C-S双液注浆在输水隧洞加固中的应用

潘淼

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110066）

在实际工程建设中，随着注浆规模的扩大和地质环境的日趋复杂，单液浆已经不能满足水利工程建设的注浆需求，以C-S浆、HSC浆等为代表的新型注浆技术逐步得到推广[1]。C-S浆是在水泥浆中添加一定比例的水玻璃形成的新型注浆材料，具有凝结时间短，易于控制，且加固强度十分明显，尤其是在水压高、水流速度快的地质环境下更能取得良好的注浆加固效果。目前，相关领域的学者通过理论和试验相结合的方法，在C-S浆的最佳配合比以及胶凝时间研究方面得到了一系列成果，为不同地质环境下的围岩堵水加固提供了技术参数支持[2][3]。但是，施工现场的实际注浆不仅会受到地质环境因素的影响，还会受到开挖支护、施工器具、人员素质等诸多因素的影响。因此，在进行C-S双液注浆加固施工中，需要根据施工现场的具体情况对注浆工艺和浆材进行必要和灵活调整。

1 工程背景

胜利水电站位于新宾县胜利村境内的苏子河上，是一座以发电为主，兼具防洪、养殖等综合效益的大型水利枢纽工程[4]。电站的引水隧洞进水口布置在左岸坝前，为岸塔式进水口。在引水隧洞开挖过程中，掌子面底部有小部分涌水，在开挖继续进行到0＋123～138段时，地面便产生大量涌水，严重影响施工。由项目工程资料可知，该段为泥灰岩、泥质白云岩地质，由于开挖面位于地下水位以下，且围岩并不稳定，急需处理涌水。同时，实际开挖过程证明，该段围岩风化程度比前期勘测结果更为严重，大多数部位属于强风化到全风化。由于围岩多为软岩，节理裂隙极为发育。因此，项目原设计的支护强度难以承载围岩变形应力，如不及时注浆，极有可能造成初期支护的破裂，甚至钢拱架扭曲变形和混凝土衬砌脱落。因此，拟采用C-S双液注浆技术对输水隧洞围岩进行注浆加固。

2 注浆方案设计

2.1 注浆管的布置与钻孔

在注浆施工前，对输水隧洞围岩开挖后表面的裂隙线状出水以及面状淋水渗水的范围，设计采用直径为50 mm，壁厚5 mm，长度为5 m的热轧无缝钢管作为注浆管，注浆管的外插角设计为15°，外露约1 m。注浆管的布置采用梅花形布设方式，钻孔的间距为1.2～1.5 m，尾部的1 m作为止浆段。在注浆工艺上，采取全孔一次性注浆方式进行灌注。根据相关施工经验[5]，注浆孔的孔径选择为50 mm，采用气动凿岩机进行钻进。根据前期钻孔探查结果，在钻孔上从右边墙脚、掌子面以及左边墙脚实施斜向钻孔，如果钻到4 m仍未出水，则停止钻孔。在钻孔完成后，对有喷水的孔进行注浆管安装，在管口和注浆管的连接处设置球阀开关。根据注浆管与孔口之间间隙和孔内水压的大小，在注浆管外缠绕一定厚度的面纱，可以起到固定和止浆的双重作用[6]。

2.2 注浆参数

选择合适的注浆参数是注浆施工顺利进行的基本保障，同时也是确保注浆质量的关键性因素。因此，在注浆方案设计过程中，应该根据项目的地质和现场情况对注浆参数进行实时和必要的调整，以最大限度满足注浆需求。

2.2.1 浆液凝胶时间

浆液的胶凝时间是注浆施工的重要参数，其选择是否适当不仅会影响到注浆浆液的扩散范围，还会影响到注浆施工本身的堵水效果。对这次施工而言，C-S双浆的凝胶时间不仅与围岩地层的涌水量有关，还与现场施工人员的技术熟练度有关。结合这次施工需要，设定浆液的凝胶时间为30 s～3 min，具体时间根据实际情况灵活确定。例如，当围岩地层涌水量较大，同时操作人员的技术熟练程度较高使，可以取最小值，否则应该取最大值。

