大斷面高邊墻洞室群灌漿施工技術(shù)

方善新，鄭 勇，羅仲列

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

1 工程概述

白鶴灘水電站左岸導(dǎo)流隧洞工程共布置了三條導(dǎo)流隧洞，洞軸線平均長度為1794．59m，其中1#導(dǎo) 流 隧 洞 長 2007．63m、2#導(dǎo) 流 隧 洞長 1791．31m、3#導(dǎo)流隧洞長1584．82m，襯砌凈空尺寸為17．5m×22m(寬×高)，其中邊墻高度為12．56m，頂拱高度為4．94m。由于邊墻高度高，局部洞段圍巖穩(wěn)定性差及滲水問題，給施工帶來了巨大的困難。

2 白鶴灘水電站左岸導(dǎo)流隧洞灌漿施工特點(diǎn)分析

2．1 工程特點(diǎn)

(1)地質(zhì)條件:導(dǎo)流隧洞沿線巖體為單斜巖層，巖性 P2β22、P2β32、P2β3、P2β14、P2β24層杏仁玄武巖、隱晶～微晶玄武巖夾角礫熔巖和凝灰?guī)r等，其中 P2β3層的 P2β23、P2β33層發(fā)育柱狀節(jié)理玄武巖，P2β23層主要為第二類柱狀節(jié)理玄武巖，P2β33層主要為第一類柱狀節(jié)理玄武巖，P2β2層頂部的P2β42為厚0．3 ～1．75m 的凝灰?guī)r，P2β3層頂部的 P2β63為厚0．01～1．3m的凝灰?guī)r，凝灰?guī)r巖質(zhì)軟弱，遇水易軟化。導(dǎo)流隧洞沿線巖體多新鮮堅(jiān)硬，完整性較好，嵌合緊密，巖體多呈塊狀～次塊狀結(jié)構(gòu)，地應(yīng)力量值為中等～高，圍巖以Ⅱ～Ⅲ類為主。

(2)導(dǎo)流隧洞特性:導(dǎo)流隧洞具有隧洞長、地質(zhì)條件復(fù)雜(巖爆、錯(cuò)動(dòng)帶、巖層破碎)、斷面大、邊墻高、交通運(yùn)輸困難等特性。

(3)鉆孔灌漿特性:鉆孔灌漿工程施工項(xiàng)目多，工程量大，施工強(qiáng)度高，投入資源多。

(4)施工組織特性:由于工期原因，導(dǎo)致鉆孔灌漿與導(dǎo)流隧洞襯砌交叉施工，施工干擾大，施工組織較為困難。

2．2 主要工程量

左岸導(dǎo)流隧洞灌漿工程量統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 各類型灌漿工程量統(tǒng)計(jì)表

2．3 主要施工條件及技術(shù)指標(biāo)

左岸1#、2#、3#導(dǎo)流隧洞全長 5383．76m，主要施工條件見表2。

白鶴灘水電站大斷面高邊墻隧洞灌漿施工技術(shù)參數(shù)見表3。

3 鉆灌材料及設(shè)備

3．1 灌漿施工用的水泥、水、砂和外加劑

(1)水泥:用于回填灌漿、固結(jié)灌漿的水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于42．5MPa，而且所用水泥的細(xì)度通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。袋裝水泥的出廠日期不超過3個(gè)月，散裝水泥不超過6個(gè)月。

表2 各類型灌漿參數(shù)表

表3 固結(jié)灌漿壓力分布表

(2)用于攪制水泥漿的水中所含礦物質(zhì)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)中對拌制水工混凝土用水的要求，水溫不高于40℃。

(3)摻合料:在水泥漿液中摻入的砂、粘性土、粉煤灰和水玻璃等摻合料的質(zhì)量符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》DL/T5148-2012第3．1．6 條規(guī)定。

(4)外加劑:在施工過程中，可在水泥漿液中摻入速凝劑、減水劑、穩(wěn)定劑等質(zhì)量符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》DL/T5148-2012第3．1．7條中的規(guī)定，且所有能溶于水的外加劑均以水溶狀態(tài)加入。

3．2 鉆孔平臺(tái)

