引水隧洞回填灌浆和固结灌浆施工工艺

2022-03-07谭熠南宋尚鑫

四川建材 2022年2期

谭熠南，宋尚鑫

(1.云南省滇中引水工程建设管理局昆明分局，云南昆明 650000；2.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南昆明 650000)

1 工程实例

某引水工程项目的各项建设数据如下：引水隧洞内直径为6.8 m，隧洞总长度约为5 410 m，计划最大输水流量为126.9 m3/s，衬砌材料选取钢筋混凝土结构，厚度设计在50～80 cm。此项目的引0+000至引起0+920为挤压破碎地段，地质疏松，50%由黄黏土构成，其余为破碎岩石，含有大量地下水。

2 灌浆材料和制浆

2.1 灌浆材料

引水隧洞工程的灌浆建筑材料最好选用质量达标且在使用期限之内的硅酸盐类水泥。水泥中砂的直径在2.5 mm之内，细度模数≤2。在施工灌浆阶段，若出现裂缝、溶洞或者断层现象，且在灌浆后压力值依旧低于预期压力，则将等级≥二级的粉煤灰与水泥浆混合，作为灌浆的原材料进行灌注，或将水泥浆换成水泥砂浆进行灌浆施工，注浆用水应符合混凝土搅拌用水标准。表1为一般情况下的灌浆施工设备表。

表1 回填和固结灌浆施工设备

2.2 制浆

制浆是灌浆项目中最基础也最为重要的环节，一般情况下，施工单位会选择集中制浆法，水与水泥灰的比例确定为1∶2，同时将水泥浆流速限制在1.4～2 m/s，待水泥浆混合均匀后即可投入施工。建筑水泥的重量要称重，误差控制在5%以内。也要严格把控泥浆混合搅拌的时间，普通搅拌机搅拌需>3 min；高速搅拌机需>30 s。并且泥浆应在过筛后4 h内灌注完成。

3 回填灌浆

在水电站工程二期支护混凝土的建设强度超过70%方可开展回填灌浆，计划施工两次，第一次施工与第二次施工时间间隔2 d。

3.1 造孔

工程回填造孔项目应选用YT-28气腿式凿岩机，将终孔的直径控制在3.8 cm以上。每一个灌浆区域的造孔工程按照顺序进行，通常情况下先实施Ⅰ序孔的造孔工作，待48 h后实施Ⅱ序孔的造孔，同时施工灌浆区域的两侧建造封堵孔，保证造孔项目顺利进行。同时，运用钻孔直径为5 cm的钻头清理多余的聚氯乙烯材料，尽可能保证孔位与预留孔位一致，若孔位有偏差，则在该位置周围10 cm再次造孔。Ⅰ序与Ⅱ序钻孔一定要符合规范要求，保证造孔深度满足工程计划造孔深度。

3.2 灌浆

1)灌浆压力。Ⅰ序孔灌浆压力为0.2～0.4 MPa，Ⅱ序孔灌浆压力为0.4～0.6 MPa。实际施工过程中，技术操作人员根据灌浆的实际情况适当分级调整灌浆压力，并且升压值不超过0.03 MPa。同时在施工过程中时刻观察压力表数值变化，确保施工质量[1]。

2)浆液配比。Ⅰ序孔水灰比值为2∶1，Ⅱ序孔的水灰比值可选用4∶5或者2∶1，若在引水隧洞回填灌浆过程中发现溶蚀空腔等问题，操作人员必须马上将灌浆材料换成水泥砂浆。

3)回填灌浆方式及结束标准。引水隧洞回填灌浆选取等高双孔并联灌注法，即由地形较高处灌注水泥浆液，水泥浆灌注到一定量时改由高处向低处灌浆，由此反复几次，直到灌浆工作结束。此外，每个灌注区的灌浆工作可以在同孔序造孔或者分序孔造孔时灌注。

回填灌浆的压力值到达预期压力值时稳压5 min，然后停止。对于Ⅰ序孔与Ⅱ序孔施工过程中的窜浆问题，处理方式有所不同。前者应及时封闭造孔并停止灌浆工作；后者则封闭窜浆空洞，随后清理造孔，按照常规程序继续灌浆工作。

4 固结灌浆

在引水隧道工程二次衬砌混凝土的建设强度超过70%时进行固结灌浆工作，并且固结灌浆工作在回填灌浆工作完成后的7 d开始施工。

4.1 造孔

工程回填造孔项目应选用YT-28气腿式凿岩机，将终孔的直径控制在3.8 cm以外。造孔位点要精确，与预期孔位的误差≤10 cm，角度误差≤5°，造孔深度偏差≤20 cm。在造孔过程中为了确保工程质量，减少人力、物力的不必要损耗，需在每一阶段查验孔位的方位角、造孔深度以及造孔倾斜度，及时改正失误，保证工程进度与工程质量。同时严格按照工程顺序进行施工，在造孔工程出现问题时技术人员应认真研究，制定并采取科学的应对办法，及时解决问题。最后选用木塞堵住孔口，确保孔洞后期的正常使用[2]。

