水利工程隧洞灌漿施工技術(shù)探討

水利工程隧洞灌漿施工技術(shù)探討

隧洞圍巖基本穩(wěn)定。隧洞全長(zhǎng)237m，斷面為圓形，內(nèi)徑，襯砌厚度為60cm，混凝土標(biāo)號(hào)為C25,S8。隧洞進(jìn)入正常運(yùn)行時(shí)其流速為／s，洞身靜水頭約52m，水錘壓力約20m。處于高壓下的洞內(nèi)各種缺陷對(duì)于結(jié)構(gòu)的受力極為不利。為彌補(bǔ)施工中的缺陷，設(shè)計(jì)方面采用回填灌漿、固結(jié)灌漿等手段以提高巖石承載力改善圍巖和混凝土的受力條件。

2．1類序

當(dāng)在一個(gè)部位做2種或2種以上的灌漿時(shí)按照“盡可能為下一項(xiàng)灌漿創(chuàng)造有利條件避免受到不良影響的原則”，隧洞在設(shè)計(jì)方面將灌漿施工順序最終確定為：頂拱回填灌漿→巖石固結(jié)灌漿→帷幕灌漿→鋼襯接觸灌漿。

2．2排序

按照排序的原則，在基巖破碎、空隙較大有遠(yuǎn)距離跑漿、冒漿的情況下，先做外圍排，然后按逐排向中間推趕的順序進(jìn)行。由于本隧洞基巖為II類石英片巖，圍巖基本穩(wěn)定，而且隧洞混凝土襯砌工作已經(jīng)結(jié)束，加之回填和固結(jié)灌漿面積較大，為保證后續(xù)孔灌漿時(shí)的排水、排氣。灌漿方案確定從隧洞兩頭向中間逐排或隔排推進(jìn)的方式進(jìn)行，既解決了排水、排氣的問(wèn)題，同時(shí)又保證了在規(guī)定的灌漿壓力之下。對(duì)隧洞頂部空腔和巖石裂隙充分灌漿的要求。

2．3孔序

無(wú)論哪種灌漿。原則上都應(yīng)將灌漿孔分成若干次序，按照先疏后密、中間插補(bǔ)的辦法逐步施工，本隧洞施工按照地質(zhì)條件完整、圍巖穩(wěn)定的狀況。將孔序分成2個(gè)次序。這樣布置的好處在于：可逐步地、更加準(zhǔn)確的探明地質(zhì)情況，以便必要時(shí)及時(shí)增減設(shè)計(jì)的孔數(shù)；可以減少或者避免鉆孔之間漿液串通帶來(lái)的麻煩：可以逐步地增加地層密實(shí)性及其強(qiáng)度。

2．4工序

每個(gè)灌漿孔或灌漿段的工序安排，一般是：鉆孔→鉆孔沖洗→壓水試驗(yàn)→灌漿→封孔。

2．5分段

隧洞固結(jié)灌漿孔深為3m。帷幕灌漿孔深為15m，由于固結(jié)灌漿孔較淺，根據(jù)本隧洞的特點(diǎn)和規(guī)范要求，僅在帷幕灌漿孔進(jìn)行了自下而上的分段方法，即：先將一個(gè)灌漿孔連續(xù)鉆到設(shè)計(jì)深度，然后采用“段頂堵塞法”,自下而上地分段灌漿直至孔口。固結(jié)漿則采用全孔一次灌漿，不在進(jìn)行分段。

純壓式和循環(huán)式灌漿

在灌漿施工中，按照漿液在孔中的流動(dòng)路線，可區(qū)分為純壓式和循環(huán)式2種。純壓式灌漿是指漿液進(jìn)入孔內(nèi)后不能再返回灌漿來(lái)，除被地層空隙吸收的以外，剩余的便留在孔中。該種方法缺陷在于：進(jìn)入孔內(nèi)的漿液在巖層吃漿量較小的情況下容易堵塞，導(dǎo)致壓力表不能正常反映真實(shí)情況而提前結(jié)束灌漿工作。所以《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》中明確規(guī)定:“應(yīng)優(yōu)先采用孔內(nèi)循環(huán)法灌漿”，因此本隧洞采用循環(huán)式灌漿，循環(huán)式灌漿是指灌入孔內(nèi)的過(guò)剩漿液可以從孔中在返回到灌漿繼續(xù)循環(huán)的灌漿方式。純壓式和循環(huán)式灌漿漿液流動(dòng)路線如圖1所示。