(1)頂拱回填灌漿:頂拱部位的回填灌漿采用吊車進(jìn)行造孔灌漿，不占用灌漿施工直線工期。

(2)固結(jié)灌漿:針對導(dǎo)流隧洞固結(jié)灌漿工程量大、工期緊等特點(diǎn)，對于邊墻8m以下固結(jié)灌漿孔采用多臂鉆及自制8m簡易排架配合造孔及灌漿施工。對于邊墻8m以上及頂拱部位采用灌漿臺(tái)車進(jìn)行造孔施工。每條導(dǎo)流洞配置4臺(tái)灌漿臺(tái)車，共12臺(tái)灌漿臺(tái)車，灌漿臺(tái)車長度為6m，兩邊及頂部采用排架搭設(shè)。將污水池及空壓機(jī)放置在臺(tái)車底部地梁兩側(cè)，底部平臺(tái)放置灌漿泵和記錄室，灌漿臺(tái)車設(shè)計(jì)情況如圖1所示。為提高工作進(jìn)度，在導(dǎo)流洞襯砌鋼筋安裝完成后，改裝鋼筋臺(tái)車兼作灌漿臺(tái)車使用。

(3)帷幕灌漿:帷幕灌漿采用灌漿臺(tái)車進(jìn)行鉆孔灌漿。

圖1 灌漿臺(tái)車設(shè)計(jì)圖

3．3 鉆孔及灌漿設(shè)備

(1)鉆孔設(shè)備:白鶴灘水電站左岸導(dǎo)流隧洞固結(jié)灌漿工程灌漿孔深分為4．5m、6m、9m三種。其中4．5m和6m孔采用手風(fēng)鉆或圓盤鉆機(jī)造孔。9m孔主要采用圓盤鉆機(jī)造孔。帷幕灌漿采用圓盤鉆機(jī)(邊頂拱孔)及XY-2PC地質(zhì)鉆機(jī)(底板孔)造孔。

(2)灌漿設(shè)備:主要采用3SNS灌漿泵、ZJY-400型高速攪拌機(jī)，其有效容量為400L，拌制能力為400L/min。采用螺桿壓縮式角球灌漿塞(圖2)。該灌漿塞與采用的灌漿方法、灌漿壓力及地質(zhì)條件相適應(yīng)，其膠塞具有良好的膨脹性和耐壓性能，在最大灌漿壓力下能可靠地封閉灌漿孔段，且易于安裝和拆除;內(nèi)外管均采用厚壁無縫鋼管，可滿足多種壓力下的卡塞要求。

圖2 灌漿塞示意圖

(3)灌漿自動(dòng)記錄儀:采用灌漿設(shè)備自動(dòng)記錄灌漿壓力、注入率和水灰比(或密度)等施工參數(shù)的三參數(shù)灌漿自動(dòng)記錄儀，其性能具備以下要求:①灌漿自動(dòng)記錄儀的流量和壓力精度達(dá)到1%，密度的精度達(dá)到5%。②灌漿自動(dòng)記錄儀在溫度10℃～40℃，濕度不大于90%的環(huán)境下能長期穩(wěn)定工作。儀器本身具有較好的抗電磁干擾能力，儀器主機(jī)和傳輸線采取電磁屏蔽措施。③儀器具有較好的操作界面，方便操作，現(xiàn)場打印成果可以長期保存。④儀器可以自動(dòng)記錄灌漿時(shí)的瞬時(shí)壓力和瞬時(shí)流速，同時(shí)可以打印出流量～時(shí)間、壓力～時(shí)間、比重～時(shí)間等關(guān)系曲線。

3．4 制漿系統(tǒng)

在2#洞內(nèi)0+440和1#洞內(nèi)1+600各布置一座小型自動(dòng)化集中制漿站，負(fù)責(zé)供給1#、2#導(dǎo)流隧洞內(nèi)的施工用漿，在3#導(dǎo)流洞內(nèi)0+060．00樁號(hào)布置一座集中制漿站，負(fù)責(zé)3#導(dǎo)流洞內(nèi)的施工用漿。四周設(shè)置排水溝，站旁設(shè)廢漿及污水沉淀池。自動(dòng)化制漿站占地面積為70m2，每個(gè)制漿站安置2個(gè)50t的水泥儲(chǔ)灰罐，存放散裝水泥50t，在其內(nèi)配備2套自動(dòng)化制漿設(shè)備，制漿站制漿能力為14m3/h。

