錦屏二級水電站西端引水洞綠泥石片巖洞段復合灌漿實驗成果分析評價

張鵬 李元 楊培洲 鐘久安

【摘要】錦屏二級水電站引水隧洞長度長、埋深大，沿線工程地質情況復雜。其中西端1#引水隧洞穿越的T1綠泥石片巖地層具有特殊的物理力學特性和水理特性，且受施工期洞室開挖的擾動、長期變形和地下水侵蝕等影響后圍巖承載能力減弱。因此在隧洞成型后亟需采用合理的灌漿方式對圍巖進行固結。本文詳細描述了現場進行的“水泥-細水泥復合灌漿”和“水泥-化學復合灌漿”試驗過程和試驗成果，做出了相應的分析和評價，為后續工程施工積累了施工經驗。

【關鍵詞】隧洞，綠泥石片巖，復合灌漿，處理

1 概述

1.1 工程概況

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，利用雅礱江150 km長的大河彎，截彎取直，開挖隧洞集中水頭引水發電，總裝機容量為4800 MW。該電站由4條單洞長約16.67km的引水隧洞、與之平行的2條長為17.5km的輔助洞和l條施工排水洞共7條隧洞組成，一般埋深為1500～2000 m，最大埋深為2525 m[1-2]。

引水隧洞自西向東依次穿越的地層有T2Z雜古腦組大理巖、T1綠泥石片巖、綠砂巖、T3砂板巖、T2b白山組大理巖和T2y鹽塘組大理巖。西端T1綠泥石片巖巖體強度低，遇水易軟化，屬于典型的軟巖，顯示出典型的高地應力條件下軟巖的塑形大變形特征。試驗研究表明，綠泥石片巖飽和條件下軟化系數為0.5，彈性模量軟化系數為0.27，遇水軟化效應十分明顯，高地應力條件下綠泥石片巖的流變變形也相當可觀，其長期強度為瞬時強度的15～29%，綠泥石片巖的長期流變變形特征和特殊的水理特性是影響其洞室穩定安全的重要因素[3]。

1.2 基礎處理工程設計綜述

錦屏二級引水隧洞圍巖是主要承載結構和防滲主體，工程處理措施的目的是充分發揮圍巖的自承載能力，對于巖石質量較差的綠泥片巖而言，隧洞和表層鋼筋混凝土襯砌共同組成隧洞的承載結構。水工隧洞固灌漿有利于加固隧洞圍巖、封閉隧洞周邊巖體裂隙，提高隧洞圍巖的整體性和抗變形能力，增強圍巖抗滲能力和長期滲透穩定性。

西端引水隧洞T1綠泥石片巖因其特殊的物理力學特性和水理特性，以及經受施工期洞室開挖的擾動、長期變形和地下水侵蝕等影響后圍巖承載能力減弱，通過有效的固結灌漿措施使得圍巖均勻性、整體和物理力學指標得到保證和提高，對于綠泥石片巖洞段隧洞承載體系的建立和質量效果保證至關重要[3]。

2 綠泥石片巖工程地質與水文地質

綠片巖（T1地層）地層中，受高埋深高地應力的影響，開挖通過破碎帶、不利結構面特別是X節理部位，容易發生大變形與坍塌等現象，對施工安全帶來隱患。特別是在隧洞埋深1550m～1850m，最大主應力約40～50MPa的洞段，綠泥石片巖洞段變形情況更為嚴重。1#引水隧洞樁號引（1）1+535～1+802m開挖揭露綠泥石片巖，初始開挖斷面13.4～13.8m。開挖分成上下斷面，上斷面開挖高度9.5～9.7m，下斷面開挖高度2.9～3.3m。上斷面開挖后在工程力作用下產生顯著塑性變形，隧洞產生“縮徑”現象，變形侵占設計襯砌凈空厚度普遍都在20cm以上，大部分為20～60cm之間，局部超過1 m。如此大的變形，導致隧洞襯砌結構以及部分洞段的過流斷面被侵占，嚴重影響了隧洞承載結構安全、施工期洞室安全和過流條件[4]。

