水泥、水玻璃漿液在錦屏工程涌水封堵中的應(yīng)用

1、水泥、水玻璃漿液在錦屏工程涌水封堵中的應(yīng)用摘要：水泥、水玻璃雙液漿是以水泥和水玻璃作為灌漿材料的主劑，按要求的比例同時(shí)注入雙液混合器內(nèi)使其充分混合形成雙液漿。這種雙液漿具有價(jià)格便宜、無毒、凝結(jié)時(shí)間短、速度快、結(jié)石強(qiáng)度高等特點(diǎn)，不僅具有水泥漿液的優(yōu)點(diǎn)，而且還有化學(xué)漿液的一些特性，凝結(jié)時(shí)間可以從幾秒鐘到幾十分鐘任意調(diào)節(jié)，灌后結(jié)石率可達(dá)100，可灌性比純水泥漿明顯提高。在錦屏水電工程輔助洞(東端)涌水封堵灌漿施工過程中。采用水泥、水玻璃雙液漿對涌水進(jìn)行封堵，實(shí)踐證明，封堵處理效果顯著。對施工過程作了詳細(xì)介紹，可供同類工程參考。關(guān)鍵詞：水泥、水玻璃雙漿液；灌漿；堵水；錦屏工程中圖分類號：tv5433

2、文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：10014179(2009)21003203錦屏水電工程交通輔助洞由2條平行的單車道隧洞(a、b洞)組成，是錦屏一級、二級水電站前期工程的關(guān)鍵項(xiàng)目。其主要作用是溝通錦屏水電工程東、西端的交通，并兼做超前地質(zhì)勘探。錦屏輔助洞具有大埋深、高地應(yīng)力、高壓大流量涌水等特點(diǎn)，是屬于頗具挑戰(zhàn)性的世界級工程。自2005年1月8日在東端b洞遇到高壓涌水以來，錦屏輔助洞東端a、b洞多次出現(xiàn)大流量涌水，流量一直穩(wěn)定在7 800 ls左右，工程施工一度嚴(yán)重受阻。根據(jù)“預(yù)案在先、快速掘進(jìn)、擇機(jī)封堵、堵排結(jié)合”的原則，經(jīng)過反復(fù)研究并結(jié)合工程實(shí)際，選擇水泥、水玻璃雙漿液注入滲水巖體進(jìn)行封堵，是錦

3、屏輔助洞東端堵漏灌漿的主要方法之一。至2008年l2月底，輔助洞東端涌水封堵灌漿工作取得了階段性成功。水泥、水玻璃雙漿液是以水泥和水玻璃作為灌漿材料的主劑，按要求的比例同時(shí)注入雙液混合器內(nèi)使其充分混合形成雙漿液。這種雙漿液具有價(jià)格便宜、無毒、凝結(jié)時(shí)間短、速度快、結(jié)石強(qiáng)度高等特點(diǎn)，不僅具有水泥漿液的優(yōu)點(diǎn)，而且還有化學(xué)漿液的一些特性，例如它的凝結(jié)時(shí)間可以從幾秒鐘到幾十分鐘任意調(diào)節(jié)，灌后結(jié)石率可達(dá)100，可灌性比純水泥漿明顯提高。1 水泥、水玻璃雙漿液性能試驗(yàn)研究11 水泥、水玻璃雙漿液試驗(yàn)在錦屏輔助洞及錦屏二級水電站引水隧洞的涌水處理過程中，對水泥、水玻璃雙漿液特性進(jìn)行了試驗(yàn)，部分試驗(yàn)成果如表1。

4、表1 水泥、水玻璃雙漿液試驗(yàn)成果(部分)12 水泥、水玻璃雙漿液試驗(yàn)成果分析水泥、水玻璃雙漿液的性能取決于水泥漿的水灰比、水玻璃模數(shù)和濃度，以及水玻璃與水泥二者的比例。根據(jù)圖1所示漿液中水玻璃含量與凝結(jié)時(shí)間關(guān)系1，水玻璃的摻入量一般在水泥漿體積的25一60之間時(shí)，凝結(jié)時(shí)間較短、變化平緩。圖1 漿液中水玻璃含量與凝結(jié)時(shí)間關(guān)系水泥、水玻璃雙漿液試驗(yàn)成果表明，水泥、水玻璃雙漿液的凝結(jié)時(shí)間呈以下規(guī)律：(1)水玻璃模數(shù)較大時(shí)，sio2含量高，凝結(jié)時(shí)間短，結(jié)石強(qiáng)度高；水玻璃模數(shù)較小時(shí)，sio2含量低，凝結(jié)時(shí)間相對較長，結(jié)石強(qiáng)度較低。(2)其它條件相同時(shí)，隨水泥漿濃度的增加，凝結(jié)時(shí)間縮短。(3)其他條件相同

