浅孔高压固结灌浆在高水头小断面引水隧洞中的应用

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(中国水利水电第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程简介

1.1　工程概况

老挝南湃水电站为高水头长引水式电站，引水系统由左岸引水隧洞和压力钢管两部分组成，总长8247m，其中隧洞段长6739.4m，压力钢管段长1507.47m。

引水隧洞进口底板高程1114m，总长6739.4m，隧洞由3段平洞和2段竖井组成，3段平洞纵向坡度分别为i=1.7%、0.5%、0.5%。末端高程分别为1075.04m、848.000m、629.96m，对应长度分别为2390.89m、2298.65m、1530m。隧洞采用圆形平底断面，开挖洞径4.4m(宽2.75m)，衬砌后底宽2.47m。上平段主要以常规的固结灌浆(最大灌浆压力为2.0MPa)作为基础处理手段，中平段和下平段为高压固结灌浆(最大灌浆压力分别为4.0MPa和7.0MPa，中平段为无盖重高压固结灌浆)。

1.2　地质简述

引水隧洞上平段地层主要为风化程度不等的凝灰岩及变质板岩，其Ⅳ、Ⅴ类围岩主要集中在T0+850桩号以前洞段，T0+850后多以Ⅲ2类围岩居多。平段洞段围岩为“薄层凝灰岩”，据隧道质量指标RMR统计结果，Ⅲ1类围岩约占整个上平段的5.98%、Ⅲ2类围岩约占57.22%、Ⅳ类围岩约占30.74%、Ⅴ类围岩约占6.06%，衬砌方式为钢筋混凝土衬砌及挂网喷混凝土。

引水隧洞中平段洞段围岩以“中厚层凝灰岩”为主，局部间夹薄层黑色板岩、或薄层凝灰岩，Ⅱ类围岩约占6.33%、Ⅲ1类围岩约占41.44%、Ⅲ2类围岩约占40.57%、Ⅳ类围岩约占11.66%，衬砌方式主要为挂网喷混凝土，极少量洞段采取钢筋混凝土衬砌。引水隧洞下平段洞段围岩以“中厚层凝灰岩”为主，局部间夹薄层黑色板岩、或薄层凝灰岩，Ⅲ1类围岩约占37.2%、Ⅲ2类围岩约占53.0%、Ⅳ类围岩约占9.8%，全洞段进行钢筋混凝土衬砌。

2　固结灌浆设计参数

老挝南湃水电站引水隧洞为衬砌与围岩作为联合受力体，基础灌浆的主要目的一是为了提高围岩整体性，二是填充围岩裂隙，减少围岩透水率。本工程引水隧洞固结灌浆灌后透水率要求小于1Lu，各部位固结灌浆相应的设计参数见表1。

3　固结灌浆施工

3.1　灌浆材料选择

3.1.1水泥、掺合料及外加剂

本工程选用标号P.I52.5水泥作为灌浆用水泥，细度要求通过80um方孔筛余量不大于5%，按国家和行业的有关规定，对每批次水泥进行取样检测。

表1各部位固结灌浆设计参数一览表

本工程在施工过程中未使用任何掺合料和外加剂，均以纯水泥浆液进行灌注。

3.1.2制浆用水

灌浆用水符合《水工混凝土施工规范》(DL/T5l44-2001)拌制水工混凝土用水要求的规定。

3.2　灌浆机具选择

本工程造孔采用YG80导轨式凿岩机，灌浆采用SGB6-18高压灌浆泵，两种机械设备主要参数分别见表2和表3。

表2 YG80导轨式凿岩机主要技术参数

表3 SGB6-18高压灌浆泵主要技术参数

3.3　高压固结灌浆施工

3.3.1灌浆试验

本工程先进行生产性试验灌浆，鉴于本工程下平段的地质特点，选取一处Ⅲ2类围岩作为试验区，并对Ⅳ类围岩的首次灌浆进行密切观察。确定合理的灌浆参数及灌浆工艺(灌浆压力、灌浆孔间排距等)。

水泥浆液性能测试：浆液配制程序及拌制时间、浆液的稳定性，确定浆液配比。

3.3.2孔位布置

本工程引水隧洞下平段Ⅲ类围岩每环均布置8孔，梅花型布置，环距2.0m，Ⅳ类围岩每环均布置8孔，梅花型布置，环距1.5m。固结灌浆孔布置见图1。

图1　典型断面孔位布置

3.3.3钻孔分序、分段

本工程引水隧洞下平段由于灌后要求较高，施工难度较大，高压固结灌浆孔环间及环内均分2序施工，钻孔采用YG80导轨式凿岩机进行施工，一次性钻至终孔深度，钻头为φ50mm十字型钻头。