后根據現場試驗及專家咨詢后，對該洞段進行擴挖，擴挖按14.3m斷面進行施工，立拱架復噴混凝土后斷面為13.7m。

綠泥石現場取樣時，錘擊聲不清脆，無回彈，較易擊碎；浸水后，指甲可刻出痕跡。抗風化程度：結構構造大部分破壞，礦物色澤明顯變化。大部分由綠泥石、綠簾石、方解石及少量石英組成。結構面結合性較差，巖石完整性較破碎。現場取樣試驗室檢測的強度Rc結果如下：烘干時強度為14.4MPa，浸水飽和時的強度為1.1MPa，軟化系數0.076，密度為2520kg/m3，吸水率9.9%。

在綠泥石片巖洞段引（1）1+535～1+802m兩端分別揭露地下水。其西側即小樁號側引（1）1+450～15+535洞段揭露廳堂式溶洞，地下水發育。其東側即大樁號側揭露少量地下水。由此可見，雖然綠泥石片巖為不透水巖層，但其相鄰洞段均發育地下水，在開挖過程中和開挖后對綠泥石片巖洞段的穩定性均產生不可避免的影響。

3 綠泥石片巖水泥化學復合灌漿試驗設計

3.1 水泥化學灌漿復合灌漿試驗方案

水泥灌漿作為隧洞基礎處理的主要手段，在本次綠泥石片巖洞段加固處理中占據主要位置。在水泥灌漿施工完成后，根據設計理念，為了進一步加強綠泥石片巖洞段的防滲性能，分別進行了細水泥灌漿試驗和化學灌漿試驗。通過水泥-細水泥灌漿試驗和水泥-化學灌漿試驗的綜合對比，最終確定類似洞段的處理方法。

在隧洞綠泥石片巖洞段環狀梅花型布置灌漿鉆孔，灌漿孔向以隧洞中心為圓心發散布置。細水泥灌漿和化學灌漿須在水泥灌漿及水泥加密灌漿完成并檢查合格后進行。

特別說明：本文前述及后述“水泥灌漿”均指普通硅酸鹽水泥灌漿。

3.2 水泥化學復合灌漿試驗設計及施工技術要求

3.2.1 灌漿孔布置

水泥灌漿試驗共布置10排孔，排距2m，每排20孔（邊頂拱為15/16孔，底板為4/5孔），鉆孔孔深入巖9.0m。

由于現場條件限制，細水泥灌漿試驗灌漿孔布置在隧洞邊頂拱，孔位為水泥灌漿兩序環中間，每環15/16個孔，孔排距2m，梅花形布置，孔深入巖4m。

化學灌漿試驗共布置10排孔，其中5排孔在水泥灌漿原孔位置，另外5排孔在水泥灌漿兩序環之間重新布置化學灌漿孔。每環布置化學灌漿鉆孔20孔，排距2m，鉆孔孔深入巖6m。

3.2.2 灌漿材料要求

1）水泥灌漿材料

水泥灌漿采用普通水泥和細水泥。

普通水泥采用強度等級不低于P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，細水泥采用成品細水泥，其各項檢測指標應符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）規定的質量標準。

2）化學灌漿材料

試驗段化學灌漿液采用環氧樹脂類灌漿材料，其液性能和固化物最低應符合《水工建筑物化學灌漿施規范》（DL/T 5406-2010）的指標要求。

3）化學灌漿材料性能室內研究內容

灌漿前，應對環氧樹脂、固化劑的品種及其用量進行室內研究。對不同配方的漿液各項規范規定性能進行研究。

3.2.3 灌漿方法

水泥灌漿采用“自上而下分段孔內循環式灌漿法”進行灌漿，全孔分為兩段，環間分序、環內加密。灌漿結束后進行壓水檢查，當水泥灌漿灌后單孔聲波測試值達到設計要求后方可進行細水泥或化學灌漿。

細水泥灌漿采用一次性成孔、全孔一段孔內循環式灌漿，環間分序、環內加密。

化學灌漿采用一次性成孔、全孔一段純壓式灌漿，環間分序、環內加密。

3.2.4 灌漿壓力

各種類型灌漿試驗壓力詳見表3.2-1。

表3.2-1 灌漿試驗孔分段和壓力

序號 灌漿類型 入巖孔深（m） 段次 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa）

1 水泥灌漿 9 第1段 孔口段0～4m 3.0

2 第2段 孔深4～9m 6.0

3 細水泥灌漿 4 / 0～4m 3.0～5.0

4 化學灌漿 6 / 0～6m 2.0/3.0

3.2.5 漿液變換

水泥灌漿采用1：1、0.8：1、0.5：1三個比級水灰比，漿液變換原則按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（DL/T 5148-2012）中相關規定執行。

