水隧洞S1#主洞回填及固结灌浆试验段分析

晏 攀

长江三峡技术经济发展有限公司

1 项目实例

南总干渠首部取水隧洞工程灌浆工程试验段在S1#施工支洞控制段主洞上游南取0+945.326~0+981.326段（36m）进行。该段围岩为Ⅴ类，为新鲜紫红色粉砂质泥岩夹砂岩泥质粉砂岩，局部为互层状。混凝土衬砌厚度为50cm。

2 固结灌浆施工工艺及施工程序

固结灌浆施工工艺如图1所示，施工程序如图2所示。

图1 固结灌浆施工工艺

图2 施工程序

2.1 抬动观测孔

（1）抬动观测孔未现场重新钻孔，布孔采用孔号G-5-8-3灌浆孔为T1抬动孔、孔号G-5-4-3灌浆孔为T2抬动孔。

（2）抬动观测所用千分表满足观测需求，在使用过程中也经常进行检查，保证其灵敏性及准确性。

（3）在试验段简易压水、压水试验及固结灌浆全过程中，专人进行抬动观测，每10min做一次读数并手工记录，每孔观测数据基准值未有任何变化。

（4）灌浆全部结束后，对抬动观测孔进行复灌并封孔。

2.2 制浆

制浆采用ZJ-400高速搅拌机，浆液搅拌均匀，定时测定浆液密度，并做好了手工记录。高速搅拌机搅拌时间大于30s。浆液在使用前过筛，普通水泥浆从开始制备至用完的时间小于4h。

2.3 钻孔

钻孔设备采用YT-28手风钻，预埋镀锌套管孔径Φ60，钻杆有5m、5.5m两种。钻头用Φ42、Φ50两种。钻孔按照每环分序原则进行，先进行Ⅰ序孔钻孔，从低到高，左右对称进行，待Ⅰ序孔灌浆完毕，再进行Ⅱ序孔的钻孔。长钻杆用于底拱反弧段两孔（2#、12#），保证钻孔深度满足设计要求。大钻头用于灌前声波测试测孔的造孔，保证单发双收探头插进、拔出自如。

每环底部灌浆孔钻孔后及时用编织袋进行堵塞，防止废浆或杂物进入孔内。

2.4 简易压水

回填灌浆孔钻孔后每孔都进行裂隙冲洗，孔口回水澄清结束。

试验段的固结灌浆孔灌浆前每孔都进行了简易压水，简易压水孔占试验段总灌浆孔100%。简易压水压力为灌浆压力的80%，从简易压水资料显示平均压力0.4MPa~0.6MPa。透水率详见灌浆成果表。

2.5 检查孔

检查孔布置原则：根据灌浆成果，布置在4个灌浆孔正中间，灌浆量较小或者较大区域，或者灌浆异常的区域，试验区固结检查孔兼做回填检查孔，暂按10%比例进行布孔。

2.6 声波测试

声波测试采用单发双收探头插入灌浆孔内每20cm间距为一测段，测试岩体波速。灌前声波检测孔为试验段灌浆总孔数的5%，平均布置了6孔，布孔不集中。灌后声波测试孔由检查孔兼做，灌前灌后平均波速提高4%~5%。灌前灌后声波测试情况详见声波测试报告所述。

2.7 压水试验

质量检查孔钻孔后，做压水试验，透水率小于3Lu为合格。压水试验成果详见压水试验成果表。

2.8 灌浆方法、结束标准及灌浆记录

（1）灌浆方法。固结灌浆采用单孔孔内纯压式空外循环式，自下而上、左右对称的灌浆方法，制浆站距离灌浆孔最大60m,灌浆管路连接通畅。

（2）灌浆压力。灌浆过程中逐级加压至设计压力0.8MPa，因灌浆管路接长，为保证灌浆时孔口压力达到0.8MPa，必要时加压大于0.8MPa，实际灌浆压力值详见灌浆成果表。

（3）灌浆水灰比。回填灌浆浆液水灰比采用0.5:1一个比级。

固结灌浆浆液水会按照设计技术要求规定采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四个比级进行。开灌水灰比为3:1。并遵照浆液由稀到浓逐级变换的原则。

