超前止水灌浆技术在观音阁输水工程中的应用

王志刚

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁沈阳110003）



超前止水灌浆技术在观音阁输水工程中的应用

王志刚

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁沈阳110003）

摘要：超前止水灌浆是引水隧洞工程施工中的常用方法，本文叙述了超前灌浆技术在观音阁输水工程3#施工支洞中的应用情况，介绍了超前灌浆参数选择、施工方案优化及施工工艺技术要点。

关键词：引水隧洞；超前灌浆；输水工程

1　概述

辽宁省观音阁水库输水工程自辽宁省本溪县的观音阁水库库区自流引水，经过输水管线及隧洞，将水引到本溪市。该工程为大型引水工程，工程等别为Ⅱ等。隧洞一标主体工程项目包括取水头部工程、电站工程、主隧洞（9485m）工程、取水头部交通洞工程及1～3#支洞，线路桩号M0 +000～M9 +485m。

3#支洞为城门洞形，洞室总长1088.56m，最大纵坡10.59%。锁口段开挖断面尺寸5.1× 4.95m，Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖断面尺寸4.2×4.3m，Ⅴ类围岩开挖断面尺寸4.3×4.35m。桩号K0 + 715m处为灰黑色弱风化角闪岩，属坚硬岩，块状构造。开挖中在桩号K0 +712m左侧揭露一压扭性断层（350°∠70～75°），向右前方延伸，该断层走向与洞轴线（S180°）近垂直，断层上、下盘面平直光滑，宽约1.5m左右，由碎裂岩及断层泥充填，不能自稳。沿断层呈涌水状出水，量测出水量为773L/min，受其影响在右侧拱角产生塌落，塌腔最深处约1.8m左右。洞室岩体构造裂隙发育，岩体较破碎。节理面起伏光滑～平直光滑，张开～微张，充填岩屑或泥质。

在超前探孔过程中，右侧1#探孔于4.8m深处出水，相邻2#探孔于6.5m处岩石较软，于7m处孔内出水。初期揭露水质清澈，无压，出水量量测810～1100L/min。根据探孔推测前方地质条件，可能发育一与洞轴线斜交构造，宽约1.5m，构造内含水，围岩类别为Ⅳ类。为了施工质量和安全，进行超前止水灌浆施工。

2　超前灌浆施工技术

2.1 灌浆方案

最初采用HSG超细水泥进行局部涌水点阻水灌浆，通过钻孔检查不能达到预期止水效果，决定采取全断面超前灌浆［1］。

从洞室已开挖的掌子面来看，地下水流量较大，但压力较小。针对不同的出水段、超前预报揭示的地下水情况以及HSG阻水灌浆试验，采取分段注浆方法，每个循环设计孔深21m（如图1所示）。灌浆掌子面喷射30cm厚混凝土作阻浆墙［2］。采取分五段进行灌浆，第一段和第二段为3m，第三段、第四段和第五段均5m。灌浆材料，在第二段（6m）采用水泥水玻璃双液灌浆。

2.2 施工工艺流程

止水灌浆工艺流程如图2。

图2　灌浆施工工艺流程

（1）采用风动潜孔钻机成孔，灌浆采用预埋管法进行孔口封闭［3］。预埋管采用ф89mm钢管，长度1.5m，管尾安装阀门，在出现大量涌水时，既可做排水孔，也可做灌浆孔，在注浆时关闭阀门，形成静水压力注浆。灌浆孔布置如图3。

图3　灌浆孔布置

灌浆孔外循环（1-10#孔），Ⅰ为1序孔，Ⅱ为2序孔，分2序施工。内循环（11-14#孔）按孔号顺序施工，不分序。

（2）灌浆所用的水泥强度等级确定为42.5级，水玻璃溶液模数在2.4～2.8之间，波美计测定浓度应为35～40波美度［4］。在施工过程如果确有在水泥浆液添加掺合料、外加剂的必要，可以结合据监理工程师的意见，通过具体试验来确定掺量。

（3）浆液比级采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个比级，具体的浆液比级应结合施工情况适时调整［5］。在施工中灌浆液首先采用2∶1，灌浆浆液由稀到浓逐级变换，当灌浆压力不变、注入率持续减少或注入率保持稳定而灌注压力不断升高时，应保持水灰比不变。当浆液注入量超过300L或灌注时间超过30min，而灌浆压力与注入率并无明显变化时，应采用下一级浆液进行灌注。当注入率超过30L/min时，可采用越级变浓的方式进行灌注。

（4）灌浆压力根据深度及涌水压力相应抬高，第一段≥0.5MPa，第二段为1.0～1.5MPa，第三段、第四段、第五段均为1.5～2.0MPa。

（5）钻孔及灌浆所用主要设备如表1所示。

表1　钻孔及灌浆主要设备配置表

2.3 灌浆质量控制要点

2.3.1 准备工作

钻机对准设计孔位，钻孔方向与洞轴线向外呈不大于8O的夹角，保证钻孔深度。灌浆用的原材料满足设计要求，袋装水泥出厂不能超过三个月，浆液应保证均匀、连续拌制，严格控制各阶段的浆液比级，双液浆应进行室内配比试验。流量计、压力表、压力软管、供水管及阀门等要复合国家标准要求，掌握好灌浆压力，自动灌浆记录仪做好记录。