5、，水玻璃濃度為3050be時(shí)，水玻璃濃度減小，凝結(jié)時(shí)問縮短。(4)其他條件相同時(shí)，水玻璃與水泥的體積比在03：11：1范圍內(nèi)時(shí)，水玻璃用量較少，凝結(jié)時(shí)間較短。13 水玻璃酸堿性對雙漿液的影響水玻璃化學(xué)灌漿材料大致分為在堿性區(qū)域凝膠化的堿類漿材和中性一酸性區(qū)域凝膠化非堿類漿材(即所謂的堿性水玻璃和酸性水玻璃)。堿性水玻璃漿液的主要缺點(diǎn)是凝膠體有脫水收縮和腐蝕現(xiàn)象(主要是因?yàn)榘l(fā)生sio2的溶脫現(xiàn)象)，其耐久性較差并對環(huán)境有污染。酸性水玻璃可在中性區(qū)域內(nèi)凝膠，凝膠體沒有堿溶出，不存在堿性水玻璃的腐蝕現(xiàn)象和環(huán)境污染問題，耐久性較好。14 雙漿液結(jié)石的強(qiáng)度問題試驗(yàn)表明，水泥、水玻璃雙漿液結(jié)石的抗壓強(qiáng)度主

6、要取決于水泥漿液的水灰比，并與水玻璃溶液的濃度、水玻璃與水泥漿液的比例有關(guān)系。(1)水泥漿濃度的影響。水灰比越小，結(jié)石的抗壓強(qiáng)度越高。(2)水玻璃溶液濃度的影響。水玻璃溶液的濃度對結(jié)石的抗壓強(qiáng)度影響較為復(fù)雜，當(dāng)水灰比較小時(shí)，隨著水玻璃濃度的增加，不同齡期結(jié)石的抗壓強(qiáng)度均提高(現(xiàn)場施工中水灰比一般為06)；當(dāng)水灰比較大時(shí)，則隨著水玻璃溶液濃度的增加，不同齡期結(jié)石的抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)不同程度的降低；當(dāng)水泥處于中間狀態(tài)時(shí)(如水灰比為1)，則規(guī)律性較差。水玻璃溶液的濃度對結(jié)石早期及后期強(qiáng)度影響不同，結(jié)石早期強(qiáng)度隨水玻璃溶液濃度的增加而增大，而后期強(qiáng)度則是水玻璃溶液濃度越小抗壓強(qiáng)度越高。(3)水玻璃與水泥體

7、積比(sc)的影響。水泥與水玻璃進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，要有一個(gè)合適的比例，在這個(gè)比例時(shí)，反應(yīng)可以完全，結(jié)石強(qiáng)度最高。當(dāng)水泥漿水灰比較大時(shí)(wc =1)，sc越小，結(jié)石強(qiáng)度越高；當(dāng)水泥漿水灰比較小時(shí)，適中的sc(sc= 0406)，結(jié)石強(qiáng)度更高。一般認(rèn)為，使用較濃的水泥漿(wc較小)，水玻璃用量也相應(yīng)較多；使用較稀的水泥漿時(shí)(wc較大)，則應(yīng)使用較少的水玻璃。sc對雙漿液結(jié)石早期強(qiáng)度及早期強(qiáng)度的增加影響較為明顯，sc越小，漿液結(jié)石的早期強(qiáng)度越高，強(qiáng)度增長越快。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，在錦屏輔助洞涌水封堵灌漿過程中，選擇水玻璃摻人量為水泥漿體積的30開展現(xiàn)場灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)，效果得到驗(yàn)證。2 水泥、水玻璃雙漿液