圖1灌漿漿液流動(dòng)路線圖

在隧洞施工中一般按照頂拱回填灌漿→巖石固結(jié)灌漿→鋼襯接觸灌漿的順序進(jìn)行。由于本隧洞的樁號(hào)0+處與壩體軸線相交，隧洞在施工中按照頂拱回填灌漿→巖石固結(jié)灌漿→帷幕灌漿→鋼襯接觸灌漿的順序進(jìn)行。

3．1回填灌漿

回填灌漿主要用于隧洞混凝土襯砌層的背后，尤其在分布有斷層、巖溶洞穴的地方，由于施工困難，多會(huì)遺留下較大空隙，為使混凝土層與圍巖緊密結(jié)合，改善受力條件，有針對(duì)性地對(duì)較大空隙進(jìn)行灌漿。

隧洞混凝土施工中由于采用的是先澆筑底部1/4，再澆筑上部混凝土的工序，因此底部和兩側(cè)的混凝土相對(duì)比較密實(shí)，而頂部的混凝土由于自重的原因，始終和隧洞上部巖石形成一定的空隙，無(wú)法結(jié)合緊密。因此也是回填灌漿所要解新決的主要問(wèn)題，如圖2所示。

3．1．1灌漿壓力和濃度變化

回填灌漿采用從隧洞兩頭向中間逐排或隔排推進(jìn)的方式進(jìn)行，漿液濃度的變換是灌漿中的關(guān)鍵。由于隧洞頂部的空腔往往較大，因此一序孔可灌注水灰比為:1濃度較大的水泥漿。二序孔視一序孔的灌漿效果可選擇灌注1：1或:1兩個(gè)比級(jí)的水泥漿，隧洞設(shè)計(jì)回填灌漿壓力為,在規(guī)定壓力下灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌漿5min即可結(jié)束灌漿工作。

質(zhì)量檢查

回填灌漿質(zhì)量檢查采用鉆孔注漿法，即向孔內(nèi)注入水灰比2：1的漿液，在規(guī)定壓力下,初始10min內(nèi)注入量不超過(guò)10L，即為合格。

3．2固結(jié)灌漿

固結(jié)灌漿主要對(duì)隧洞破碎巖石進(jìn)行加固，以提高巖石的承載能力，減少內(nèi)外滲水量為目的。隧洞固結(jié)灌漿孔與回填灌漿孔在設(shè)計(jì)上位置相同。只是在原回填灌漿孔上加深至3m即可。固結(jié)灌漿排序與回填灌漿相同。也是從隧洞兩頭向中間逐排或隔排推進(jìn)的方式進(jìn)行。由于隧洞圍巖穩(wěn)定、完整。裂隙較少，因此漿液濃度可選擇2：1較稀比級(jí)的水泥漿。

．1壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)是用一定壓力向鉆孔內(nèi)壓水，記錄單位時(shí)間內(nèi)的漏水量。從而得出這段巖體原位透水性的一種實(shí)驗(yàn)。在地質(zhì)勘探前做壓水試驗(yàn)，可以幫助確定將來(lái)有無(wú)必要做防滲處理和處理的范圍；在灌漿前做壓水試驗(yàn)，可以了解和掌握每批灌漿孔對(duì)地基的改善程度以及為確定開灌漿液濃度比級(jí)作參考；在灌漿結(jié)束后做壓水試驗(yàn)，可以用來(lái)評(píng)價(jià)灌漿是否達(dá)到了要求標(biāo)準(zhǔn)。灌漿前可采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，即：壓水試驗(yàn)成果以透水率q表示，單位為／。

壓水試驗(yàn)成果按以下公式計(jì)算：q=Q／PL，式中q-透水率，／;Q-壓入流量，L／min；P-作用于試段內(nèi)的全壓力，MPa；L-試段長(zhǎng)度，m。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定。壓水試驗(yàn)的壓力以灌漿壓力為標(biāo)準(zhǔn)取值，即：當(dāng)灌漿壓力為1～3MPa時(shí)，壓水試驗(yàn)壓力取1MPa，當(dāng)灌漿壓力小于工藝品或等于1MPa時(shí)，壓水試驗(yàn)的壓力值取灌漿壓力的80％。水工隧洞中一般以透水率5×／為標(biāo)準(zhǔn)，即：當(dāng)灌漿前的壓水試驗(yàn)q值大于5×／時(shí),考慮采用較濃比級(jí)的漿液開灌；若灌漿結(jié)束后，壓水試驗(yàn)q值小于5×／時(shí)，則可結(jié)束灌漿。

