水工隧洞固结灌浆试验过程研究

于 曼

（辽阳市辽阳灌区管理处，辽宁 辽阳 111000）

目前我国水利工程遍布全国各地，作为长距离输供水工程的组成部分，水工隧洞施工的安全及工程质量就显得尤为重要。现结合我国辽宁地区LXBGS 水利工程某段无压城门形输水隧洞，对其Ⅴ类围岩固结灌浆的施工方法及处理过程展开研究。试验段隧洞线路穿越了早白垩系石英二长岩、侏罗系花岗闪长岩、太古界混合花岗岩及花岗闪长岩等，强度高，完整性差，局部破碎明显，岩石的分布规律复杂，涉及的工程地质问题众多，具有很高的研究试验及指导实践价值。

1 试验段概况

根据隧洞开挖揭示的地质情况及现场施工条件，本试验部位选择在进口控制段，试验长度12 m，固结灌浆孔间排距3 m，深入围岩3 m（钻孔深度不小于3.55 m），梅花型布置，每排有灌浆孔6 个，共计24 个；试验顺序采用环间分序、环内加密的原则进行；环间分两序，灌浆采用全孔一次灌浆法。灌浆压力1.5 MPa，灌浆浆液水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1 三个比级。

2 试验准备

除项目组织机构人员及现场施工人员的配置以外，针对本次试验，应就钻孔机械、灌浆机械等设备提出以下具体要求：

1）采用回转式钻机，使用之前认真检查设备状态，确保钻机有效且正常工作。

2）灌浆泵的性能应与配置浆液的类型、浓度等参数相适应，且泵的容许工作压力不得小于最大工作灌浆压力的1.5 倍。

3）根据现场灌浆需要，配置高速和低速浆液搅拌机；搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌的浆液类型及灌浆泵的排浆量相吻合。

4）灌浆管路应及时清理并冲洗干净，以确保浆液流动畅通；另外，灌浆管路最大承压能力不低于1.5 倍的最大灌浆压力。定期检查灌浆泵及孔口压力表，不合格的和已损坏的压力表应及时换新。

5）灌浆管路应采用可承受高压水泥浆冲蚀的耐磨灌浆阀门。

3 灌浆试验施工方法

3.1 固结灌浆施工流程

图1 固结灌浆施工流程

3.2 固结灌浆孔布设

根据施工技术要求，固结灌浆试验段灌浆孔排距3.0 m，环向60°分布，入岩深度不小于3 m，共布设灌浆孔24 个，工程量为72 m，采用了2 台钻机钻孔。

图2 固结灌浆孔布置图

3.3 钻孔

1）钻孔布置：灌浆孔孔位采用梅花形布置，排距为3 m，根据现场测量放孔位，采用YT28 凿岩机入岩成孔，钻孔孔径为38 mm～42 mm，入岩深度不小于3 m。

2）钻机安装应平整稳固。钻孔时必须保证孔向准确，应进行孔斜测量，并采取措施控制孔斜。

3）钻孔施工按分序加密的原则进行。

4）钻孔结束，进行检查验收；检查合格后，方可进行下一步操作。

5）造孔过程中如遇结构钢筋可在5 cm 范围内移动，不得损伤钢筋截面，如遇临时支护钢筋，可穿过。

3.4 灌浆孔冲洗及压水试验

1）灌浆前，应对所有钻孔进行冲洗，孔内沉积厚度不得超过20 cm。同时在灌浆前，宜采用压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净为止。

2）冲洗水压力可为灌浆压力的80%，若该值大于1 MPa时，采用1 Mpa。单孔冲洗时间不少于30 min。

3）灌浆孔压水试验应在裂隙冲洗后进行，采用“单点法”，且试验孔数不宜少于总孔数的5%。

3.5 制浆

1）灌浆水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1（由稀到浓）三个比级。

2）制浆原材料应按照要求称重，且控制重量误差波动在5%以内。

3）灌注浆液应搅拌均匀，并测定和记录浆液密度、粘滞度等参数。

4）旋流式高速浆液搅拌机搅拌不少于30 s，且搅拌均匀的浆液在使用前必须过筛。

3.6 灌浆

1）隧洞固结灌浆在回填灌浆结束7d 后进行。

2）试验按两个次序进行灌浆，即先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔，环间分序，环间加密，先底部后侧壁，再顶部。

