HSC超細水泥超前預注漿技術在水工隧洞工程中的應用

于成龍

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

1 工程概況

某水工隧洞工程采用新奧法施工技術，隧洞斷面面積S＝53.61m2，洞頂埋深約190m，洞室圍巖主要巖性為侏羅系小東溝組凝灰巖，青灰色，微風化，中硬巖。施工至溝谷帶遇較大斷層，斷層寬度150m，根據揭露的地質分析，洞室圍巖局部完整性差，節理面多平直光滑，閉合～張開，掌子面處距離底板0.5m處有張開狀節理，張開距離為5～10cm，有泥漿結石充填，節理產狀為71°SE∠8°，節理裂隙較發育，地下水呈滲水～涌水狀態，判定為Ⅳ類圍巖。根據超前探孔突水情況，研究確定采用HSC超細水泥注漿材料進行全斷面、全封閉的超前預注漿處理。

表1 地質探孔孔位、鉆深及出水情況表

2 HSC注漿材料性能、主要技術指標

HSC灌漿材料是以特制的超細、高性能水泥為主，配以適量的外加劑而形成灌漿材料。其特點為顆粒細、比表面積大，可灌入0.2mm以下的裂隙；漿液結石率可達100%，抗壓強度高達50MPa以上；漿液無毒性，對地下水和環境無污染。所采用的HSC超細水泥注漿材料分為兩種，一種為防滲帷幕型HSC注漿材料，另一種為含水細砂型HSC注漿材料，其中外環采用HSC（防滲帷幕型）灌漿材料，內環采用HSC(含水細砂型)灌漿材料。

2.1 HSC灌漿材料性能

HSC(防滲帷幕型)注漿材料：該漿液(呈膠狀)具有抗沖刷、凝結時間易于控制、強度高等特點。可在0.5～1.0m/s流速的水中凝固，留存率大于95%，一般用于流動水的堵漏灌漿。

HSC(含水細砂型)注漿材料：該漿液(屬超細水泥)具有可灌注性好，凝結時間易于控制、強度高、對地層擾動小等特點。既可注入細小縫隙，又可避免圍巖承壓水對留存漿液的移位。

2.2 主要技術指標

2.2.1 HSC(防滲帷幕型)材料

比重：2.8～3.0； 比表面積：(m2/kg)，≥450； 流動度：(min)，≥300；水下不分散性：(PH)≤8；結石率：(%)≥98；抗壓強度：1d—15MPa；7d—30MPa； 凝結時間：20～90min 可調； 水中自由膨脹率：(%)1d—≥0.03；3d—≤0.10。

2.2.2 HSC(含水細砂型)材料

平均粒徑：6～8μm；比表面積：(m2/kg)，≥700；流動度：(min)，≥380；水下不分散性：(PH)≤10；結石率：(%)≥98～100；抗壓強度：1d—8MPa；3d—12MPa。

3 超前預注漿施工工藝

根據探孔突水的特點，參考類似工程的注漿設計與以往施工的成功經驗，不同的突水類型應結合具體情況作相應調整。

3.1 注漿孔的布置及注漿范圍

預注漿孔自外向內共布置2環，注漿孔間排距均為1.5m，最外環距洞壁開挖線不大于600mm，最外環底孔距底板開挖線不大于600mm，外環共布置14個孔；內環共布置6個孔，其中第20個孔布置在開挖斷面的中心點上。外環孔外插角為9°，內環孔外插角為6°，起拱線上孔位為水平孔。超前預注漿范圍為：長度30m，開挖25m，預留5m止漿巖盤。

圖1 注漿孔布置及注漿范圍圖

3.2 注漿施工工藝

3.2.1 制漿

制漿材料均采用稱重，稱重誤差應小于5%。按水泥單液漿配制方法，先加水后加料拌制。拌制HSC(防滲帷幕型)材料的水灰比為 0.6∶1(重量比)，制漿機轉速 120～180r/min，漿液攪拌時間3min以上；拌制 HSC(含水細砂型)材料的水灰比為 0.8∶1(重量比)，制漿機轉速 1 200～2 000r/min，漿液攪拌時間 2～3min，控制不要超過攪拌時間；拌合料輸送到攪拌罐(機)后，始終保持漿液的緩慢攪動。監測攪拌機內的漿液量，只要攪拌機內有很多料，灌漿泵以慢速高壓輸出，就不開始新一批料的拌合。攪拌機內的拌合料始終盡可能保持新鮮；寒冷季節施工做好設備及灌漿管路的防寒保暖工作，若用熱水制漿，水溫不得超過40℃；灌漿較長時間停頓后，在開始繼續灌漿之前，按要求徹底清洗所有的設備和輸送管路。

3.2.2 注漿

注漿方式為全斷面、全封閉的高壓超前預注漿，注漿方法采用孔口封閉、孔內循環、全孔一次高壓注漿。超前預注漿采用自外向內、從下而上的次序進行。同一環分兩序進行，按順序進行，兩側對稱。參見圖1。

3.2.3 注漿壓力

注漿壓力與巖層裂隙發育程度、涌水壓力、漿液材料的黏度和凝膠時間長短的等有關，根據現場實測外水壓力1.0MPa，防滲帷幕型HSC漿液注漿壓力按經驗初步確定為：1.5～2.5MPa。含水細砂型HSC注漿材料注漿壓力初步確定為：2.0～4.0MPa。

3.2.4 注漿結束標準

在設計壓力下，當注入率小于5L/min時，持續灌漿10min結束。

4 超前預注漿效果

經過超前預注漿處理后的斷層帶，封堵止水效果好，目前已順利通過斷層，達到了預期的注漿效果。

5 經驗及教訓

（1）鉆孔宜一次達到設計孔深，如在鉆孔過程中遇有大的涌水、溶蝕洞穴、塌孔或掉塊難以鉆進時，應立即停止鉆進，以2.0～4.0MPa的壓力，灌注0.6∶1的防滲帷幕型HSC液漿，待凝3h后繼續鉆進，直達設計孔深。然后，采用全孔一次高壓注漿方式。

（2）當鉆孔灌注結束以后，應該對掌子面前方進行地質探孔測試，如果探明前方灌注良好且已無承壓水則停止灌漿。

[1]彭振斌.注漿工程設計計算與施工[M].武漢：中國地質大學出版社，1997.

[2]賈濟賓.超前預注漿結合徑向注漿封堵高壓斷層水技術[J].礦業安全與環保，39（6）.

[3]徐麗芬.淺談采用HSC新型灌漿材料進行隧洞阻水灌漿的方法[J].紅河水，2009（2）.