2.2.2 单孔单段注浆量

注浆工程的主要目的是堵水和加固，因此注浆量的确定十分重要，注浆量过小不易达到注浆效果，注浆量过大容易造成浪费和工期延长。

在这次注浆施工中，单孔单段注浆量利用如下经验公式计算确定：

其中：Q为单孔单段注浆量，m3；R为扩散半径，m；H为注浆分段长度，m；n地层裂隙度；a为地层裂隙充填率；β为浆液损失率。

根据工程实际情况，水灰比为1.2∶1，水泥和水玻璃比为1∶0.6，水玻璃浓度为28°Be′注浆管管径为50 mm，长度为5m，外露长度为1m。在考虑一定浆液损耗的情况下，利用上述公式计算获取每根注浆管的注浆量为0.01 m3的浆液。

2.2.3 注浆压力

注浆压力是浆液在地层裂隙中扩散、充填和压实的主要动力来源，对注浆后的地层密度具有重要影响。如果注浆压力过低，浆液的扩散范围小，不能填满地层孔隙，达不到加固和堵水要求；如果注浆压力过大，不仅会造成注浆范围过大，造成浆液浪费，还可能造成裂隙扩大和岩层位移。在本次注浆施工中，灌浆施工的初始压力设定为0.5 MPa，然后逐步提高灌浆压力至1.0 MPa。注浆终压的计算按照下面的经验公式计算。

其中：P终为注浆终压，MPa；P水现场静水压力，MPa。

由于这次注浆的主要目的是堵水加固，因此净水压力取0 MPa，因此注浆终压为2～4 MPa。

2.2.4 注浆速度

注浆速度选取的主要考虑因素有注浆目的、注浆材料、机械设备、地层吸浆力和施工工期。如果注浆速度过快，可能会造成注浆压力过高，进而抬升注浆终压值，形成次生地质问题，严重影响注浆效果。如果注浆速度过慢，则注浆施工的连续性就无法得到有效保障。由于这次施工的地层属于断层破碎带注浆，施工环境较差，结合相关施工经验，注浆速度采取60～120 L/min

2.2.5 施工流程

结合工程项目的具体情况以及相关注浆加固工程经验[7]，这次注浆加固堵水施工的施工流程如图1所示。

3 注浆效果检测

3.1 检测方法

图1 注浆施工流程示意图

图2 地质雷达检测工作原理图

注浆结束后，需要对注浆效果进行及时检测以控制工程质量。根据这次施工的现场条件以及工期要求，采用地质雷达为主的检测方法[8]。该检测方法的主要工作原理如图2所示，雷达主机控制发射天线向一定方向发射脉冲电磁波信号，接受天线接受经过地层反射后的反射波，然后通过对反射波特征的分析，推断探测目标的位置、结构和分布情况。这次检测采用LTD-X1型探测地质雷达，400 MHz天线，检测测线为43条，有效检测深度3 m，可以满足工程需求。这次探测的测线布设分为注浆前、注浆后两个阶段，横向、纵向共有43条测线。其中横向探测采取从左至右的方向，纵向探测采取从上至下的方向。

3.2 检测结果分析

对各条测线注浆前后的成果进行对比分析，可知，测线2显示的异常区域在注浆前后电磁波反射异常区域显著变小，注浆效果比较理想。

4 结语

随着水利工程施工技术的进步以及复杂地质环境下建设项目的增多，单液浆已经不能满足水利工程建设的注浆需求。C-S浆具有凝结时间短，易于控制，加固强度十分明显的优势，在水压高、水流速度快的地质环境下更能取得良好的注浆加固效果。文章以胜利水电站引水隧洞围岩注浆施工为例，探讨了C-S双液注浆技术的具体工程应用。工程实践显示，使用适宜配比的C-S双液浆注浆，浆液在灌注过程中流动性良好，注浆区域原本的裂隙和溶洞范围明显减小，对围岩破碎、松散，支护困难的处理极为有利。这次工程实践成果对缓解软弱围岩、富水破碎带等复杂地质条件下工程施工，具有重要的指导设计意义和参考作用。