8、灌漿施工工藝21 孔位布置在涌水封堵灌漿施工過程中，根據(jù)所起作用的不同，可分為兩類：分流減壓孔、堵水灌漿孔。分流減壓孔：主要是針對寬大裂隙及大涌水點(diǎn)而采取的措施，通過現(xiàn)場對涌水構(gòu)造仔細(xì)觀察，了解涌水構(gòu)造的性質(zhì)、特點(diǎn)、發(fā)育狀況，在涌水構(gòu)造帶上游側(cè)布置分流減壓孔，一般梅花型布置23排，排距05010m、孔距050 m，距涌水構(gòu)造帶40 m以內(nèi)。分流孔數(shù)量原則上是把涌水構(gòu)造帶的水引排干凈為宜。堵水灌漿孔：根據(jù)引流后揭露出的裂隙結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀(走向、傾向、傾角)布置堵水灌漿孔，使鉆孔與裂隙在不同深度斜向相交，并盡可能垂直于裂隙結(jié)構(gòu)面?？孜豢筛鶕?jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整，孔位偏差控制10 cm以內(nèi)。22 造孔分流

9、減壓孔孔徑為219 mm、孔深小于40 m。采用cm一351型液壓鉆機(jī)配xahs376移動式空壓機(jī)鉆孔，為防止高壓涌水射出形成的反沖力，在施工過程中對鉆機(jī)進(jìn)行加固，保證鉆機(jī)在各個(gè)工作環(huán)節(jié)的安全運(yùn)行。堵水灌漿孔孔徑為76 mm、孔深38m。采用zqs一100b型沖擊回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配xahs376移動式空壓機(jī)鉆孔。23 鑲管鑲管采用模袋法，管材為厚壁地質(zhì)管。為確保引流減壓孔引水暢通，防止串漿時(shí)被封堵，故鑲管應(yīng)盡可能深一些(610m)。孔口管的直徑為127156 mm，捆綁長度為35 m。用自制的手壓泵將水灰比為05：1的純水泥漿壓人捆綁的模袋中，水泥漿中加入速凝劑、微膨脹劑以加快鑲管水泥盡快凝結(jié)以及凝結(jié)

10、后鑲結(jié)牢固，當(dāng)流量逐漸減小且壓漿較困難時(shí)即結(jié)束，待凝24 h后開始下一道工序。分流減壓孔孔口安裝高壓閥門，高壓閥門需滿足15 mpa壓力的要求。24 水泥、水玻璃雙漿液拌制水泥漿液采用zj一400型立式高速耐磨攪拌機(jī)拌制，然后輸送到立式雙桶儲漿攪拌機(jī)內(nèi)。水玻璃直接倒入儲漿桶中。兩種漿液均采用3sns型灌漿泵或bw20040灌漿泵直接泵入。不同的是輸送水玻璃的灌漿泵上安裝帶控制閥的回漿管，以控制兩種漿液的配比。25 灌漿管路連接及漿液控制雙液灌漿中的漿液變換：雙漿液的凝結(jié)時(shí)間也可通過調(diào)節(jié)水灰比、水玻璃濃度及水泥漿與水玻璃比例來調(diào)節(jié)。雙液灌漿管路連接：可以在孔口混合，也可在孔底混合。孔口漿液混合器

11、安裝于灌漿孔口，每個(gè)灌漿管路均安裝了自制的高壓逆止閥，以防止?jié){液倒流堵塞灌漿管路。施工過程中，為防止因瞬時(shí)高壓造成事故，針對可能超壓灌漿的特殊情況(10mpa)，采取在泵前安裝自制的高壓卸壓安全閥的措施，取得了滿意的效果?？椎谆旌鲜峭ㄟ^孔底混合雙液塞實(shí)現(xiàn)的。灌漿時(shí)兩種漿液(水泥和水玻璃)分別從塞子內(nèi)管和外管進(jìn)入孔底以充分混合，而灌漿過程中所使用的外管與內(nèi)管是可拆卸的。在施工過程中，取得了兩種漿液以6070 lmin的速度快速注入的正常數(shù)據(jù)。相關(guān)的管路連接見圖2所示。根據(jù)不同的孔深，采用不同長度的雙液灌漿塞。這給施工帶來了極大的方便。圖2 雙液灌漿管路示意雙液灌漿控制：堵漏灌漿最重要的是凝結(jié)速度

12、和結(jié)石強(qiáng)度，因此需準(zhǔn)確控制漿液配比及凝結(jié)時(shí)間。主要措施是嚴(yán)格控制兩種漿液的配比，特別是水玻璃的注入量，施工過程中采用回漿管控制流量的方法得到解決。26 漿液的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)所有裂隙、巖溶管道型滲水環(huán)境涌水封堵灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：采用在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)吸漿量小于10 lmin時(shí)，繼續(xù)灌注10 min結(jié)束該段灌漿。27 特殊情況處理(1)灌漿過程中遇斷層、巖脈、溶洞等異常區(qū)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)異常區(qū)可能連通部位的觀測，為節(jié)省漿液用量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)跑、冒、串、漏漿現(xiàn)象必須及時(shí)封堵處理后方可恢復(fù)灌漿。(2)灌漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，必須馬上處理，盡早恢復(fù)灌漿。如果中斷超過30 min，則應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗，如沖洗無效，則應(yīng)掃孔

