HSC超細(xì)水泥超前預(yù)注漿技術(shù)在水工隧洞工程中的應(yīng)用

于成龍

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

1 工程概況

某水工隧洞工程采用新奧法施工技術(shù)，隧洞斷面面積S＝53.61m2，洞頂埋深約190m，洞室圍巖主要巖性為侏羅系小東溝組凝灰?guī)r，青灰色，微風(fēng)化，中硬巖。施工至溝谷帶遇較大斷層，斷層寬度150m，根據(jù)揭露的地質(zhì)分析，洞室圍巖局部完整性差，節(jié)理面多平直光滑，閉合～張開，掌子面處距離底板0.5m處有張開狀節(jié)理，張開距離為5～10cm，有泥漿結(jié)石充填，節(jié)理產(chǎn)狀為71°SE∠8°，節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水呈滲水～涌水狀態(tài)，判定為Ⅳ類圍巖。根據(jù)超前探孔突水情況，研究確定采用HSC超細(xì)水泥注漿材料進(jìn)行全斷面、全封閉的超前預(yù)注漿處理。

表1 地質(zhì)探孔孔位、鉆深及出水情況表

2 HSC注漿材料性能、主要技術(shù)指標(biāo)

HSC灌漿材料是以特制的超細(xì)、高性能水泥為主，配以適量的外加劑而形成灌漿材料。其特點(diǎn)為顆粒細(xì)、比表面積大，可灌入0.2mm以下的裂隙；漿液結(jié)石率可達(dá)100%，抗壓強(qiáng)度高達(dá)50MPa以上；漿液無毒性，對地下水和環(huán)境無污染。所采用的HSC超細(xì)水泥注漿材料分為兩種，一種為防滲帷幕型HSC注漿材料，另一種為含水細(xì)砂型HSC注漿材料，其中外環(huán)采用HSC（防滲帷幕型）灌漿材料，內(nèi)環(huán)采用HSC(含水細(xì)砂型)灌漿材料。

2.1 HSC灌漿材料性能

HSC(防滲帷幕型)注漿材料：該漿液(呈膠狀)具有抗沖刷、凝結(jié)時(shí)間易于控制、強(qiáng)度高等特點(diǎn)?？稍?.5～1.0m/s流速的水中凝固，留存率大于95%，一般用于流動水的堵漏灌漿。

HSC(含水細(xì)砂型)注漿材料：該漿液(屬超細(xì)水泥)具有可灌注性好，凝結(jié)時(shí)間易于控制、強(qiáng)度高、對地層擾動小等特點(diǎn)。既可注入細(xì)小縫隙，又可避免圍巖承壓水對留存漿液的移位。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

2.2.1 HSC(防滲帷幕型)材料

比重：2.8～3.0； 比表面積：(m2/kg)，≥450； 流動度：(min)，≥300；水下不分散性：(PH)≤8；結(jié)石率：(%)≥98；抗壓強(qiáng)度：1d—15MPa；7d—30MPa； 凝結(jié)時(shí)間：20～90min 可調(diào)； 水中自由膨脹率：(%)1d—≥0.03；3d—≤0.10。

2.2.2 HSC(含水細(xì)砂型)材料

平均粒徑：6～8μm；比表面積：(m2/kg)，≥700；流動度：(min)，≥380；水下不分散性：(PH)≤10；結(jié)石率：(%)≥98～100；抗壓強(qiáng)度：1d—8MPa；3d—12MPa。

3 超前預(yù)注漿施工工藝

根據(jù)探孔突水的特點(diǎn)，參考類似工程的注漿設(shè)計(jì)與以往施工的成功經(jīng)驗(yàn)，不同的突水類型應(yīng)結(jié)合具體情況作相應(yīng)調(diào)整。