細水泥灌漿采用1：1和0.6：1兩級水灰比，漿液變換原則根據現場實際情況并結合《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（DL/T 5148-2012）中相關規定執行。

化學灌漿漿液配合比及不同漿液變換原則根據室內研究成果選用，并最終根據灌漿試驗確定。

3.2.6 灌漿結束標準

水泥灌漿結束標準和細水泥灌漿結束標準為：在設計灌漿壓力下，灌漿孔（段）吸漿量不大于1L/min，繼續灌注30min即可結束。

化學灌漿結束標準：①在設計規定的壓力下，每一灌漿段吸漿量不大于0.02L/（min·m），繼續灌注30min 或達到膠凝時間，即可結束。②每個灌漿段灌漿持續最短時間控制在16～28h，但最長灌注時間不超過40h。

3.2.7 封孔

水泥灌漿結束后采用水灰比為0.5：1的濃漿進行封孔，壓力不小于2.0MPa（但不大于灌漿壓力），帶壓封孔時間不小于20min，孔口需用水泥砂漿（強度不低于M25）壓抹齊平。

細水泥灌漿采用的是1：1漿液灌注結束后，采用普通水泥0.5：1漿液進行置換封孔。若采用0.6：1漿液灌注結束，可不進行專門的封孔。

化學灌漿結束后可不進行專門的封孔。

3.3 灌后檢查指標

綠泥石片巖洞段各類灌漿灌后檢查暫定指標見表3.3-1。

表3.3-1 綠泥石片巖洞段各類灌漿灌后檢查指標（暫定）統計表

序號 灌漿類型 檢查項目及合格標準

透水率 單孔聲波 變形模量

1 水泥灌漿 / 85%測試值不小于4500m/s，小于3825m/s的測試值不超過3%，且分布不集中 灌后鉆孔變形模量檢查最小測測試值不小于4.0GPa

2 細水泥灌漿 在1.0MPa的壓水壓力下，85%以上試段透水率小于0.5Lu，其余75%試段的透水率不大于0.75Lu 85%測試值不小于4500m/s，小于3825m/s的測試值不超過3%，且分布不集中 灌后鉆孔變形模量測試最小值不小于4.0GPa

3 化學灌漿 / 85%測試值不小于4500m/s，小于4250m/s的測試值不超過3%，且分布不集中 灌后鉆孔變形模量測試最小值不小于4.0GPa，測試平均值不小于5GPa

備注：由于綠泥石片巖的吸水軟化特征，故水泥灌漿未設置透水率檢查項目。

4 水泥化學復合灌漿試驗現場施工

4.1 水泥灌漿

本工程設計灌漿壓力6MPa，為了確保工程安全，需要根據設計參數進行灌漿試驗，以便確定灌漿參數。

根據本工程前期施工的具體情況，綜合選定在引（1）1+566～1+606m段進行綠泥石片巖水泥灌漿試驗。灌漿試驗段總長40m，共分兩個灌漿試驗區，每個試驗區長20m。布置形式為：Ⅰ、Ⅱ試驗區各布置10排孔，排距2m，每排20孔（邊頂拱為15/16孔，底板為4/5孔），鉆孔孔深入巖9.0m，鉆孔沿隧洞中心按18°發散布孔。

試驗區共布置了310個孔，施工分序、分段和試驗壓力的情況詳見表4.1-1。

表4.1-1 灌漿試驗孔分段和壓力

試驗區范圍 入巖孔深（m） 段次 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa）

引（1）1+566～1+606 9 第1段 孔口段0～4m 3.0

第2段 孔深4～9m 6.0

本次Ⅰ、Ⅱ灌漿試驗區灌漿孔排距、灌漿壓力、水灰比等灌漿參數相同，試驗段圍巖特性基本相同，主要對比數據是第1段灌漿同第2段灌漿之間待凝時間。其中試驗Ⅰ區第1段灌漿同第2段灌漿之間待凝時間為7天，試驗Ⅱ區第1段灌漿同第2段灌漿之間待凝時間為1天。