13、?；謴?fù)灌漿時(shí)使用開灌比級的水泥漿進(jìn)行灌注，如注入率為中斷前的90以上，即可采用中斷前水泥漿的比級繼續(xù)灌注，如注入率為中斷前的7090，逐級加濃漿液繼續(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，則該段灌漿應(yīng)視為不合格。(3)灌漿施工過程中發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)，根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、降低壓力、加濃漿液、限流、限量、間歇等方法進(jìn)行處理。若漏的是水或稀漿時(shí)可繼續(xù)灌注；若漏的是濃漿時(shí)降低壓力，直至漏漿停止，逐漸升壓至原來壓力繼續(xù)灌注。如降壓無效再變濃水灰比灌注，如降壓和變濃均無效，且漏漿量接近注入量，停止灌注進(jìn)行待凝，待凝時(shí)間24 h。如恢復(fù)灌漿后吸漿量接近于零或停止吸漿時(shí)，此段作為不

14、合格孔段，視情況進(jìn)行處理。對間歇灌漿時(shí)間超過30 min的孔段，采取重新掃孔、重復(fù)灌注的方法處理。若遇串漿情況，采用封堵被串孔進(jìn)行處理。28 封孔(1)全孔灌漿工作完成后及時(shí)封孔。封孔前排除孔內(nèi)稀漿，將孔內(nèi)污物沖洗干凈。隧洞腰線以上部位的灌漿孔采用“全孔灌漿封孔法”封孔，腰線以下部位根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，靈活采用封堵方法。(2)封孔壓力不小于3 mpa，時(shí)間不小于30 min，孔口壓摸齊平。(3)封孔材料采用摻輕燒mgo(摻量4與水泥重量比)的高抗?jié)B性水泥漿，強(qiáng)度等級m25，水泥漿的水灰比不大于05：1。(4)對孔口以下1015 cm深的孔段用抗壓強(qiáng)度不小于40mpa的環(huán)氧砂漿抹平。3 水泥、水玻

15、璃雙漿液堵漏灌漿效果與純水泥漿灌漿不同，雙漿液灌漿施工工藝略顯繁瑣。對壓力大、流量也較大的涌水點(diǎn)或施工段采用純水泥漿進(jìn)行封堵時(shí)，因水泥漿凝結(jié)速度較慢，被水稀釋或隨水流走，導(dǎo)致灌漿效果不顯著。采用水泥、水玻璃雙漿液進(jìn)行封堵，可以通過調(diào)節(jié)水泥漿與水玻璃的配比來控制漿液的凝結(jié)速度，從而達(dá)到良好的封堵效果。在輔助洞東端a洞k12+890處2個(gè)大涌水孔用純水泥漿灌注，前后待凝5次，注漿量分別為9369、9781 t，無法進(jìn)行封堵；后使用水泥、水玻璃雙漿液，2孔共用水泥漿分別為1322、1050 t，水玻璃346、418 kg，封堵效果良好。在a洞k12+908 k12+922(封堵前涌水量為200300

16、 ls)、a洞k11+210k11+160(封堵前涌水量約450500 ls)及a洞k12+880k11+890(股狀涌水量約25 ls且與k12+908k12+922處大涌水點(diǎn)連通)等高壓固結(jié)區(qū)均應(yīng)用了水泥、水玻璃雙漿液施工工藝，都取得了很好的效果。輔助洞東端b洞k10+660處左邊墻裂隙發(fā)育，圍巖破碎，呈股狀涌水，裂隙寬度較大(最寬處達(dá)100 cm、長約150 cm)，涌水中有夾泥現(xiàn)象，涌水量約600700 ls，且與a洞k10+605 k10+620處涌水點(diǎn)(頂拱溶蝕管道股狀涌水直徑約80 cm、涌水量約1 0001 200 ls)連通。在大涌水點(diǎn)的封堵灌漿施工過程中大量使用了水泥、水玻璃雙漿液，使該涌水點(diǎn)成功封堵。經(jīng)觀察，已完成灌漿處理近半年的部位，無再次滲水現(xiàn)