水工隧洞回填灌浆的设计与施工工艺探讨

2018-03-25张照举李念军

水电站机电技术 2018年4期

张照举，李念军

（清远蓄能发电有限公司，广东清远 511853）

1 引言

20世纪初的水工隧洞多采用混凝土预制件结合回填灌浆的方法建造混凝土衬砌，其施工方法类似现在盾构隧道的预制管片加豆砾石灌浆衬砌工艺。回填灌浆对衬砌的结构安全起着决定性的作用。到20世纪80年代，混凝土施工设备及工艺有了较大的发展，水工隧洞的衬砌多采用现浇混凝土建造（盾构隧道除外）。由于混凝土浇筑的施工缺陷或技术能力的限制，造成混凝土衬砌与围岩之间存在一定的空隙和空洞等。采用回填灌浆的方法将这些遗留的空隙和空洞充填密实，从而使围岩与衬砌混凝土紧密结合成为一体。因此，隧洞回填灌浆的目的就是弥补混凝土浇注的缺陷，属于混凝土衬砌的施工工序系列。目前国内混凝土施工技术已经日臻成熟，现浇混凝土的缺陷已经微乎其微，作为对弥补混凝土施工缺陷的回填灌浆的作用也逐步减弱。

2 .现行回填灌浆设计与施工工艺

2.1 回填灌浆设计

隧洞回填灌浆应在衬砌混凝土达70%设计强度后进行，灌浆孔主要应布置在顶拱中心角90～120°范围之内，每排孔数依隧洞直径达小而定，直径小于5m时可为1～3个孔，直径大于5m时可为3～5个孔，排距2～6m。灌浆压力应视混凝土衬砌厚度和配筋情况而定，对于素混凝土衬砌可采用0.2～0.3MPa；钢筋混凝土衬砌可采用0.3～0.5MPa。Ⅱ序孔的灌浆压力可为Ⅰ序孔的1.5～2倍。回填灌浆按排间分序的原则进行，一般分为两个次序，包含灌浆孔数量较多的排为Ⅰ序排。两序孔中都应包括顶孔。

2.2 回填灌浆施工

（1）灌浆区段划分

回填灌浆应分区段进行，区段长度一般不大于三个衬砌段（50m左右）。区段的端头在混凝土施工时封堵严实。

（2）灌浆孔施工

回填灌浆孔施工可采用机械直接钻进成孔和从预埋管中钻进成孔两种方式。一般在素混凝土衬砌中宜采用机械造孔，对于钢筋混凝土衬砌可采用从预埋管中钻进成孔的方法。钻孔孔径不宜小于38mm，孔深宜深入围岩5～10cm。钻孔完毕后，应记录混凝土厚度和混凝土与围岩之间的空隙尺寸。

遇有围岩塌陷、溶洞、超挖较大等回填空腔很大特殊情况时，应在该部位埋设灌浆管。灌浆管数量不应少于2个，其出口应在空腔最高处，以利于进浆和排水、排气。

（3）灌浆方法

回填灌浆采用“赶灌法”，即先钻出第Ⅰ次序全部钻孔（脱空较大时也可只钻出部分钻孔），自灌浆区段较低的一端向较高的一端推进，低处孔灌浆时，高处孔用于排气、排水，当高处孔排出浓浆（接近或等于进浆水灰比）后，可将低处孔堵塞，改从高处孔灌浆，以此类推，直至该区段灌浆结束。第Ⅰ次序孔灌浆结束后，按同样的方法进行第Ⅱ次序灌浆孔的钻孔灌浆施工。

回填灌浆多采用纯水泥浆液，水泥的强度等级不低于32.5。浆液水灰比一般为0.6：1或0.5：1。

（4）灌浆结束条件

在设计压力下灌浆孔停止吸浆后，延续灌注10min，即可结束灌浆。

（5）灌浆质量检查

回填灌浆质量检查，可采用检查孔注浆试验或取芯检查的方法，相应的检查时间是在该部位灌浆结束7d和28d以后。检查孔应布置在顶拱中心线上脱空较大和灌浆异常的部位，孔深应深入围岩10 cm。压力隧洞宜每10～15m布置1个或1对检查孔，无压隧洞的检查孔可适当减少。

现行规范（DL/T5148-2001）推荐的回填灌浆工程质量检查方法及合格标准：

①单孔注浆试验：向检查孔内注入水灰比为2：1的水泥浆液，压力与灌浆压力相同，初始10min内注入浆量不大于10L为合格。

②双孔联通试验：在指定部位布置2个间距为2～3m的检查孔，向其中一孔注入水灰比为2：1的水泥浆液，压力与灌浆压力相同，若另一孔出浆流量小于1L／min为合格。

③检查孔及芯样检查：探测钻孔及观察岩芯，浆液结石充填饱满密实满足设计要求为合格。

根据工程条件可选用上述一种或两种检查方法。

3 现行回填灌浆施工工艺中存在的问题

3.1 灌浆孔序与钻孔数量

目前隧洞混凝土衬砌基本都是用泵送混凝土，比常规混凝土的塌落度大，流动性好。在重力作用下，隧洞顶拱最高处形成的残留空隙是一个连续的整体。由于所有Ⅰ序孔揭露的都是同一个贯通良好的宽大受灌空隙，各孔相互串通良好，因此，在对Ⅰ序孔进行灌浆时势必出现多孔串浆、漏浆现象。致使多数孔根本没有起到灌浆孔的作用就被封堵了，不仅造成浪费，也给灌浆施工造成很多麻烦。

经过Ⅰ序孔的灌注，原受灌空隙绝大部分被水泥结石充填后，可能会形成多个连通性不好或独立的更小的空隙，对这些空隙的灌浆处理要靠Ⅱ序孔完成。由于这些空隙面积小，且串通性不好，因此需要较多的钻孔才能揭露出这些空隙，然后实施灌浆。

通过上述分析，显而易见，设置适量的Ⅰ序孔，相对设置较多的Ⅱ序孔才符合回填灌浆的实际，更有利于保证回填灌浆质量且方便施工。

很多工程实践证明，对于泵送混凝土现浇衬砌，每排只需在正顶拱布置一个回填灌浆孔，足以达到设计目的。Ⅰ序孔施工完毕，Ⅱ序孔基本不再进浆，或进浆很少，也就是说Ⅰ序孔施工完毕（弄虚作假除外）即可达到设计要求。因此，设计与施工工艺仍有较大的优化空间。

实施回填灌浆的部位一般都要做后续的固结灌浆，固结灌浆的布孔数量和密度远远超过回填灌浆孔，即使回填灌浆稍有缺陷，后续的固结灌浆也足以弥补。因此本人认为回填灌浆没必要分两序施工。

3.2 灌浆质量检查方法

规范推荐新的灌浆质量检查方法，应该是通过多次工程实践证明切实可行，而且检查结果和可操作性均应优于传统的方法。现行灌浆规范推荐的双孔联通试验检查法让人费解。其一、该方法仅在个别工程的某些部位使用过，规范中对其效果优于单孔注浆检查效果的说法缺乏充分的实践证明；其二、该方法只考虑出浆流量，没考虑进浆流量，很可能出现进浆流量每分钟几升甚至几十升，而出浆流量小于1L／min，其检查结果与传统的单孔注浆试验检查结果相互矛盾。

本人认为，回填灌浆检查孔一般都很浅，完全可以通过钻孔用肉眼观察浆液对受灌空隙的充填情况，再结合单孔注浆试验即可判断灌浆质量是否满足要求，即简单又直观。