超前灌漿與超前小導管注漿在大盈江隧洞施工中的應用

胡鑫

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100）

超前灌漿與超前小導管注漿在大盈江隧洞施工中的應用

胡鑫

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100）

隧洞施工的突水、突砂、塌方是影響隧洞安全施工的常見地質災害，潛埋與河谷通過段的隧洞有水量大、水頭壓力高、補給豐富的特點。云南德宏州大盈江水電站江引水隧洞，通過超前預灌漿漿解決涌水突砂，通過小導管灌漿解決不良地質洞段塌方，為同類地質條件隧洞的施工提供了寶貴經驗。

超前灌漿；超前小導管注漿；大盈江隧洞

1 概述

大盈江水電站引水隧洞位于云南省德宏州盈江縣境內。隧洞長14 km，開挖斷面為圓形，洞徑9.7 m。其中Ⅱ類圍巖占隧洞總長的10%，Ⅲ類圍巖占隧洞總長的35%，Ⅳ類圍巖占隧洞總長的45%，Ⅴ類圍巖占隧洞總長的10%。隧洞穿越4條峽谷河流，最小埋深只有30 m，地質條件極為復雜，隧洞為新奧法鉆爆施工，施工中遇到的主要不良地質洞段是涌水、突砂與塌方，這些地質災害中的涌水與突砂主要采用了超前灌漿，塌方采用了超前小導管的工程措施，這兩項灌漿方案有效地控制了地質災害，安全地實現了隧洞的貫通，特別是實現了淺埋洞段的順利通過。

2 超前灌漿對潛埋洞段涌水突砂的處理

2.1 超前灌漿工藝

大盈江隧洞潛埋洞段與地表水有著明顯的滲漏通道，施工中通過超前鉆探與TSP地質預報，探明前方掌子面的漏水量后，主要采用超前預注漿的方法將滲水隔離在開挖斷面的圍巖之外。超前灌漿主要分鉆孔與灌漿，其工藝流程見圖1。

2.2 超前灌漿方法

超前灌漿采用分序加密的原則進行，分序序數采用Ⅱ序，采用孔內循環式灌漿法，分段鉆進和灌漿，每段段長5～8 m。為保證對灌漿的有效性控制，在整個過程中（包括壓水試驗）使用灌漿自動記錄儀進行時時跟蹤記錄。

2.3 超前灌漿鉆孔

超前灌漿的鉆孔按設計要求指定的孔位，采用地質鉆機鉆孔，孔深和孔向均依據超前勘探孔所揭示的地質情況，設計孔深為5～8 m；鉆孔按灌漿程序分序分段進行；鉆孔過程中進行孔斜測量，并采取措施控制孔斜，其孔底偏差以符合施工圖紙規定為控制標準；鉆進開孔部位采取慢速低壓鉆進，軟弱破碎的部位采用干鉆法施工，對鉆孔沖洗水、鉆孔壓力、芯樣長度及其它能充分反映巖石特性的因素進行監測和記錄；鉆孔結束后，對鉆孔用木塞封堵進行保護。

圖1 超前灌漿工藝流程圖

2.4 鉆孔沖洗、裂隙沖洗

鉆孔沖洗采用風水聯合沖洗，從孔底向孔外沖洗的方法進行；裂隙沖洗在鉆孔沖洗后連續進行，其方法根據不同的地質條件，通過現場灌漿試驗確定；當鄰近有正在灌漿的孔或鄰近灌漿孔結束不足24 h時，不進行裂隙沖洗。對于超前勘探孔所揭示的斷層和裂隙等特殊地質條件孔段，鉆孔及裂隙沖洗根據規范及批準的施工技術方案進行。

2.5 灌漿

在灌漿材料、漿液配合比符合設計要求的基礎上，制漿采用攪拌桶攪漿，制漿用水的溫度不高于40℃。拌制水泥漿的順序為先加水，后加水泥，用磅秤對制漿材料稱量，保證稱量誤差小于5%。漿液攪拌須均勻，按規定測定漿液密度控制。漿液在使用前過篩，從開始制備至用光的時間不超過4 h。細水泥漿液的攪拌加入了減水劑和采用高速攪拌，從制備至用完的時間小于2 h。漿液溫度應保持在5～40℃之間。制漿水灰比嚴格控制，并用比重計測量準確后才能用于灌漿。

灌漿施工最大灌漿壓力不超過2.0 MPa，使用的灌漿泵最大壓力能達到4.0 MPa。灌漿時，第一段灌漿壓力不超過0.5 MPa，第二段灌漿壓力不超過1.0 MPa。灌漿壓力以孔口回漿管上的壓力表擺動范圍的中值作為控制壓力，灌漿時使壓力迅速達到規定的極限壓力，并且在灌漿過程中不允許降壓，從而保證了在規定的恒定壓力下連續灌漿。

