聚氨酯/環氧復合化學灌漿在隧洞防滲中的應用

白 明，姚鑫晨

（1.中國神華能源股份有限公司，北京 100011；2.杭州國電大壩安全工程有限公司，浙江 杭州 310030）

0 前言

目前，隨著水電開發進度的加深，各種惡劣地質條件不斷顯現，長隧洞、破碎巖帶、泥石混合區等不時出現，特別是在有豐富地下水的地區，比如溶洞、地下河、高承壓水等，影響到水電工程的安全穩定性，需要尋找可靠的方法進行防滲與加固。本文介紹了一種綜合水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、環氧灌漿材料的復合化學灌漿方法，該類方法可顯著提高透水巖體的防滲可靠性、巖體穩定性及耐久性，在中國西部眾多大型水電站隧洞防滲加固工程中得以成功應用。

1 化學灌漿系列材料介紹

1.1 水溶性聚氨酯化學灌漿材料

LW、HW是兩種快速高效的防滲堵漏、補強加固水溶性聚氨酯化學灌漿材料，成果曾榮獲行業科技進步獎。LW固結體為彈性體，可遇水膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙重功能；HW固結體有較高的力學性能；這兩種材料可以任意比例混合使用，從而配制出不同強度和不同水膨脹倍數的復合灌漿材料，以適應工程需要。很多情況都推薦采用LW∶HW為7∶3的配合比，材料性能指標見表1。

表1 LW/HW水溶性聚氨酯化學灌漿材料主要性能指標Table 1 :Main properties of the LW/HW hydrophilic polyurethane chemical grouting material

1.2 油溶性聚氨酯化學灌漿材料

HK-9105油溶性聚氨酯化學灌漿材料是一種能快速防滲堵漏、補強加固的灌漿材料，漿液在快速反應時會產生很大的膨脹壓力，促使漿液二次擴散，推動漿液向裂縫、孔隙深入滲透，故有更大的擴散和固結范圍。該材料固化快、強度高、膨脹倍數大。在大流水、長通道的情況下，灌漿速度無法滿足水流速度要求時，灌注水溶性聚氨酯化學灌漿材料由于漿液被水過分稀釋而無法固化，滿足不了堵水要求，可先灌注HK-9105油溶性聚氨酯。由于HK-9105油溶性聚氨酯為油溶性灌漿材料，漿液本身不溶于水中，能夠很好地反應、堵塞在水流通道中，為后續灌注水溶性聚氨酯提供較窄的通道條件，從而保證了水溶性聚氨酯的發泡率和封堵效果。其主要性能指標詳見表2。

表2 HK-9105油溶性聚氨酯化學灌漿材料主要性能指標Table 2 :Main properties of the HK-9105 hydrophobic polyurethane chemical grouting material

1.3 環氧灌漿材料

HK-G環氧灌漿材料具有滲透性好、起始粘度低、固化速度可調、固化產物強度高等特點。其對潮濕、干燥混凝土面均具有較高的粘結強度，可以對各種混凝土或者巖體結構的微細裂縫、施工縫、溫度縫、巖基縫隙、疏松巖體等進行灌注，從而恢復結構整體性，達到防滲、補強、加固的目的。其主要性能指標詳見表3。

表3 HK-G環氧灌漿材料主要性能指標Table 3 :Main properties of the HK-G epoxy grouting material

2 聚氨酯/環氧復合化學灌漿主要特點

（1）堵水性能強：LW/HW水溶性與HK-9105油溶性聚氨酯化學灌漿材料的結合使用，對處理大通道、大流量、高水頭巖體或混凝土的堵水防滲，效果更佳。油溶性聚氨酯漿液不溶于水，可在大體積水中快速固化，迅速擠占水體空腔和水流通道，降低滲流量，甚至局部還能形成暫時的堵塞；而后用水溶性聚氨酯快速灌注已縮窄的滲流通道，使固化體完全堵塞、密封滲流通道，同時形成的彈性固化體可遇水膨脹，防止二次滲漏；

