水利工程中隧洞固结灌浆施工技术分析

文 静

（江苏省中铁十九局第六工程有限公司，江苏无锡 214000）

0 引言

水利水电工程建设过程中的地质条件与设计、施工方案的选择紧密相关，相关研究学者对复杂地质环境下的水利工程设计进行了深入研究，尤其是当前随着社会经济实力的提升，工程机械设备作用能力得到显著提高，例如在高水头、长引水的隧洞水利工程施工中，得到广泛应用。

在水利工程建筑物施工的过程中，固结灌浆技术应用广泛，尤其在隧洞灌浆中，主要可分析低压和高压灌浆，随着社会经济和水利工程技术的发展，大部分工程均采用高压灌浆工艺，如广州抽水蓄能电站、惠州抽水蓄能电站等水利工程中，取得良好的施工效果。

1 工程概况

某工程中，地理位置主要为37°31′，东经101°15′。工程海拔高程在3010 m，且导流隧洞主要位于坝址左岸结构中，断面结构主要采用的是城门洞型，且洞径一般控制在7.5 m×9.0 m，顶拱的中心角一般控制在120°，洞身长度一般控制在687.0 m，衬砌的厚度一般控制在80～100 cm，并应充分的结合洞径的尺寸7.0×7.0 m，且全长一般控制在192.6 m，衬砌的厚度设计为78 cm。

2 地质条件

2.1 中平洞

在花岗岩体结构中，洞顶上部结构中覆盖微风化岩层厚度在200 m 以上，332 m 以下。共存在7 个断层结构，各个断层呈现阶梯状，宽0.05～2.00 m，倾度角均为陡倾结构，且断层的走向一般控制在洞轴线角度为35°～80°。除了整体结构中的强风化构造形式以外，其余结构均为全风化后的砾石结构，如糜棱岩。各个断层结构影响带不明显，但是对应存在的透水性能相对较好，且在地下水中均呈现出线流状结构。

2.2 斜井

深埋于项目三期的花岗岩体结构内部，并且存在有8 个断层结构，断层宽度呈现不规律性，最大的宽度达到4 m，最小的宽度达到0.05 m，倾角也为陡倾角，且断层结构中的交角控制在25°以上、80°以下。开挖揭露结构中，东西走向均为地下水呈现出线流状出露，其余断层结构中都无地下水出露。

2.3 下平洞

洞体结构中弱微风岩体结构的厚度一般控制在379～501 m，且共揭露的断层数量有8 条，最大的断层宽度可达8 m，最小的断层宽度可达0.03 m，且倾角均为陡倾角。段层结构域轴线的交角位置的尺寸一般都较大，断层结构中对应的岩体结构中，全部为带有潮湿且呈现出地下水渗滴状，并出现渗滴出露的现象。

2.4 高压岔管及引水支管

深置于微风化型花岗岩体结构中，并且花岗岩体结构的岩层厚度一般可达346 m 以上、379 m 以下，岩体结构呈现完整状态，且局部存在一定的蚀变岩，用手捏容易碎，进而导致整体的影响范围相对较小。闪长玢岩结构域岩体的紧密结合度高，且岩石结构完整，微风化状态，主要呈现出I 类围岩。

3 灌浆施工设计参数、原则及施工工艺

3.1 灌浆参数设计

水利工程中隧洞高、低压灌浆段的划分应遵循项目当地的施工规范及相关技术要求，将灌浆输水系统按照有关灌浆的压力等合理划分，并对大小洞段结构中的灌浆压力进行有效分析得出，灌浆压力小于4.5 MPa 时为低压灌浆，压力达到4.5 MPa以上时为高压灌浆（表1）。

表1 高压输水灌浆施工中的具体参数

其次，为开始灌注过程中的水灰比参数设计，应选择合理的3∶1、2∶1、1∶1 等比级形式的水灰比灌注。开始灌注时的水灰比应控制在3∶1 的比值原则，同时利用1∶1 的浆液灌注，实现开罐水灰比符合设计的规范要求。

