可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法在大建壩水電站引水隧洞加固工程中的應用

譚勇　丁劍波　蔣厚良　曾珊峰

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司　長沙市　410123）

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可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法在大建壩水電站引水隧洞加固工程中的應用

譚勇丁劍波蔣厚良曾珊峰

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司長沙市410123）

【摘要】針對大建壩水電站引水隧洞中段沿軟弱夾層與破碎帶存在貫通水庫的集中滲漏點，引起洞身圍巖的穩定變形，導致內襯鋼管變形，嚴重影響工程效益的正常發揮，采取對軟弱夾層與破碎帶進行固結、防滲堵漏處理，采用可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法對圍巖變形段進行充填固結灌漿，取得了良好的工程效果，既對軟弱夾層與破碎帶進行了有效固結，又封堵了變形段的集中滲漏。

【關鍵詞】可控擠入灌漿軟弱夾層與破碎帶充填固結灌漿

大建壩電站于水庫左岸開有一直徑4m的壓力隧洞引水發電，自然水頭24m，壓力隧洞全長1 718m，裝機容量為2 500 kW（2×1 250 kW），年設計發電量1 034.05萬kW·h。電站主要由引水式廠房及引水隧洞、開關站等建筑物組成。引水式廠房內設2臺單機容量1 250 kW軸流定漿式水輪發電機組。

隧洞圍巖為中厚狀白云巖、白云灰巖，其中中段局部存在軟弱夾層與破碎帶，隧洞與巖層走向斜交，隧洞圍巖基本穩定，但節理裂隙中等發育。

引水隧洞K1+342m～K1+368m處巖體為軟弱夾層與破碎帶，采用鋼管內襯，由于破碎帶引起內襯鋼管失穩變形，鋼襯與巖體之間脫空嚴重，且在引水隧洞離進口約200m處，有集中滲漏點貫通水庫，因此對該段采用可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法進行充填固結灌漿處理。

1　充填固結灌漿方案

可控擠入灌漿是利用彈塑性漿體具有的凝結觸變性特征，后續灌入的漿液在不斷升高的壓力作用下使先前灌入已開始初凝的漿體發生推擠剪切觸變效應，不斷推動漿體克服阻力向前擠入，實現漿體被灌入到受灌孔段孔隙或裂隙中，直至漿體粘滯阻力與漿體流動前沿處灌漿壓力相等時，漿液停止流動，同時，高觸變漿體在灌入時，也對周邊巖體產生擠密固結效應，通過對灌量與灌漿壓力的配合調整控制，即可實現使漿液控制在帷幕有效范圍內較均勻擴散，并形成有效帷幕固結體，從而達到可控制灌漿的目的。

根據場地地質條件和需要解決的工程問題，本次充填固結灌漿選用可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法即采用孔內阻塞，自上而下分段、擠入流動度為（70～200）mm的水泥-水玻璃雙液漿液，選用專用灌漿泵實施控制灌漿。

2　充填固結灌漿施工

2.1孔位布置

本固結灌漿針對引水隧洞內管襯鋼管段灌漿，采取“自上而下、孔內循環”灌漿方法，采用在沿垂直隧道軸線方向360°環形均勻布孔，排距為2m，每排8個孔，相鄰排序呈梅花形布孔。見圖1和圖2。

2.2灌漿施工次序

灌漿施工次序：采取逐排加密的原則進行，同一排上由低部至頂部分二序孔施工，先底部、后兩邊再頂部，先I序、后II序。在施工兩邊孔時，先充填灌注，同時把相應頂部的孔位鋼板割開，作為排氣孔，以防灌注壓力對鋼管再次造成變形。

圖1　隧洞固結灌漿布置平面展布圖

圖2　鋼管灌漿1-1剖面圖

2.3單孔施工流程

施工流程：放樣、定孔—→第一段鉆孔—→灌漿—→第二段鉆孔—→灌漿—→第三段鉆孔—→灌漿至結束—→錨固—→下一孔。

2.4灌漿工藝

2.4.1灌漿方法

鋼管內襯段充填固結灌漿，采用“自上而下、孔內循環”灌漿法。灌漿深度為10m（底部6m），分三段鉆孔灌漿，第一段2m，第二段3m（底部2m），第三段5m（底部2m），每段灌漿形成一定強度后，在原孔位下鉆至下一段進行灌漿。