灌漿壓力和濃度變化

固結(jié)灌漿的設(shè)計(jì)壓力為3MPa，按照規(guī)范：“固結(jié)灌漿的壓力大于3MPa時(shí)，灌漿孔應(yīng)該分段進(jìn)行灌漿?！钡捎谒矶吹墓探Y(jié)灌漿孔為3m，符合規(guī)范規(guī)定的：“固結(jié)灌漿孔基巖段長(zhǎng)小于6m,可全孔一次灌漿，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件不良時(shí)，可分段灌漿”，加之本隧洞圍巖穩(wěn)定。因此采用單孔一次灌漿。在灌漿過(guò)程中，隨著地質(zhì)條件的變換不同,水泥漿的變換濃度也是不同的，遇見地質(zhì)條件較差時(shí),采取把水泥漿液的濃度提高1～2個(gè)濃度較高的比級(jí)。當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量已達(dá)到300L以上或灌注時(shí)間已達(dá)到1h。而灌漿壓力和注入率均沒(méi)有改變時(shí)。立即變換濃度高一比級(jí)的漿液。實(shí)際施工中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)靈活掌握。由于配漿的鐵槽容積為150L,因此在30min內(nèi)基巖連續(xù)吃漿超過(guò)600L(即4槽)或者吃漿率大于10L／min時(shí)，可以立即提高漿液濃度。這樣不僅可以保證灌漿質(zhì)量，而且可以提高灌漿效率。多數(shù)資料和有經(jīng)驗(yàn)的專家通過(guò)總結(jié)證明：除特大吃漿段外，一般情況的灌漿，都應(yīng)在1～4h內(nèi)結(jié)束，而過(guò)多的延長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)于加固巖層的效果并不明顯。在規(guī)定值3MPa的壓力下，灌漿孔注入率不大于／min時(shí)，延續(xù)30min。即可結(jié)束。

3．2．3質(zhì)量檢查

在灌漿孔結(jié)束灌漿3～7d后可以進(jìn)行質(zhì)量檢查，固結(jié)灌漿檢查孔的檢查數(shù)量不少于5％，不合格孔段的透水率值不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值的50％。且不集中，灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。隧洞固結(jié)灌漿的檢查采取了單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)過(guò)程中，除地層中部分地段破碎個(gè)別孔的透水率q>5×／外，其余質(zhì)量均為合格。對(duì)個(gè)別不合格孔，按照要求當(dāng)透水率q>5×／時(shí)有兩種處理辦法:若q×／時(shí)，則該孔需要重新灌漿，直至透水率符合標(biāo)準(zhǔn)。

3．3接觸灌漿

隧洞0+217～0+237段為鋼襯段。接觸灌漿主要是彌補(bǔ)鋼構(gòu)件與混凝土之間的空隙。由于頂部鋼襯管和巖石之間的空隙已經(jīng)由回填灌漿來(lái)彌補(bǔ)，因此，接觸灌漿主要是解決兩側(cè)混凝土與鋼襯管結(jié)合不緊密的脫空區(qū)。在混凝土澆筑質(zhì)量較好脫空區(qū)較小的情況下，接觸灌漿工作可以不做。

3．3．1鉆孔及灌漿

鋼襯管脫空區(qū)的判斷由現(xiàn)場(chǎng)用小錘敲擊檢查確定，每個(gè)脫空區(qū)在上、下最高處和最低處各布設(shè)一個(gè)灌漿孔，孔徑不小于12mm。

灌漿前用風(fēng)檢查縫隙串通情況。吹除空隙內(nèi)的污物和水。風(fēng)壓必須小于灌漿壓力,為避免鋼襯變形,一般灌漿壓力不大于，灌漿漿液水灰比可采用1:1,，:1三個(gè)比級(jí)。為保證灌漿質(zhì)量，應(yīng)盡量多灌注較濃的漿液，必要時(shí)可加入減水劑。

灌漿的次序應(yīng)從低孔開始。在灌漿中敲擊震動(dòng)鋼襯，從高處孔分別排出濃漿后，依次將其孔口閥門關(guān)閉。在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注5min,即可結(jié)束。

3．3．2質(zhì)量檢查

灌漿結(jié)