隧洞坡積物堆積地段的固結灌漿處理

宋傳偉，徐愛峰，鄭祥軍

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276000）

大唐林州2×300 MW級熱電機組引水隧洞出口位于下游坡積物堆積地層上，穿越林州斷裂帶，隧道工程施工以來陸續出現塌方等現象，嚴重影響了工程進度和施工安全。根據林州物探隊對坍塌段的物探報告，坍塌區域位于樁號K3+402處，該區域形成一體積不低于1 000 m3的空腔體，2012年夏季以后洞內坍塌段已出現冒頂，洞內坍塌空隙已基本被坍塌物充填。同時，為了隧洞工程的后續施工安全，根據相關工程的施工設計和施工經驗，擬對K3+388～K3+413段進行土體固結灌漿。

1 坡積物堆積地段的加固處理

根據坡積物堆積地質洞段的加固處理原則，在引水隧洞中對坡積物堆積洞段的加固處理采取以固結灌漿為主的加固處理措施，并根據坡積物堆積洞段的地址特點，在結構上采取了加厚襯砌、拱橋、管梁等措施來解決基礎沉降問題。文章主要對固結灌漿處理進行論述。

1.1 灌漿試驗

根據本工程施工初期的具體情況，確定在坍塌區內（K3+402～K3+403.2）進行灌漿試驗，該處地質為黏土、塊石充填物，黏土質軟可塑，設置4個灌漿孔，施工分序、分段，在灌漿孔之間設置1個抬動觀測裝置，抬動變形觀測派專人進行觀測、記錄，密切注意動態，同時嚴密監測巖層、洞內的變形。

試驗施工中，曾多次發生下列現象：

1）串冒漿：由于沉降區土質已經開裂，部分孔底已經到達淤泥層，灌漿過程中，從別的灌漿孔口、裂縫處冒漿，淤泥從洞內被擠壓出去后進行了充填固結。

2）在試驗2#孔第1段時，壓力達到1.0 MPa，水灰比 0.5∶1，注入率由 30 L/min 持續 15 min，增加到40 L/min持續9 min時，抬動1.13 mm，其他孔段未發生抬動。

從上述試驗可得到以下結論：壓力較高的Ⅰ序孔注入率明顯大于Ⅱ序，反映出提高灌漿壓力，特別是對泥土的灌漿壓力達到1.0 MPa時，對增大注入率有明顯作用。

1.2 灌漿工藝

在施工中，成孔也是非常重要的一個環節，在這種地層成孔中采用膨潤土加入聚丙烯來加強黏性的方法，使塌孔、不易成孔的難題給予解決。根據上述試驗結果以及施工中的實際情況，逐步調整得出適合本項工程的主要施工工藝為以下幾點：

1）灌漿方法。本項目灌漿方法采用孔口管封閉和灌漿塞來阻塞，自下而上（由深到淺）分段純壓式灌漿。

2）灌漿次序。灌漿施工順序按照先Ⅰ序、后Ⅱ序的施工順序進行施工，奇數孔為Ⅰ序孔，偶數孔為Ⅱ序孔。

3）灌漿段長度劃分和壓力參數。在隧洞頂部的灌漿孔，孔底標高高出洞頂0.5 m，防止打穿洞頂，灌段長10 m，分兩段灌漿，段長均為5 m。在隧洞兩側的灌漿孔，孔底標高低于洞底0.5 m，灌段長15 m，分兩段灌漿，第一段為8 m，第二段為7 m。

4）灌漿方式。各段均采用純壓式灌漿方法，同序孔可進行并聯灌漿，孔號不得連續，位置保證分散對稱。

5）灌漿壓力操作步驟。第一段灌漿（底部段）全壓力為0.9 MPa,第二段灌漿（上部段）全壓力為0.8 MPa。各孔各段灌漿最大設計壓力值記讀壓力表最大擺動值，其余記讀平均值。

6）灌漿漿液及變漿標準。灌漿漿液時，其濃度由稀變濃、逐級變漿，漿液水灰比比級采用2∶1，1∶1，0.7∶1，0.5∶1 四個比級，開罐的水灰比采用 2∶1漿液。灌漿過程中，當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不得改變漿液水灰比。本項目灌漿過程中，當漿液注入量達到300 L以上，或灌注時間已達1 h，灌漿壓力和注入率均無顯著改變或改變不明顯時，進行加濃一級灌注。當注入率大于30 L／min時，根據施工具體情況，進行越級變濃。

7）灌漿結束標準。在達到設計壓力下，注入率不大于0.4 L/min時，繼續灌注30 min；或不大于1 L/min時，繼續灌注60 min，該段灌漿可以結束，再進行封孔灌漿。本項目施工灌漿時，主要是在達到設計壓力下，注入率不大于0.4 L/min時，繼續灌注30 min，結束該段灌漿。

8）灌漿孔封孔。固結灌漿孔全孔灌漿結束后，緊接著用水灰比為0.5∶1的濃漿進行封孔，保持0.8 MPa的壓力，再持續灌注30 min，即封孔結束。小于0.5∶1漿液結束的孔段，將漿液變換為0.5∶1，保持 0.8 MPa 的壓力，再持續灌注 60 min，即封孔結束。封孔灌漿階段做好記錄工作，孔口空余部分以干硬性砂漿填實抹平。

1.3 固結灌漿設計布置

根據該電站引水隧洞的具體情況，初步擬定注漿孔布設范圍為塌陷區（K3+408～K3+396）、區域前 8 m （K3+396～K3+388）、 后 5 m （K3+413～K3+408），共計 25 m。 坍塌區內 K3+408～K3+396灌漿孔排距0.6 m、孔間距1.2 m梅花布置，鉆孔與注漿深度控制范圍為：洞壁1.5 m以外、孔深70.58 m，注漿深度為15 m，分段注漿；洞頂孔深65.63 m，注漿孔深為10 m，分段注漿；灌漿壓力0.7～1.0 MPa。

2 效果檢查與分析

大唐林州2×300 MW級熱電機組引水隧洞出口共有1個坍塌區，共計完成14 km灌漿進尺，注灰量最大為1 546 kg/m，單孔注入量最大為32 t,單孔灌注時間最長為25 h（包括間歇時間），平均單位注灰量為209.5 kg/m。

固結灌漿壓水試驗檢查在灌漿結束后3 d進行。檢查孔數為總孔數的5%。固結灌漿檢查用壓水試驗、單點法，本項目要求透水率≤1 Lu。壓水結束后采用壓力封孔法直接進行封孔，當注入率小于0.4 L/min持續30 min后結束封孔。

固結灌漿質量的壓水試驗檢查，其孔段合格率應在80%以上；不合格孔段的透水率值不超過設計規定值的50%，且不集中，灌漿質量可認為合格。本項目灌漿通過壓水試驗檢查結果為：透水率全部小于1 Lu，滿足設計要求。

巖心可見水泥結石，土體、塊石之間，土體之間清晰可見水泥連接。

3 結語

大唐林州2×300 MW級熱電機組引水隧洞長度長、洞徑大，建設規模也較大，尤其是在坡積物堆積地層穿越也較少見，經過設計和施工實踐，為地下工程積累了經驗，主要有以下幾點：

1）本文所采取的坡積物堆積地質洞段的固結灌漿施工技術在地質條件極其復雜、施工條件十分困難的情況下，完成了工程任務，對今后類似工程的施工有指導和借鑒價值。

2）本工程采用自動灌漿記錄儀，更準確地掌握施工灌漿參數，使灌漿數據更加真實，較好地避免了灌漿的隨意性，從而確保灌漿質量，同時便于其他工程設計采用。