具體施工程序為：鉆孔→鉆孔沖洗→壓漿試驗→第1段灌漿→待凝→鉆孔→鉆孔沖洗→壓漿試驗→第2段灌漿→轉入下一孔鉆灌。

灌漿試驗段主要成果見表4.1-2。

表4.1-2 灌漿試驗成果

序號 項目 Ⅰ區 Ⅱ區 備 注

1 地層巖性 綠泥石片巖夾雜少量大理巖

2 圍巖類別 Ⅳ Ⅳ

3 單位注入量Ⅰ序（kg/m） 406.70 403.90

4 單位注入量Ⅱ序（kg/m） 104.66 142.69

5 單位注入量（kg/m） 242.81 262.83

6 灌前聲波測試（m/s） 3960 4414 平均值

7 灌后聲波測試（m/s） 4807 4851 平均值

8 灌前灌后聲波提高率% 21.39 9.9 滿足設計指標

9 灌前變模（GPa） 0.44～2.88 2.65～4.57 平均值

10 灌后變模（GPa） 2.29～3.54 3.57～4.26 平均值

11 最大抬動值（μm） 42 36

12 質量綜合判定 合格 合格

從上述灌漿試驗得到了以下結論。

1）試驗區單位注入量均隨灌漿次序的增加呈現遞減；灌后壓漿檢查單耗較灌前顯著減小。

2）灌后聲波較灌前聲波平均提高 21.39%（Ⅰ區）和9.9%（Ⅱ區），且聲波檢測指標滿足設計要求。

3）綠片巖洞段灌漿施工采用如下施工參數灌漿效果明顯，說明本次灌漿試驗所有的灌漿設計參數是合適的。第1段灌漿同第2段灌漿之間待凝時間最少可為1天。

4）灌漿試驗鉆孔終孔孔徑為φ56mm，小于設計要求的φ110mm，從灌漿試驗灌漿效果綜合分析，φ56mm的終孔孔徑滿足了設計要求。

5）本次檢測的1+566～1+606段的灌前變形模量值偏低，且測值全距較大，表明所測巖體破碎且不穩定；灌后變形模量值有所上升，灌漿效果明顯，但仍不滿足設計“灌后鉆孔變形模量檢查最小測測試值不小于4.0GPa”的設計暫定要求。

6）后續仍需要采取合適的施工措施對綠泥石片巖進行進一步處理。

4.2 細水泥灌漿

為了更好結合工程實際，綠泥石片巖洞段在普通水泥灌漿后，采用細水泥灌漿的方式進一步處理。

根據本工程前期施工的具體情況，綜合選定在引（1）1+606～1+626m段進行綠泥石片巖細水泥灌漿試驗。灌漿試驗段總長20m，邊頂拱每環15/16個孔，孔排距2m，梅花形布置，孔深L=4m。

試驗區共布置了155個孔，施工分序、分段和試驗壓力的情況詳見表4.2-1。

表4.2-1 灌漿試驗孔分段和壓力

試驗區范圍 入巖孔深（m） 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa）

引（1）1+606～1+626 4 0～4 3.0～5.0

具體施工程序為：鉆孔→鉆孔沖洗→孔口管安裝→灌漿→轉入下一孔鉆灌。

試驗段施工過程中未發生抬動、串冒漿、漏漿等特殊情況。

結合前期試驗洞段普通水泥灌漿情況，該洞段普通水泥灌漿和細水泥灌漿主要成果見表4.2-2。

表4.2-2 綠泥石片巖細水泥灌漿試驗段灌漿前后對比分析表

序號 項目 普通水泥灌漿成果 細水泥灌漿 備注

灌前 灌后

1 完成孔數（個） 266 155

2 鉆孔（m） 4073.7 912.79

3 灌漿（m） 2394 620

4 注入量（t） 351.327 19.593

5 平均透水率（Lu） ∕ 0.82 0.50

6 單元平均單耗（kg/m） 187.29 31.60

7 Ⅰ序單耗（kg/m） 254.43 33.93

8 Ⅱ序單耗（kg/m） 113.86 29.12

9 聲波（m/s） 4766m/s 4968m/s 滿足設計暫定標準

10 孔內電視 孔內多見水泥結石，巖體與水泥膠結較好，未見明顯缺陷

11 變形模量（GPa） 范圍為1.25～7.69Gpa，平均值為3.57Gpa 范圍為4.07～14.58Gpa，平均值為6.02Gpa 滿足設計暫定標準

12 抬動值（μm） 24 0

從上述灌漿試驗得到出以下結論。

1）試驗區Ⅰ序孔單位注灰量為33.93kg/m，Ⅱ序孔單位注灰量為29.12kg/m，遞減14.2%。故細灌漿單位注入量隨灌漿次序的增加呈現遞減規律，符合灌漿的一般規律。