（4）浆液变换。在实践过程中浆液需要按照规范要求操作，保持不吸变量的要求进行擦，同时如果出现吸浆量不稳定性，出现水灰比变化情况下，需要改善其配比性能，此外，还需按照实际的工况，对其浓度进行调整。

（5）结束标准。在设计压力下，单孔注入率不大于1L/min后，继续灌注30min，可结束灌浆。

（6）封孔。固结灌浆结束并满足封孔要求后，试验段顶拱120°范围灌浆孔采用“导管注浆法”进行封孔，其余灌浆孔采用“全孔注浆法”进行封孔，封孔时采用水灰比0.5:1比级进行浆液置换孔内稀浆。在设计压力下屏浆30min后，进行封孔，封孔持续30min该孔封孔即可结束，最后用砂浆进行人工封孔,孔口抹平、光滑并与混凝土表面齐平。

（7）质量检查。试验段固结灌浆质量检查以声波测试为主，压水试验为辅的原则进行。检查孔数量不少于固结灌浆总孔数的5%。

声波测试质量检查：灌浆结束14天后进行，合格标准为单孔灌后平均波速较灌前平均波速提高4%~5%。

压水试验质量检查：处于稳定压力作用下，需要间隔5分钟进行一次测量，并且在每连续测量4次过程求出平均差，当相关数据变化值达到10%时，或者是最大、最小值相差＜1.0L/min，此时试验即可结束。而后进入孔压水检测过程，在该阶段，要保证在设计压力水标准下，检测渗透率，一般来说，透水率不超过3Lu即为合格。

3 灌浆成果分析

Ⅰ序排Ⅰ序孔灌浆压力总体平顺，高于设计压力值（0.8MPa），各别孔压力有陡增情况（8-3#、4-3#）；Ⅱ序孔压力值趋于稳定。Ⅰ序排灌浆压力趋势如图3所示。

图3 Ⅰ序排灌浆压力趋势图

Ⅱ序排Ⅰ序孔灌浆压力总体平顺，高于设计压力值（0.8MP）a，各别孔压力有陡增情况；Ⅱ序孔压力值趋于稳定。Ⅱ序排灌浆压力趋势如图4所示。

图4 Ⅱ序排灌浆压力趋势图

4 总结

（1）试验段为V类围岩洞段，围岩节理裂隙较为发育。灌浆严格按照灌浆技术要求及规范规定，监理指令进行灌浆施工。灌前简易压水透水率随着次序增加而逐序降低，单位注入量随着灌浆次序的增加而明显减少，符合各次序灌浆耗灰量变化规律；灌后的检查孔压水试验透水率不大于3Lu，满足设计要求；灌前灌后声波测试波速提高值也满足规范要求。由此看出试验段固结灌浆生产性试验总体是成功的。

（2）试验段灌浆采用的环间分序、环内加密原则及自下而上、左右对称灌浆方式是可行的。回填灌浆设计压力0.3MPa、固结灌浆设计压力0.8MPa等参数能满足灌浆施工的技术要求，质量检查能够达到设计要求。

（3）试验段安装抬动观测装置，灌浆过程中每10min读取一次千分表读数，每自开灌至结束，千分表基准值始终没有变化，没有发生抬动变形。

5 建议

（1）从本次试验段灌浆成果分析单位注灰量次序间数值减少相对稳定，为后期灌浆施工钻孔台车避免多次转移，建议其余单元固结灌浆按照“环内加密、环间逐序”的原则进行施工，相邻两排间的Ⅰ序孔梅花形布置。

（2）固结灌浆灌前简易压水按照规范规定，以灌浆孔数5%为准；质量检查孔为灌浆孔数5%。

（3）本次试验段未发生任何抬动变形，建议后期固结灌浆时只在隧洞塌方段、渐变洞段设抬动变形观测，其余洞段简易测试即可。

（4）建议回填灌浆完成后，可在2天后对该孔进行固结灌浆。

（5）从同孔及新开检查孔声波检测结果来看，灌后波速较灌前波速提高率均大于5%，为减少已完成施工的衬砌混凝土表面的破坏，建议后续声波检测时在原预埋灌浆套管孔位进行声波检测。