输水隧洞不良地质段回填灌浆试验方案探析

胡凯

（辽宁白石水利水电建筑工程有限公司，辽宁 沈阳 110000）

1 工程概况

辽宁省重点输水工程2号主洞下游不良地质洞段位于桩号8+753～9+115 m区间内，穿越F17′断层，隧洞埋深140～180 m，地层为荒岔沟组岩组，岩性主要为混合岩、变粒岩、白云质大理岩、蛇纹石化大理岩等，施工过程中曾发生3次大规模的塌方涌水事件，累计影响工期586 d。

针对以上情况，经业主、设计和监理确定，对2号洞含有拱架段，桩号为9+009～9+081 m区域分别采用2种材料进行1 m段衬砌前回填灌浆试验。采用高水速凝固化充填材料（高水材料）回填灌浆的试验段选取2段，采用普通水泥进行回填灌浆的试验段选取1段，具体位置由工程参建各方在现场确定。

2 试验目的

通过对两种材料在施工进度、质量、工艺和经济效益等方面进行对比，从而确定最优的灌浆施工程序、施工工艺、合宜的注浆材料、配合比及其它有关钻孔灌浆参数。从而提高围岩的整体性与均质性，提高围岩的抗压强度，以及减少岩体的变形与不均匀沉陷，为后续的固结灌浆提供条件。

3 灌浆材料

1）高水材料特性。充填体含水率高，用高水材料进行充填所形成的充填体体积含水率高达87%～90%，与之对应的重量水固比范围为（2～3）∶1；凝固速度快，组成高水材料的甲、乙两种浆液混合后5～30 min完成初凝；早期强度高，增长速度快。各龄期的强度：2 h为1.5 MPa以上，24 h为3.0 MPa以上，3 d为4.0 MPa以上，7 d以后的最终强度为5.0 MPa以上。

2）高水材料的固化机理。甲、乙两种浆液混合后，很快发生反应，生成长针状、柱状钙矾石结晶结构；这些长针状、柱状结构交错在一起形成了一个坚固的网状骨架，骨架中包含有大量的结晶水，网状骨条象海绵一样又吸附大量的游离水（自由水）。

3）采用P.O42.5水泥进行回填灌浆时，水泥细度要求通过80 μm方孔筛，其筛余量不大于5%。

4）灌浆材料要求。灌浆材料在运输与储存时，不得受潮和混入杂物，不同种类的产品应分别堆放，不得混杂。在正常仓储条件下，高水材料存放期不能超过2个月，洞内不能超过15 d，P.O42.5水泥存放期不能超过3个月。当材料受潮结块时应重新进行性能检验，合格后方可使用。灌浆材料在运至洞内后要特别注意是否受潮结块，一旦受潮结块严禁使用，灌浆材料检测强度见表1。

表1 灌浆材料检测强度

4 施工工艺及方法

4.1 灌浆工艺流程

灌浆工艺流程：测放孔位→手风钻钻孔→预埋灌浆管→浆液回填→封孔→检查。

4.2 测放孔位

钻孔孔位由测量人员按要求进行放孔，并以红油漆做好标记。钻孔的开钻孔位与设计位置偏差不大于5 cm，因特殊原因变更孔位的须征得监理人同意，并记录实际孔位。

4.3 钻孔

1 m段衬前回填灌浆孔按每环间距2 m布置，每环布置5个灌浆孔，顶拱中心线布置1个，两侧腰线以上平均各布置2孔，总孔数40个，孔径为φ 50 mm，孔深为1 m，其他部位不进行1 m段回填灌浆。回填钻孔采用1台YT-28手风钻，孔径φ 50 mm。由于回填钻孔孔深为1 m，钻孔不分段，一次成孔，当施工过程中遇到特殊情况时，采用钻灌结合的方式进行钻孔施工。