3.1 注漿孔的布置及注漿范圍

預(yù)注漿孔自外向內(nèi)共布置2環(huán)，注漿孔間排距均為1.5m，最外環(huán)距洞壁開挖線不大于600mm，最外環(huán)底孔距底板開挖線不大于600mm，外環(huán)共布置14個(gè)孔；內(nèi)環(huán)共布置6個(gè)孔，其中第20個(gè)孔布置在開挖斷面的中心點(diǎn)上。外環(huán)孔外插角為9°，內(nèi)環(huán)孔外插角為6°，起拱線上孔位為水平孔。超前預(yù)注漿范圍為：長度30m，開挖25m，預(yù)留5m止?jié){巖盤。

圖1 注漿孔布置及注漿范圍圖

3.2 注漿施工工藝

3.2.1 制漿

制漿材料均采用稱重，稱重誤差應(yīng)小于5%。按水泥單液漿配制方法，先加水后加料拌制。拌制HSC(防滲帷幕型)材料的水灰比為 0.6∶1(重量比)，制漿機(jī)轉(zhuǎn)速 120～180r/min，漿液攪拌時(shí)間3min以上；拌制 HSC(含水細(xì)砂型)材料的水灰比為 0.8∶1(重量比)，制漿機(jī)轉(zhuǎn)速 1 200～2 000r/min，漿液攪拌時(shí)間 2～3min，控制不要超過攪拌時(shí)間；拌合料輸送到攪拌罐(機(jī))后，始終保持漿液的緩慢攪動。監(jiān)測攪拌機(jī)內(nèi)的漿液量，只要攪拌機(jī)內(nèi)有很多料，灌漿泵以慢速高壓輸出，就不開始新一批料的拌合。攪拌機(jī)內(nèi)的拌合料始終盡可能保持新鮮；寒冷季節(jié)施工做好設(shè)備及灌漿管路的防寒保暖工作，若用熱水制漿，水溫不得超過40℃；灌漿較長時(shí)間停頓后，在開始繼續(xù)灌漿之前，按要求徹底清洗所有的設(shè)備和輸送管路。

3.2.2 注漿

注漿方式為全斷面、全封閉的高壓超前預(yù)注漿，注漿方法采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、全孔一次高壓注漿。超前預(yù)注漿采用自外向內(nèi)、從下而上的次序進(jìn)行。同一環(huán)分兩序進(jìn)行，按順序進(jìn)行，兩側(cè)對稱。參見圖1。

3.2.3 注漿壓力

注漿壓力與巖層裂隙發(fā)育程度、涌水壓力、漿液材料的黏度和凝膠時(shí)間長短的等有關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測外水壓力1.0MPa，防滲帷幕型HSC漿液注漿壓力按經(jīng)驗(yàn)初步確定為：1.5～2.5MPa。含水細(xì)砂型HSC注漿材料注漿壓力初步確定為：2.0～4.0MPa。

3.2.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率小于5L/min時(shí)，持續(xù)灌漿10min結(jié)束。

4 超前預(yù)注漿效果

經(jīng)過超前預(yù)注漿處理后的斷層帶，封堵止水效果好，目前已順利通過斷層，達(dá)到了預(yù)期的注漿效果。

5 經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)

（1）鉆孔宜一次達(dá)到設(shè)計(jì)孔深，如在鉆孔過程中遇有大的涌水、溶蝕洞穴、塌孔或掉塊難以鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，以2.0～4.0MPa的壓力，灌注0.6∶1的防滲帷幕型HSC液漿，待凝3h后繼續(xù)鉆進(jìn)，直達(dá)設(shè)計(jì)孔深。然后，采用全孔一次高壓注漿方式。

（2）當(dāng)鉆孔灌注結(jié)束以后，應(yīng)該對掌子面前方進(jìn)行地質(zhì)探孔測試，如果探明前方灌注良好且已無承壓水則停止灌漿。

[1]彭振斌.注漿工程設(shè)計(jì)計(jì)算與施工[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1997.

[2]賈濟(jì)賓.超前預(yù)注漿結(jié)合徑向注漿封堵高壓斷層水技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，39（6）.

[3]徐麗芬.淺談采用HSC新型灌漿材料進(jìn)行隧洞阻水灌漿的方法[J].紅河水，2009（2）.