（2）抗壓強度高：HK-G環氧灌漿材料粘度低、滲透性好，可滲透進疏松巖層，改善巖石強度；可灌注填充實混凝土、巖石的微細裂隙、接縫，提高其強度和完整性；

（3）與潮濕混凝土面粘結效果好：HK-G環氧灌漿材料對潮濕混凝土面具有較高的粘結性能，對水浸漬過的巖石和混凝土粘結加固效果好；

（4）施工簡便：都可以使用單液泵進行灌注，操作簡單。

3 應用實例介紹

3.1 工程方案介紹

西部某電站引水隧洞部分洞段圍巖屬于典型的細微裂隙發育段，其上部較高高程位置有持續水源補給，與該洞段圍巖有很好連通性。作為砂板巖洞段有較好的隔水性，但若微細裂隙發育，則以滲透方式穿過該段形成滲滴水。通過該段上、下游堵水，所有滲水集中在該段，造成泄壓不暢，形成高滲壓區段，滲水壓力普遍在 4.5～9.0 MPa。在混凝土襯砌后，滲壓直接作用于結構上，對混凝土結構存在較大的破壞風險。而該段為微細裂隙發育段，采用常規的水泥灌漿難以灌注，水泥漿已反復灌注四次仍未解決問題。所以，針對此特殊洞段，須采用化學灌漿解決。后采用聚氨酯/環氧復合化學灌漿法處理，即在鉆孔深部系統灌注聚氨酯，利用聚氨酯可灌性好、遇水膨脹的特性在深部形成外層臨時阻水圈，再鉆淺部孔灌注環氧材料，利用環氧樹酯穩定性好、強度高的特點形成永久防滲圈。見圖1所示。

3.2 總體工藝流程

其高壓力滲水特殊洞段的復合化學灌漿施工工藝流程圖詳見圖2。

圖1 復合化學灌漿結構范圍示意圖Fig.1Diagramofthestructureofthecompositechemicalgrouting

圖2 復合化學灌漿施工工藝流程圖Fig.2 Technological process of the construction of the compositechemicalgrouting

3.3 灌后檢查

襯后堵水灌漿按防滲固結洞段標準進行壓水檢查。即在2.0 MPa壓水壓力下，85%以上試段的透水率不大于3.0 Lu，其余試段的透水率不超過4.5 Lu，且分布不集中時為合格。灌后滲水消失，達到了防滲和加固的目的，見圖3。

4 結語

圖3 灌注前后對比圖Fig.3Comparisonofthetunnelbeforeandaftergrouting

聚氨酯/環氧復合化學灌漿方法，作為對其它灌漿方法的補充，能解決目前多種惡劣地質條件下的防滲、加固問題，可顯著提高透水巖體的防滲性能和巖體穩定性，可對滲漏混凝土層進行堵漏與加固。

利用油溶性聚氨酯漿液不溶于水且遇水固化速度快、發泡倍數大的特點，對其先行灌注，使其反應、堵塞在水流通道中，縮窄水流通道，為水溶性聚氨酯成功堵水創造條件。水溶性聚氨酯可根據現場需要配比出不同強度和不同水膨脹倍數的混合液，其遇水快速固化、膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙重功能，快速灌注縮流通道后可完全堵塞、密封滲流通道，抵抗內部水頭，同時形成的彈性固化體可遇水膨脹，防止二次滲漏。環氧灌漿材料具有可灌性好、起始粘度低、固化產物強度高、對潮濕基面粘結效果好等特點，其灌注固化后能顯著提高軟巖、破碎巖體的力學性能，提高巖體（混凝土）的完整穩定性和耐久性。

綜合水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、環氧灌漿材料的復合化學灌漿方法，滿足了現階段地質條件下的許多防滲、加固要求，技術方法也逐漸趨于成熟化，可廣泛應用于類似工程中。