同时遵循浆液可更换的原则，浆液应由稀到稠。在灌浆过程中，应合理控制灌浆比，灌浆压力应保持不变，且在当吸浆量呈现均匀减少状态时，应将灌浆工作持续开展下去，确保灌浆过程中的注入率达到30 L/min，并可依据具体的施工情况进行有效变更处理。

3.2 施工原则分析

结合实际工程特点分析，对于某工程来说，针对当前高压结构的几个部位，针对当前如何利用控制合理的灌浆压力，并结合防治混凝土结构进行岩体劈裂，并对整体的结构部位进行合理控制，可有效的控制灌浆效果。

3.2.1 中平洞

主要利用环内分序结构，通过加密全孔的形式，保障灌浆的顺序由低到高开展，并且在环内结构中实现顶孔结构的灌注。利用机械塞塞入的方式，对整体的压力进行合理控制（一般为2.5 MPa）。为了防止抬动过程中的岩石接缝面结构的稳定性，应采取PV 值压力控制的方式，直到混凝土浆凝结以后，以达到设计的压力值，确保闭浆封孔操作的顺利开展。

3.2.2 下平洞

一般选择使用环内分层结构，进行加密式的分段灌注，整体的施工流程也应遵循由下及上的方式，确保灌浆分两段进行，其中第一段中主要以机械式的闭塞结构为主，确保其压力值应控制在4.5 MPa 以上，并实现逐级递增的模式，然后再将对应机械塞结构进行塞入，确保混凝土骨结构能够实现压力的有效控制（一般控制在2.5 MPa）。结束以后，还要确保整个闭浆环节的有效性，进而对整体结构进行封孔处理。

3.2.3 引水支管

钢管段结构应首先设计成下游两排的形式，并利用灌注的方式，将灌注实现两排中间，环内结构中应由底孔结构向上灌注。

3.2.4 高压岔管结构

按照环内进行分序加密处理，确保孔内结构的分段灌注，并且要采用由低处向高处灌注的方式。施工流程中，主要按照由上及下的灌注顺序，两次的造孔操作应确保分段灌注，并且在第一段造孔灌注的过程中应钻孔到1.5 m 处，然后将对应的机械塞结构混入到混凝土面中，将对应的压力控制为2.5 MPa，在进行灌注的过程中，应合理控制灌注的时间，待冷却凝固以后将孔内的钻孔结构设计孔深，将机械塞塞入到对应的岩体结构中，同时压力值也相应地由4.5 MPa 上升到7.5 MPa。达到7.5 MPa 以后，实现闭浆封孔作业。

3.2.5 斜井结构

结合项目整体性，结构复杂性等要求，对灌浆的过程主要采用爬升器进行牵引作业，灌浆作业的平台结构主要可实现只能从上、不能从下的原则，并且灌浆的整体流程及顺序应合理地控制在逐排灌注的过程中，环内结构中的底孔结构应进行逐孔灌注，并灌注的方式应实现与下平洞相同的灌注方式。

3.3 灌浆施工

3.3.1 灌浆施工的方案设计

在隧洞灌浆施工的过程中，应利用环内分序的结构和环内加密的施工方式，对施工中存在的渗漏现象及时控制，处理好对应渗漏的位置，并使用加密孔的方式，对渗漏严重的位置进行施工应用，一般情况采用的是全断面的固结灌浆施工法，且灌浆的长度应依据长度的变化，涌上段结构中，主要采用上下游各延伸2 序的方式，长度大约6 m，注浆孔的间距一般控制为浆液逐步扩散停止后的1.5 倍左右，在参考洞内结构的固结灌浆孔的设计以后，要按照对应的排距尺寸，如3.0 m，实现梅花型布置，并对入岩体结构的深度进行控制，一般设计为逐级加密的操作。由于在实际的施工开挖过程中，挖顶部结构中会设计和预留1m的平台结构，因此在灌浆的过程中，应按照底板结构的顺序进行有效实施。施工中应遵循一孔一灌浆或者一序一灌浆的施工原则，并保证开展逐级施工。由于在灌浆的过程中，基本不会发生盖重的现象，因此在施工的过程中，应注意冒浆、漏浆等情况的严重程度，在施工过程中应注意与灌浆的压力比值，确保外侧的水压能够进行有效的控制。