3．5 施工工藝

(1)鉆孔:灌漿孔施工時(shí)，在混凝土面上嚴(yán)禁亂開孔。襯砌混凝土施工時(shí)，根據(jù)灌漿孔位布置預(yù)埋灌漿管。后期造孔時(shí)，按預(yù)埋管路進(jìn)行造孔，若埋管無法找到需重新開孔時(shí)，第一個(gè)孔的孔位由現(xiàn)場初、復(fù)檢指定，第二個(gè)孔的孔位由終檢指定，第三個(gè)及以上開孔由監(jiān)理工程師指定，對于廢孔，按照相關(guān)要求進(jìn)行處理。鉆孔方向和孔深均滿足設(shè)計(jì)要求，灌漿孔或灌漿段在鉆進(jìn)完成后，使用大水流或壓縮空氣沖洗鉆孔，排出孔內(nèi)的巖粉及泥渣。

(2)灌前壓水和裂隙沖洗:灌前進(jìn)行簡易壓水結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行，灌漿孔第一段和不分段灌注的孔的沖洗水壓力為灌漿壓力的80%且不大于0．3MPa，灌漿孔第二段沖洗水壓力為灌漿壓力的80%且不大于1MPa，沖洗時(shí)間為20min或至回水清凈時(shí)停止。

(3)灌漿壓力:如表4所示。

(4)灌漿水灰比:左岸導(dǎo)流隧洞固結(jié)灌漿堵頭上、下游段灌漿漿液采用 2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1(質(zhì)量比)四個(gè)比級(jí)，開灌水灰比為2∶1;堵頭段灌漿漿液采用 3∶1、2∶1、1∶1、0．8∶1、0．5∶1(質(zhì)量比)五個(gè)比級(jí)，開灌水灰比為3∶1。

表4 各孔深固結(jié)灌漿壓力分布表

(5)注入率與壓力控制:為控制混凝土抬動(dòng)變形，對灌漿過程中的注入率和灌漿壓力進(jìn)行了嚴(yán)格控制，注入率和灌漿壓力關(guān)系見表5。

表5 固結(jié)灌漿注入率和壓力關(guān)系參考表

(6)灌漿方式:①當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比;②當(dāng)某級(jí)漿液灌入量已達(dá)300 L以上或灌漿時(shí)間已大于30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時(shí)改濃一級(jí)水灰比;③當(dāng)注入率達(dá)到30L/min時(shí)，根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。

對于非柱狀節(jié)理段，采用純壓式灌漿法;對于柱狀節(jié)理段，采用循環(huán)式灌漿法;對于孔深入巖6 m的固結(jié)灌漿孔進(jìn)行全孔一次灌注;孔深入巖9 m的固結(jié)灌漿孔均按3m、6m進(jìn)行分段灌注，接觸段阻塞位置設(shè)在結(jié)合面并保證入巖20cm，第二段灌漿阻塞設(shè)在段頂以上50cm，灌漿塞膠球長度大于50～60cm。

(7)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):固結(jié)灌漿在規(guī)定的壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min時(shí)繼續(xù)灌注30min，灌漿即可結(jié)束。

(8)灌漿封孔:全孔灌漿工作完成后，必須及時(shí)封孔，封孔前排除孔內(nèi)稀漿，灌漿封孔采用0．5∶1的水泥漿液，進(jìn)行“全孔灌漿封孔法”封孔，封孔壓力為設(shè)計(jì)灌漿壓力，栓塞底至孔口的脫空部位采用預(yù)縮砂漿回填、抹平。