4.2 洗孔和裂隙冲洗

1)在引水隧道回填灌浆工作实施前对孔洞进行10 min以上的敞开式清洗，清洗裂缝的水压控制在1 MPa以内，且压力值不得超过灌浆压力的80%。钻孔清洗应<0.5 h，并且在清洗出现清水的10 min后结束冲洗。对于地质条件较差的部位采取高压风方式清理，严格控制风压在0.5 MPa以下，且不超过灌浆压力的50%。

2)引水隧洞的固结灌浆工程需在钻孔冲洗结束后的1 d内进行，若超出此时段则再次冲洗后方可实施固结灌浆工作。

3)洗孔时如果发生窜孔或围岩裂缝问题，减小清洗水压。若洗孔1 h以后返水依然不是清水，应立即暂停洗孔工作，找出并解决引起此现象的问题。

4)洗孔与裂缝清洗工作应在邻近孔灌浆完毕后的24 h以后进行。

4.3 压水试验

固结灌浆项目实施前进行钻孔的单点式压水试验。选择总孔数的5%的具有一定参考价值的钻孔，选择<1 MPa且大于预期灌浆压力50%的水压进行测试，待水压达到标准后保持水压稳定，每5 min记录一次流量数值，试验数据达标时结束试验，并使用最终流量值计算与分析流量。

4.4 灌浆

4.4.1 灌浆压力

一般情况下，引水隧洞渐变段的灌浆预期压力应为0.5 MPa，其他段标准如下：Ⅲ类围岩1 MPa，Ⅳ类围岩1～1.5 MPa进行，Ⅴ类围岩(挤压破碎带)0.5～1 MPa，表2为分段灌浆压力控制表。

表2 挤压破碎带灌浆压力值

最终的灌浆压力需根据施工现场的实际情况来选择，灌浆压力的最大值为围岩变形0.2 mm时所达到的灌浆压力；如若围岩变形超过0.2 mm，灌浆压力依旧没有达到预值，则停止增加灌浆压力。

4.4.2 浆液配比

灌浆所用的水泥浆浓度需要从小到大进行试验。挤压破碎带的灌浆浆液水灰比值有多种选择，分别为1∶1、4∶5、1∶2；非挤压破碎带灌浆浆液水灰比可为2∶1、1∶1、4∶5、2∶1。

4.4.3 浆液变浆原则

1)当水泥浆灌注速率下降压力值无变化或者水泥浆灌注速率无变化而压力值却上升时，水灰比值应保持恒定。

2)当浆液按照一定的水灰比值进行配制，且灌注量超过300 L、灌注时间超过30 min，但灌浆压力值与灌浆灌注速率没有较大变化时，可以加大水泥浆的水灰比例；当灌浆速率超过30 L/min时可以适当提高浆液浓度。

3)当浆液的水灰比值达到最大，灌浆速率基本维持不变时，可使用间歇性灌浆的方式进行灌注。

4)水泥浆浓度变化后，灌浆压力明显升高或灌浆速率明显降低，需要检查并解决工程中出现的问题。

4.4.4 固结灌浆方式及结束标准

固结灌浆需要严格遵循施工顺序进行。在同一灌注区域之内，Ⅱ序孔的施工工作必须在Ⅰ序孔工作完全结束后进行。并且，引水隧洞固结灌浆工程需使用单孔灌浆法进行灌浆，其中，非挤压破碎段使用全孔一次性灌浆技术，挤压破碎段使用序间循环分段灌浆技术，第一段长度为2 m，第二段长度为4 m。在固结灌浆施工时，要求技术人员实时观察衬砌混凝土的变形情况，并记录与分析观测所得数据，混凝土衬砌变形量超过0.2 mm时，立刻降低灌浆压力。当灌浆压力达到预期最大值且灌注速率不超过1 L/min时，固结灌浆工作应在灌注开始后30 min时停止。

4.5 封孔

灌浆工作完成后对部分钻孔进行封孔，其中孔口向下与有涌水的孔使用全空灌浆法封孔，其他孔则使用导管注浆法进行封孔。封孔采用干硬性水泥砂浆封闭孔口。导管注浆封孔法：在造孔的底端插入专用导管，通过该导管向孔内灌注浓度为50%的浆液，使得浮浆与污水排出造孔；全孔灌浆封孔法：在造孔的底端插入专用导管，通过该导管向孔内灌注水灰比值为2∶1的水泥浆，将灌浆塞完全置于钻孔之中，使用最大压力值对孔口进行灌浆封孔。