全终凝时，抽出塑料管，通道两端埋设灌浆嘴，并用塑料长管引流。堵漏剂表面先涂抹丙乳净浆，待略干时用丙乳砂浆分层抹平缝槽。

4)2 ～3 d后丙乳砂浆达一定强度时，开始灌浆，先灌PU4 水溶性聚氨酯，再灌入PUI 弹性密封膏。在灌浆嘴不再进浆时，迸浆10 min，然后扎牢灌浆嘴，几天后拆除灌浆嘴，堵头封好，表层再次用丙乳砂浆抹平。

5 丙乳砂浆配制技术要求及施工注意事项

丙乳砂浆配制技术要求及施工注意事项如下:

1)拌制丙乳砂浆，一般使用425#以上硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，砂需过2.5 mm筛孔，水泥砂子均需满足有关规范规定。

2)施工时要求隧洞气温＞5 ℃，＜5 ℃不易施工。

3)用量根据现场水泥砂子及施工和易性要求通过试拌确定，一次搅拌量根据施工速度而定，要求拌好的砂浆在30 ～45 min内用完。

4)拌合时先将水泥、砂子干拌均匀，然后加入试拌确定的丙乳量(以满足施工和易性为准)，充分拌均匀、称量准确、误差控制为水泥1%，砂2%，丙乳1%，拌合时采用人工拌和，可穿胶鞋人工踩拌。

5)丙乳砂浆需加强养护，施工后待表面略干时就用喷雾养护，终凝后保湿养护7 d以上。

6)拌制密封膏首先把乙组份分层混合均匀，直至稠度一致的灰色流体，加入少量催化剂搅拌均匀，再加入甲组份，充分搅拌(一般拌合5 min左右)，然后在5 min时间内灌注;密封膏配合比为甲组份∶ 乙组份∶ 催化剂=1∶5∶0.05(重量比)。

7)配料人员与施工人员保持紧密联系，视施工情况变化及时调整配合比以保证施工质量。

8)混凝土表面处理是关键，一定要将表面打粗糙和清洗干净，确保灌浆加压时丙乳砂浆与混凝土表面黏接。

9)根据水压情况选择灌浆压力，一般选择在0.4～0.6 MPa。

10)灌浆出现漏浆现象时，要及时将情况告知技术人员进行处理并做好记录。

11)所有施工机具都应在施工前后清洗干净，施工完毕后更要及时清洗。

6 灌浆效果

采用这种新材料以及新的修补工艺对输水隧洞的渗漏全部进行处理，历时三个多月，共处理大小渗漏达100 多处，堵水率达90%，整个隧洞已无大股漏水，只有个别处有零星渗水，已经能够满足工程的需要。化学灌浆堵水情况见表5。

表5 表化学灌浆堵水情况汇总表

7 结 语

任何单一的堵水措施都难以达到完全令人满意的效果，而应当根据工程实际情况，采取综合措施进行治理。

闽调隧洞堵水采取了分步走，多种方法综合进行的灌浆方式，使各种灌浆更切合水文地质条件和工程实际需要，做到因地制宜，有的放矢，使堵水及加固围岩效果更好，这样做可能在人工和工期方面消耗较大，但从社会、经济、工程等总体效益来看是划算的。

水泥灌浆作为一种堵水的常用方法，兼有多种功能，尤其在克服隧洞大漏水以及加固围岩方面具有安全、有效、长久的特点。

从目前看化学灌浆施工工艺简单且快速止水，堵水效果好，所以在堵水措施方面化学灌浆应是在水泥灌浆基础上的一种辅助手段。

［1］郑旺. 化学灌浆法在输水隧洞渗漏处理中的应用［J］. 福建建设科技，2003(01):47－48.

［2］吴立新. 高压输水隧洞渗漏的处理与思考［J］. 小水电，2009(03):67－68.

［3］熊锦民. 洋潮水库电站有压输水隧洞渗漏的处理［J］. 小水电，2007(02):45－46.

［4］徐文杰. 龙潭水库输水隧洞渗漏分析及其灌浆处理［J］.小水电，2008(05):67－68.