3．6 特殊情況的處理

(1)當(dāng)灌漿遇到大滲漏量時(shí)應(yīng)及時(shí)分析原因。對于屬于正常灌漿的，采用低壓、限流、間歇、限量等方法進(jìn)行處理，并將限流流量控制在20 L/min內(nèi);當(dāng)單位注入量達(dá)到250kg/m時(shí)開始采用間歇灌注，每灌入400L間歇一次，間歇時(shí)間一般為10～20min;當(dāng)單位注入量達(dá)到500kg/m時(shí)，注入率或壓力無明顯變化時(shí)進(jìn)行待凝，待凝8～12h后掃孔復(fù)灌。

(2)竄漿的處理。適當(dāng)?shù)卦鲩L相鄰兩個(gè)次序孔先后施工的間隔時(shí)間，待前一次序孔灌注的漿液基本上已經(jīng)凝固后，再開始后一次序孔的鉆灌工作，防止新灌入的漿液將前期已灌入到裂隙中的漿液結(jié)石沖開一條通路，由已灌的或其它鉆孔中竄出。

當(dāng)竄漿孔為正在鉆進(jìn)的鉆孔時(shí)應(yīng)立即停鉆，在竄漿孔內(nèi)漏漿處以上的部位安設(shè)灌漿塞，堵塞嚴(yán)密，在灌漿孔中依據(jù)施工技術(shù)要求正常地進(jìn)行灌漿，待灌漿結(jié)束后，竄漿孔間恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

若竄漿孔為待灌的灌漿孔時(shí)，最好是竄漿孔與灌漿孔同時(shí)進(jìn)行灌漿，一臺(tái)灌漿泵灌注一個(gè)孔，但并聯(lián)灌漿孔不宜多于3個(gè)，否則，應(yīng)塞住竄漿孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對竄漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)或灌漿。

(3)回漿變濃?；貪{變濃一般是因?yàn)閹r石裂隙細(xì)微所致，應(yīng)換用相同水灰比的新漿進(jìn)行灌注，亦可加水改稀。

(4)因故中斷處理時(shí)應(yīng)盡快恢復(fù)灌漿，否則立即沖洗鉆孔后再恢復(fù)灌漿。若無法沖洗、沖洗無效、中斷超過30min時(shí)則需進(jìn)行掃孔后再恢復(fù)灌漿?；謴?fù)灌漿時(shí)，使用開灌比級(jí)的水泥漿進(jìn)行灌注，如注入率為中斷前90%以上，即可采用中斷前水泥漿的比級(jí)繼續(xù)灌注;如注入率為中斷前的70% ～90%，則應(yīng)逐級(jí)加濃繼續(xù)灌注;如注入率小于中斷前的70%，且在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，則應(yīng)重新開孔、灌漿。

3．7 質(zhì)量檢查

檢查孔采用單點(diǎn)法壓水，壓水試驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80%且不大于1MPa。壓水穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為:在穩(wěn)定的壓力下，壓入流量連續(xù)四次讀數(shù)中最

式中 q為透水率，Lu;Q為壓入流量，L/min;P為作用在試段內(nèi)的全壓力，MPa;L為試段長度，m。

注:P=S1+S2。S1為壓力表指示壓力，MPa;S2為壓力表中心至壓力起算零線的水柱壓力，MPa;壓力起算零線的確定方法:① 當(dāng)?shù)叵滤辉谠嚩我陨蠒r(shí)，壓力起算零線為地下水位線;②當(dāng)?shù)叵滤辉谠嚩我韵聲r(shí)，壓力起算零線為通過試段中點(diǎn)的水平線;③ 當(dāng)?shù)叵滤辉谠嚩我詢?nèi)時(shí)，壓力起算零線為通過地下水位以上試段中點(diǎn)的水平線。

4 結(jié)語

目前白鶴灘水電站導(dǎo)流隧洞灌漿工程已全部完工，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際灌漿效果看，邊墻及頂拱處沒有出現(xiàn)滲水情況，因此，依據(jù)上述方法進(jìn)行的灌漿施工技術(shù)及施工順序、施工工藝是可行的并滿足工程要求。大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時(shí)，本階段試驗(yàn)結(jié)束，取最后一次的流量值作為計(jì)算流量。其成果以透水率q表示，按式(1)計(jì)算。

［1］ 馬國彥，常真華 ．巖體灌漿排水錨固理論與實(shí)踐［M］．北京:中國水利水電出版社，2003．