3.3.2 灌浆主要工艺及施工流程

（1）制浆系统的合理布置。在灌浆之前，需要整体的制浆系统进行合理设计，并对位置进行科学布置，在设计及布置的过程中，主要以不影响实际交通为主，实现采购人员进出材料的有效性、有序性，为搬运设备及材料等提供有效的运输控制，确保灌浆系统及平台具体位置的布置符合相关规范的要求（图1）。

（2）钻孔灌浆作业平台的搭设设计。在钻孔灌浆作业平台的搭设的过程中，应首先遵循灌浆作业的便利化，主要使用的是Φ1.5 mm 钢管结构材料，并形成移动形式的有效的平台结构，在搭设5 cm 木板结构形成钻孔灌浆平台结构。

（3）钻孔设计。钻孔的过程中应首先采取钻机结构、圆盘钻结构及手风钻钻孔结构等，对应的开孔孔径结构应采用75～42 mm，同时孔径结构及孔向应符合相应的偏差，确保辅助性测量纠编控制的合理性、科学性。在钻孔结束以后，可实现对应的压力系统及结构能够符合孔内结构的冲洗的干净，对应冲洗的压力应设计为1.0 MPa，直到回水清净为止。同时要保证钻孔结构冲洗和裂缝冲洗的稳定性。

图1 隧洞内灌浆制浆系统的总体布置示意

（4）灌前简易压水试验。为了实现有效分析将灌浆结构的稳定性，灌前结构可采用压水试验的方式，压力值应控制在1.0 MPa。采用单点法的压水试验，在稳定的水压下，能够实现最大值与最小值的终值在10%以内。

（5）灌浆方法。灌浆方法主要采用的是环内分序逐排灌注的方式，并结合相应施工流程、施工模式等，对环内的单号孔1 次序和双号孔的2 次序进行合理应用。在加密孔的不同次序中，应按照灌注前的压水试验，合理分析压水孔段结构的稳定性，并利用联合灌注的方式，尽量保障整体结构能够实现两个孔对称的方式。在此灌浆法中，应禁止出现两个相邻的灌浆孔结构中进行联排灌浆的方式，同时应控制小范围内的混凝土受压过大现象的影响。

（6）灌浆压力的控制。灌浆压力的控制过程中，要严格的依据相关设计、施工规范，结合实际的工程应用情况，将灌浆压力实现分级控制，主要对升压速度、灌浆的压力控制等参数进行设计。首先，要将压力控制在4.5 MPa 以为，作为灌浆开始的压力，并按照施工现场的实际状况，进行逐级升压的方式，每实现压力的升级都要将压力控制在1.0 MPa 以内，同时升压的速率应控制在0.5 MPa/min，当达到最终的升压数值以后，压力稳定；达到30 min 后，结束对应灌浆操作。在压力上升的过程中，应加强抬动过程中的变形情况，确保抬动过程中的变形观测值、自动报警值等能够符合相关设计和施工规范的要求。

（7）灌浆结构及封孔处理。灌浆施工结束的主要标志位，压力值达到后，注入率小于2.5 L/min，并且持续稳压状态在20 min后，再选择结束灌浆。灌浆结束以后，为减少初期的回弹，应尽量阻止岩石裂缝中的浆液出现回流的现象，及时进行封孔处理。

4 结束语

综上所述，本工程在施工过程中所选择使用的隧洞固结灌浆施工方法及相关的参数设计是可行的，并且在实际施工的过程中得到良好的施工效果，施工质量完全符合相关设计、施工及验收规范的要求，灌浆的成果资料收集有效，这表明本工程施工中的固结灌浆效果应用有效。