漿液水灰比和漿液變換標準，按灌漿試驗確定的水灰比施灌，水灰比采用 3∶1，2∶1，1∶1，0.5∶1（重量比）4 個比級，每段灌注的水泥漿初始濃度為3∶1。水泥漿的濃度逐漸增加濃度，漿液變換由稀到濃逐級進行改變，其變換標準為：當某一比級漿液注入量已達300 L以上，或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，換成濃一級水灰比漿液灌注;當注入率大于30 L/min時，根據施工具體情況，實施可越級變濃。當灌漿壓力不變，注入率逐漸減少或注入率不變而灌漿壓力逐漸增加時，仍按這一濃度繼續灌注。漿液濃度與注入率遵循的關系見表1。

表1 漿液濃度與注入率關系

2.6 灌漿結束標準和封孔

超前灌漿在規定的壓力下，當灌漿段的吸漿量不大于0.4 L/min時、繼續灌注10 min，灌漿結束，全孔灌漿結束驗收合格后采用“壓力灌漿封孔法”封孔，封填前將孔內污物沖洗干凈，封孔做到密實、無空洞；超前灌漿結束后同時將開挖線外側的灌漿孔回填。

2.7 特殊情況處理

大盈江水電站引水隧洞在超前灌漿過程中，對出現的冒漿、漏漿，采用了嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流間歇灌漿方法進行處理。對灌漿時發生的串漿，采用了與被串孔同時灌注。對灌漿段注入量大，灌漿難于結束時分別采用了3種方式：低壓、限流、限量、間歇灌漿；漿液中摻加速凝劑；灌注穩定漿液或混合漿液等措施處理。

2.8 灌漿質量檢查

所有灌漿孔結束7 d后，進行檢查孔試驗。檢查孔數量為灌漿孔總數的5%，孔段合格率為80%以上。檢查孔位置由監理和甲方商議進行布設。檢查方法采用單點法壓水試驗，檢查合格標準為在設計規定壓力下，檢查孔孔段巖體透水率小于0.03 L/（min·m·m）。不合格的透水率值不超過 0.05 L/（min·m·m），且不集中，灌漿質量即為合格。檢查孔壓水試驗結束后，對檢查孔進行灌漿，采用水泥砂漿將鉆孔封填密實，并將孔口壓抹平整。

3 超前小導管注漿

3.1 施工工藝

在斷層破碎帶等洞段，由于圍巖易產生塌方，故施工前可采用超前小導管注漿進行預支護。超前小導管采用熱扎無縫鋼管加工制成，前端加工成錐形，尾部焊接加勁箍，管壁同邊鉆注漿孔，施工時鋼管沿隧洞開挖外輪廓線布置，環向間距視圍巖情況進行布置。小導管外徑為φ42 mm的熱軋鋼管，長度3.5 m，管壁每隔10～20 mm交錯鉆眼，眼孔直徑6～8 mm；沿隧洞縱向周邊線向外以10°～30°的外插角鉆孔，將小導管頂入圍巖，縱向兩組小導管間要有大于100 cm的水平搭接長度，小導管環向間距采用200～500 mm；小導管注漿前，在洞壁5 m范圍內噴射厚為50～100 mm的混凝土封閉。采用水泥砂液漿灌注，注漿壓力為0.5～1.0 MPa，并在孔口處設置能承受規定的最大注漿壓力和水壓的止漿塞；注漿后至開挖面的時間間隔為4～8 h，開挖時保留1.5～2.0 m的止漿墻，防止下一次注漿時孔口跑漿；同時小導管與鋼支撐配合使用，其尾端置于鋼支撐腹部或焊接于系統錨桿的環向鋼筋，增強共同支護作用。超前小導管施工工藝圖如圖2所示。

圖2 超前小導管工藝流程圖

3.2 超前小導管施工

小導管采用地質鉆機鉆孔，鉆機安裝插管，混凝土噴射泵灌注水泥砂漿，砂漿壓力0.8 MPa，沿隧洞周邊向前方圍巖以10°～15°的外插角鉆孔；將制作好的小導管頂入圍巖，縱向兩組小導管間水平搭接長度大于100 cm，環向間距200～500 mm；在洞壁5 m范圍內，噴射厚為50～100 mm的混凝土封閉巖面；注漿壓力為0.5～1.0 MPa，同時可在孔口處設置能承受規定的最大注漿壓力和水壓的止漿塞；注漿結束后鉆孔檢查或用聲波探測儀檢查注漿效果，對未達到要求的進行補注漿。

4 結語

大盈江引水隧洞地質災害處理的實踐證明，超前預注漿對涌水、突砂治理效果是特別明顯，而超前小導管對破碎帶的塌方有很好的作用，有針對性地選擇施工方法會有效地克服地質災害，實現隧洞的安全貫通。

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1002－0624（2012）06－0016－02

2012-04-29