2.4.2灌漿阻塞器安裝

固結灌漿第一段在壓力鋼管焊接簡易孔口封閉器，采用孔口封閉灌漿；以下各段應分別阻塞在上一灌段底以上0.5m左右，阻塞不住時，可逐漸上移阻塞器，不得下移；阻塞器移動時，應保證射漿管距孔底不超過0.5m，否則應重新配制射漿管。

2.4.3灌漿壓力

每孔固結灌漿分為三段施工。通過試驗孔，發現因內襯鋼管失穩變形，從鋼管內漏水沖刷弱夾層與破碎帶，造成孔隙率非常大，鉆孔無回水、塌孔，吸漿量特別大。各段灌漿壓力如表1。

表1　各灌漿段壓力表　MPa

2.4.4灌漿材料及配比

灌漿材料主要采用水泥與水玻璃。水泥采用普通R32.5硅酸鹽水泥，水玻璃：Be"=28～40，模數2.4～3.0。

本工程屬于承壓水條件下軟弱夾層與破碎帶固結灌漿，為控制漿液不致流失太遠，必須使漿液在合適的時間內凝固。根據前期試驗成果選擇1∶1、0.8∶1 和0.5∶1三組水灰比分別摻加3%、5%、7%、10%的水玻璃四種不同摻量進行了漿液初、終凝時間、流動性、析水率的測定?？墒褂玫呐浜媳纫姳?。

表2　可使用的雙液漿的配比和性能表

（1）灌漿配合比。純水泥漿液水灰比（重量比）采用1∶1、0.8∶1、0.5∶1等三個比級，其配置見表2。

（2）開灌水灰比及變換原則。開灌水灰比一般采用1∶1。灌漿水灰比變換原則：

①灌漿過程中，如灌漿壓力保持不變，注入率持續減小，或當注入率不變而灌漿壓力持續升高，不得改變漿液水灰比。

②當某一級水灰比漿液的單孔注入量達1 000 L以上、而灌漿壓力或注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級水灰比的漿液灌注。

③當注入率大于30 L/min時，視具體情況可越級變濃漿液水灰比。

④漿液水灰比改變后，如灌漿壓力突增或注入率突減至原注入率的1/2以下時，應立即回稀至原級水灰比進行灌注，并查明原因。

2.4.5灌漿結束標準

在設計灌漿壓力下，當灌漿孔段注入率不大于1.0 L/min時，延續灌注30min后可結束灌漿作業。

2.4.6灌漿后錨固

每孔灌漿結束后，在孔內插入Φ25mm螺紋綱筋，鋼筋外露50mm并車絲，用濃漿補注，使鋼筋固結后，加10mm鋼墊板用螺母適當施加預緊力后，將螺母及鋼墊板與壓力鋼管焊接，再打磨平整。

2.4.7灌漿施工過程中特殊情況的處理

（1）鉆灌過程中如發現灌漿孔串通時，查明串通量和串通孔數、范圍，并按下述方法處理：

①如串通孔具備灌漿條件時：串通孔漏水量相近，在滿足設計壓力和正常供漿的前提下，可將串通孔并聯灌注，但應分別控制灌漿壓力與鋼管變形，防止壓力鋼管破壞，同時并聯孔數不超過2個；串通孔的串通量相差懸殊時，應單機同時灌注，并分別控制灌漿壓力，各自變漿，使各串通孔不發生互串現象；串通孔灌漿時，應先預留足夠的排稀漿孔，一般可采取一灌一排方式間歇性（間隔時間可按15min左右控制）排放稀漿，待排漿孔排出的漿液濃度與灌漿漿液濃度一致時，將排漿孔并入串通孔組進行灌漿。

②如串通孔不具備灌漿條件時：串通孔正在鉆進應立即停鉆；串漿量較大時，應將阻塞器阻塞于被串孔漿部位上方（0.5～1）m處，對灌漿孔繼續進行灌漿，灌漿結束后應立即將串通孔內的阻塞器取出，并掃孔、待凝后進行灌漿。