2.3.2 冲洗和压水试验

在灌浆施工开始前，需要对所有灌浆孔（段）逐一进行冲洗和压水试验［6］。在地质条件较复杂的区域，特别是大裂隙和断裂层，冲洗工作应争取监理人指示并通过现场试验确定的方法进行。在裂隙冲洗完毕之后，即可进行压水实验，结合本工程的特点，压水试验段最大长度设定为5m。压水试验采用“简易法”进行，试验压力为灌浆压力的80%，如果大于1MPa，则采用1MPa；压水实验时长设定为20min，每隔5min读一次压水流量，并将最后的流量值作为透水率计算流量。若试验段的透水率不超过2Lu，则先不灌浆，直接进行下一段压水试验，直至透水率超过2Lu时，将该段与前段合并为一个灌浆段进行灌浆作业，但合并后的最大灌浆段以不超过10m为宜。

2.3.3 灌浆中的质量控制

在灌浆过程中，如果改变浆液等级而导致灌浆压力突变或注入率锐减，则需要马上停止灌浆，立即查明原因，并进行适当的调整［7］；灌浆全过程要及时测定浆液比重，并作出记录。当采用最高等级浆液施灌，注入率仍然不符合设定要求时，可争取监理人同意并采用“定量供浆、间歇灌浆“的方式予以处理。当灌入的水泥浆相当于15～20t水泥干料量时需要暂停灌浆，并至少间歇12h再恢复灌浆，同时恢复灌浆作业前应做好扫孔工作；双液浆也需要在相当于灌入15～20t水泥干料量时暂停作业，并至少间歇时间4h。

3　问题及处理措施

在进行第一段灌注时隧洞掌子面前底板出水，先在底板浇筑长5m、宽4.3m、厚0.5m的混凝土盖板进行封闭，后进行灌浆［8］。第二段Ⅰ序1号孔进行灌浆打孔时，5m处发现涌水，9m处涌水较大，出水压力0.4MPa。当注浆压力达到0.4～0.5MPa时，工作面涌水增加，左下部岩石有粉碎状压出，浆液大量外溢，停止注浆，并对外溢面进行喷混凝土封闭处理。

在第二段打6号孔时，在7m处出现涌水，钻孔打入12m，进行注浆，注浆压力1.5MPa时，不吃浆，加大压力到1.6MPa时，浆液进入，注浆压力到2MPa时，注浆结束。

灌浆过程中若因为堵管以及机器故障等突发原因造成的作业中断，需要及时排除故障，并及时复灌。如果因故中断超过30min，在恢复灌浆前要再次冲洗，如冲洗无效则需要进行扫孔。复灌时应采用2∶1的浆液灌注，如吸浆量与中断前十分接近，即可换用先前之水灰比；若吸浆量并没有明显减少，则应逐步提高浆液等级；若吸浆量出现锐减，并在极短时间内停止吸浆，则判定为灌浆不合格，需要进行重新灌注。

4　结语

超前止水灌浆实施后，对掌子面前方的地下水及岩体进行超前处理，解决了通过排水方式不能解决的地下水对人员、设备、工程的威胁问题。超前灌浆处理提高了洞室岩体稳定性，不仅满足了开挖要求，同时也进一步提高了施工安全等级。在灌浆过程通过加强施工现场管理，严格按照规范、工序操作，合理选定技术参数，保证了超前止水灌浆质量。超前止水灌浆在观音阁输水3#支洞工程中应用达到了预期效果。

参考文献

［1］余勇.浅谈水工隧洞施工中灌浆技术的应用［J］.东北水利水电，2009（08）：22-25.

［2］宋国华.回填灌浆在张峰水库隧洞工程中的应用［J］.山西水利科技，2013（02）：66-67.

［3］向庆庆.水利工程隧洞回填灌浆施工技术探析［J］.中国水运（下半月），2013（08）：208-209.

［4］杨伟.引水隧洞远程灌浆施工技术［J］.云南水力发电，2010 （04）：56-59.

［5］李荣伟，侯恩科.岩溶地区水下隧洞帷幕灌浆实践与研究［J］.水科学与工程技术，2007（02）：47-50.

［6］李荣伟.水工灌浆工程质量管理中应重视的问题［J］.水利技术监督，2007（03）：7-8.

［7］孔祥政.科卡科多水电站引水隧洞灌浆加固方法［J］.中国水能及电气化，2014（12）：15-18.

［8］孔祥政.科卡科多水电站引水隧洞灌浆加固方法探讨［J］.吉林水利，2014（09）：56-59.

收稿日期：图1灌浆孔效果示意图2015-09-23

作者简介：王志刚（1986年—），男，助理工程师。

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.039

中图分类号：TV543

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）02-0108-03