3.3.4钻孔冲洗及压水试验

固结灌浆孔需进行孔壁和裂隙冲洗。孔壁冲洗当回水澄清后即可结束；裂隙冲洗采用压力水进行冲洗，结束标准为回水澄清后10min或总时间不少于30min。地质条件复杂的孔段还应结合实际情况，采用适宜的冲洗方法。

灌浆前选择有地质代表性的孔段作压水试验，采用全孔单点压水法，压水压力为1.0MPa。压水试验的目的是获得岩体灌前透水率等参数及发现混凝土缺陷处是否存在漏水、渗水等现象，以便提前进行处理。

3.3.5灌浆方法

灌浆采用自下而上孔口循环法进行灌浆施工，由孔底向外分段卡塞灌浆。如果遇特殊地质洞段，可采取自上而下分段灌浆及加密处理。灌浆塞为φ38mm、L=0.5m(橡胶段)的水囊塞。灌注第二段时在孔口外加设15cm的护筒以保证孔内有效灌浆段长，该方法能有效防止灌浆塞外露钻孔部分因受力不均炸裂。

3.3.6灌浆压力及变浆标准

本工程固结灌浆水灰比可采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个比级，开灌浆液水灰比选用2∶1，变浆标准执行规范标准，灌浆压力见下表4。

3.3.7灌浆结束标准与封孔

各灌浆段灌浆的结束条件应根据地质条件和工程要求确定。一般情况下，当灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注30min，即可结束灌浆。固结灌浆孔采用全孔灌浆法封孔。

3.3.8特殊情况处理

固结灌浆过程应密切注意混凝土有无形变、高压情况下压力是否存在突升陡降及地下水渗漏等情况。灌浆期间特殊情况的处理可参照施工规范要求执行。

表4下平段高压固结灌浆压力控制一览表

3.3.9质量检查方法及合格标准

本工程高压固结灌浆工程质量检查采用钻孔压水试验的方法为主，检测岩体弹性波波速方法为辅。单点压水试验检查孔的数量不应少于灌浆孔总数的5%，检测时间应在灌浆完成7d以后，检查结束后应进行灌浆和封孔。

本工程高压固结灌浆质量的压水试验检查，其孔段合格率应在85%以上；不合格孔段的透水率不超过设计规定值的150%，且不集中，灌浆质量可认为合格。

4　质量检查情况

本工程高压固结灌浆试验段累计完成高压固结灌浆钻孔80个，共计312m，完成水泥注浆干耗灰55.38t，高压固结灌浆试验段灌前围岩最大透水率9.39Lu，平均透水率2.77Lu。灌浆后质量检查孔压水试验最大透水率0.62Lu，平均透水率0.35Lu，由此说明了高压固结灌浆的效果是非常好的。

5　结语

(1)本工程高压固结灌浆的特点为洞型断面小，钻孔深度浅，灌浆压力大，灌后要求高。处理该类工程时应充分考虑施工机械的实用性。本工程选用的YG80式导轨式凿岩机及SGB6-18高压灌浆泵经济适用，易于检修，拆卸方便。但钻机在如此小断面的隧洞内移动不是特别便捷，在今后类似工程选取该种钻孔设备时，可选择制作一个小型的台车，或在隧洞顶拱预埋挂钩或轨道等用于钻孔设备的移动；

(2)在进行高压灌浆施工前进行简易压水试验是很有必要的，主要目的是检查岩层的渗透性及回填灌浆的效果；

(3)灌浆过程应逐级升压，逐级稳压，稳压过程密切关注灌浆塞的状态。本工程实际施工过程中，少数部位出现当压力达到5MPa后，在稳压过程中灌浆塞因内部压力过大，出现缓慢退出灌浆孔段的现象。针对这种现象，本工程采取机械助力的方式弥补，在灌浆塞末端架设一个支架以稳固灌浆塞，实践证明效果良好；

(4)在进行高压灌浆施工过程中，压力越高，压力稳定性越差，会出现压力突升陡降的情况。在今后类似工程进行高压灌浆时，建议在灌浆塞末端加设一节灌浆管并设稳压筒，多重稳压的情况下，压力突升陡降的情况会得到一定的改善。