（2）大量吸漿段：灌漿過程中大量吸漿段灌入的漿量達到或超過設計確定的200 kg/m后，未出現減少跡象者，須采取間歇待凝、加大水玻璃摻合比例、預埋灌漿管灌注等措施，直至灌段達到設計結束標準。其中平均單耗最大的孔K2-I-2共灌入水泥33.1 t，達1 136.5 kg/m；K3-I-3共灌入水泥118.5 t，平均單耗1741.1 kg/m。灌注過程中，對壓力鋼管兩端和下游出口均進行了觀察，未發現漏漿現象。

3　工程施工過程控制

（1）施工前詳細編制了《大建壩水電站引水隧洞加固工程施工組織設計》，施工組織設計中詳細明確了設備、人員配制、各崗位人員職責、各施工工序的主要技術要求和操作流程、質量控制的主要手段和安全管理及相關措施。

（2）施工中，組織各崗位人員認真學習施工技術要求，進行層層技術、安全交底，各崗位員工職責明確，要求清晰并各自履行相應的職責，認真把好各自的工序質量關。

（3）建立關鍵質量控制點，編制了過程控制質量自檢的相關技術要求，在孔位、孔斜、孔深、漿液密度、下管置塞、雙液配合比、灌漿壓力控制、提桿灌漿、結束標準、封孔、檢查孔分層、套管隔離、注水試驗等相應程序上均由質檢、技術人員嚴格把關，全部施工過程中相應質量關鍵點均控制嚴密。對于施工過程中出現的特殊問題均能按要求處理，從根本上保證了灌漿質量。完成的全部鉆孔中，控制到位，尤其是在出現串漿孔、其它部位冒漿這些特殊孔處理中，對被串孔進行掃孔處理，重新灌注，嚴格把關，串漿掃孔量達500m之多。冒漿段根據冒漿情況改變水玻璃摻量，結合短時間間歇處理，在保證不冒漿后，灌漿到位達到相應結束標準。

（4）根據灌漿先導孔和試驗孔揭露的不同地質條件，及時變更相關的施工工藝，使灌漿工藝更為適應地質條件。如在朝天孔和垂直孔各個方向，分別采用不同的埋管置塞工藝，以保證灌漿效果。引水隧洞離進口約200m處，有集中滲漏點的部分，灌漿采用下套管，配套孔口封閉器或栓塞進行灌漿，確保灌注漿液在灌段內充分膠凝，取得良好的灌漿效果。

4　灌漿效果評價

大建壩水電站引水隧洞加固工程，共施工灌漿孔106孔，灌漿段長1 404m。資料統計情況表明：

（1）Ⅰ序孔單位灌入量296 kg/m，Ⅱ序孔206 kg/m，各序次上Ⅰ序＞Ⅱ序，符合逐排逐序遞減的正常規律，統計情況表明，單位灌入量呈逐排逐序遞減規律明顯。

（2）灌漿過程中，后序孔內的承壓水壓力和流量明顯低于先灌孔，這一現象表明通過先灌孔灌漿后固結體逐步形成，不斷地封堵地層中大的漏水途徑，通過后序孔灌漿的閉合，固結防滲功能不斷加強，最終保證了固結體的整體形成。

（3）3個檢查孔中軟弱夾層與破碎帶、基巖內滲透系數均＜5×10-4cm/s，滿足設計要求。

（4）檢查孔布置在脫空較大，串漿孔集中以及灌漿情況異常的部位，數量為灌漿孔總數的5%。經取芯檢查，回填情況良好，回填體密實，巖石與壓力鋼管之間空隙已經被水泥漿液填滿，巖石與水泥漿液膠結緊密。

5　結　論

針對大建壩水電站引水隧洞中段局部存在的沿軟弱夾層與破碎帶出現與庫水連通的集中滲漏，引起圍巖穩定變形，導致內襯鋼管變形等工程問題，采用可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法進行充填固結灌漿處理后證實，“可控擠入灌漿防滲堵漏施工工法”由于具有施工簡捷、技術可靠、經濟實用、防滲堵漏效果良好等優點，能克服其他防滲處理方法在松散強透水地層內難以形成固結體的困難，有效地在壓力鋼管周邊形成固結體，既保證了壓力鋼管周邊穩定，又將承壓含水層內的水體堵在了含水層以內，確保了壓力鋼管的安全。

作者簡介：譚勇（1983-），男，湖南郴州人，大學本科，工程師，目前從事水利水電工程施工及管理工作。

收稿日期：（2016-02-05）