3）灌浆压力控制在1.5 MPa 左右。灌浆浆液的浓度由稀到浓，逐级变换。当灌浆压力保持不变、注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液注入量已达300 L 以上或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无显著变化时，应改浓一级浆液灌注。

4）灌浆全孔一次灌浆应优先采用单孔灌浆，吸浆量小时可采用两孔并联灌注。发生串浆时，也可采用多孔并联灌浆，但孔数不应多于3 孔。

5）在规定压力下，当灌浆孔吸浆量不大于0.4 L/min 时，继续灌注30 min，灌浆即可结束。

6）注浆时根据浆液扩散情况、注浆量、注浆压力等参数调整注浆材料和配合比。

7）注浆过程中记录孔位、孔径、孔深、浆液配比、注浆压力、注浆量、跑浆、串浆等数据。

3.7 特殊情况处理

1）注浆过程中如发现冒浆漏浆，应根据实际情况采用嵌缝、表面封堵、低压浓浆、限流、间歇灌浆等方法处理。

2）灌浆应连续进行，如因故中断，应及早恢复灌浆，否则应立即冲洗钻孔或扫孔，而后恢复灌浆；恢复后应使用开灌比级的水泥浆灌注。

3）灌浆段注入量大，灌浆难于结束时，应采用限流、限压、限量、间歇灌浆等措施，如仍不能解决问题，则采用其他外加剂等措施。

3.8 变形观测

在灌浆区，应安设变形观测装置，灌浆过程中随时观测。当发生异常时（如变形突然增大、掉块等），应立即降压，并作详细记录。

4 灌浆成果分析

4.1 灌前压水试验分析

表1 灌浆前压水试验统计表

从表1 可以看出：Ⅰ序孔压水透水率区间在100 Lu～500 Lu之间的占67%，Ⅱ序孔压水透水率区间在10 Lu～50 Lu 之间的占92%。

从上述灌浆前压水试验统计表看出；随着灌浆次序的增加透水率递减十分明显，符合灌浆的一般规律，说明灌浆效果良好。

4.2 单位注灰量的区间、频率分析

固结灌浆试验段分序灌浆单位注入量见表2。

表2 固结灌浆试验段分序灌浆单位注入量统计表

Ⅰ序孔平均单位注入量CⅠ=951.06 kg/m，Ⅱ序孔平均单位注入量CⅡ=367.79 kg/m，Ⅱ序孔的单位注灰量相对Ⅰ序孔的递减率为61.3%。

S1+083～S1+095Ⅴ类围岩固结灌浆试验段各序孔随着孔序的加密，单位注灰量呈递减的趋势，同时通过Ⅰ、Ⅱ序孔单位注灰量递减率的对比可知，单位注灰量相对于灌浆孔间排距的减小递减明显，符合一般灌浆规律。

4.3 检查孔压水试验分析

试验区布置2 个检查孔，钻孔完毕后按灌浆孔进行验收，并按要求进行压水试验。检查孔压水试验成果见表3。

表3 检查孔压水试验成果表

从表3 可以看出：检查孔的透水率小于设计值5 Lu,这表明灌浆效果良好。

5 结论

试验隧洞进口控制段地质情况较为复杂，S1+083～S1+095Ⅴ类围岩段Ⅰ序孔平均单位注入量CⅠ=951.06 kg/m，Ⅱ序孔平均单位注入量CⅡ=367.79 kg/m，相应的设计参数及施工工艺得到有力验证，此次固结灌浆试验取得预期效果，试验段施工参数可用于本标段隧洞固结灌浆施工。