4.4 灌浆

4.4.1 灌浆设备

两个试验区各布置1套钻灌设备，其主要设备：制浆设备为2台高速搅拌机；储浆设备为2台立式双筒搅拌机；灌浆设备为3台泥浆泵和1台双液注浆泵；记录设备为1台自动记录仪（用于普通水泥灌浆，高水材料采用人工记录）。

4.4.2 制浆

1）制浆材料必须称重，称重误差应小于5%，称重采用重量称量法。

2）高水材料试验区浆液由甲、乙两种材料按照1∶1组成。两种浆液配比的水料比为2∶1，两种浆液混合比1∶1。由于甲、乙两种材料中有少量的添加剂，为保证其中的粉料和添加剂在与水搅拌过程中充分混合，要求两种浆液在混合之前保证最少搅拌15 min，浆液在使用前应过筛，然后将搅拌好的甲、乙两种浆液通过双液泵送入混合器中，具体如图1。

图1 高水材料灌浆示意图

3）普通水泥试验区浆液配比为0.5∶1（重量比）。浆液搅拌时间不小于30 s，浆液在使用前应过筛，然后将拌好的浆液灌入孔中。普通水泥从制备到用完时间宜小于4 h。灌浆停顿较长时间后，在开始继续灌浆之前，要彻底清洗所有设备和输送管路。

4.4.3 灌浆方法

考虑到试验段特殊地质情况，灌浆过程中为避免出现漏浆、窜浆和不起压的情况，在试验段钻孔灌浆前，对洞室断面进行喷护。

1）灌浆孔灌注顺序

回填灌浆孔不分序，采用自下而上、左右间隔的方法进行纯压式灌注，最后灌注顶孔。

2）浆液变换

考虑到试验区地质条件复杂，耗浆量大及高水材料的特性，灌浆过程中基本不采用变浆措施，需要变浆的部位需经监理工程师同意，灌浆均采用固定的水固（灰）比（表1）进行灌注。

3）灌浆压力

灌浆过程中采用分级压力的方法进行灌注，设计灌浆压力0.3 MPa，最大灌浆压力不应大于0.35 MPa。

4）灌浆结束标准

①当灌浆孔附近的观测孔有浆液流出时，将注浆孔进行堵塞，当灌浆压力升高时，停止注浆，灌浆结束。

②当观察孔无浆液流出，在0.3 MPa的压力下，灌浆孔停止吸浆后延续10 min，即可结束灌浆。

高水材料试验区灌浆结束标准采用以上两种相结合的方式结束，普通水泥试验区灌浆结束标准采用第二种方式结束。

4.5 封孔

灌浆孔灌浆结束及检查孔检查完毕后，采用全孔灌浆封孔。清除灌浆孔内积水和污物，将灌浆塞塞于孔口，采用0.5∶1水泥浆和允许最大灌浆压力，对该孔进行纯压式灌浆。

4.6 质量检查

1 m段回填灌浆检查主要采用注浆及外观检查、资料整理等情况进行综合评定。试验区在灌浆施工结束后进行注浆检查。试验区共布置8个检查孔，每个试验区4个，具体如图2所示。

图2 检查孔布置图

5 质量控制措施

1）在施工中应严格按设计要求、规范执行，落实施工质量责任到人，且相互监督。施工中严格实行“三检制”，建立严格的工序质量检查和验收制度，上道工序不合格，坚决不进入下道工序。加强项目所有施工人员的质量意识，确保施工后勤保障，按照工序和技术规范要求进行施工。项目“三检制”设置为班组成员或记录员自检、班长复检、现场质检员终检。各孔段需经监理工程师检查验收后，方可进行下道工序施工；灌浆施工过程中遇到特殊情况时，应通知监理工程师到场协调处理。

2）对原材料进行控制，不使用过期的、标号不合格的、受潮结块的灌浆材料，保证灌浆材料符合设计要求。投入完好的设备仪器，定期检查维修，主要设备仪器率定资料及时上报监理部，不使用不合格和损坏的仪表、仪器。

3）切实做好各项施工记录和现场施工日志，使施工记录规范化，客观反应施工现实情况。