2）通過本次細水泥灌漿試驗，我們可以看出經過普通水泥灌漿對綠泥石片巖洞段大部分裂隙充填后，仍有少量微細裂隙需要細水泥灌漿漿材進一步填充。

3）細水泥灌漿過程中未產生襯砌抬動，且細水泥灌漿后圍巖滲透性能、完整性、變形特征等指標均得到提升，說明設計的細水泥灌漿參數在綠泥石片巖洞段是合理的。

4）根據試驗成果，細水泥灌漿灌后壓水檢查結果不能滿足原設計壓水檢查標準，但通過綜合其他灌后檢查數據說明細水泥灌漿灌后效果良好。

4.3 化學灌漿

環氧漿液具有強度高（本體抗壓強度≥40～60MPa），滲透流動性好，操作時間長等特點，室內試驗顯示環氧漿液對綠片巖微裂隙的充填以及巖塊之間的粘結性能較好，有很好的防滲加固性能。因此在水泥灌漿后，現場進行了化學灌漿試驗。

根據本工程前期施工的具體情況，綜合選定在引（1）1+586～1+606m段進行綠泥石片巖段化學灌漿試驗。

灌漿試驗段總長20m，共分兩個灌漿試驗區段（即HⅠ區、HⅡ區），各個區段具體鉆孔布置型式詳見表4.3-1所示。本次化學灌漿試驗先在已施工完畢的邊頂拱水泥固結灌漿區域進行。

表4.3-1 試驗區鉆孔布置型式表

序號 區段代碼 灌漿類型 試驗樁號 排數（排） 排距（m） 斷面孔數（孔） 孔深入巖（m） 布孔型式

1 HⅠ 化學灌漿 引（1）1+586～1+596 5 2.0 20 6.0 梅花型

2 HⅡ 引（1）1+596～1+606 5 2.0

備注：1、HⅠ區為在水泥固結灌漿原孔施工化學灌漿孔區、排距2.0m，HⅡ區在水泥固結灌漿生產性試驗Ⅰ序、Ⅱ序之間重新打Ⅲ序化學灌漿孔、排距2.0m。2、在實際施工過程中將為了避開隧洞安全監測儀器和電纜將依據實際情況進行孔位局部調整。

試驗區共布置了134個孔，施工分序、分段和試驗壓力的情況詳見表4.3-2。

表4.3-2 灌漿試驗孔分段和壓力

試驗區范圍 入巖孔深（m） 分段長度（m） 灌漿壓力（MPa） 備注

引（1）1+586～1+606 6 0～6 2.0/3.0 灌漿壓力根據灌注情況選定

本次試驗主要采取了PSI和HK兩種環氧灌漿材料，因此在試驗段分區上分別對以上兩種材料在不同的布孔形式下的灌注效果進行了對比。具體分區情況見表4.3-3。

表4.3-3 試驗區漿液對應表

序號 實驗區域 實驗塊 對應材料 備注

1 HⅠ HⅠ-1 HK

2 HⅠ-2 PSI

3 HⅡ HⅡ-1 PSI

4 HⅡ-2 HK

由于環氧樹脂漿液不同配合比具有不同的技術參數，根據試驗大綱及評審會議相關會議精神，目前明確了兩種材料各2個配合比，共計4個配合比進行現場試驗。現將采用的配合比及相關技術參數表示如表4.3-4。

表4.3-4 環氧樹脂不同配比漿液技術參數表

序號 漿材型號 配合比

A：B 密度

g/cm3 初始粘度cp 可操作時間

h 抗壓強度MPa 抗拉強度MPa 拉伸剪切強度MPa 干粘接強度MPa 濕粘接強度MPa 抗滲壓力MPa 滲透壓力比%

1 HK-G-2 5：1 1.07 15 4 85 28 8 6.5 5.5 1.3 350

2 8.5：1 1.07 11 22 70 23 7.5 5.9 4.8 1.3 350

3 PSI-501-2 6：1 1.06 10 23 128 44 9.7 6.3 4.8 1.4 400

4 PSI-530 6：1 1.055 14 4.7 76 28 7 5 4 1.6 /

具體施工程序為：鉆孔→鉆孔沖洗→孔口管安裝→壓漿試驗→灌漿→轉入下一孔鉆灌。

本次化學灌漿試驗未發生混凝土抬動情況，且未補灌。但曾多次發生下列特殊情況。

1）化學漿材灌注時在混凝土細微裂隙處出現冒漿現象。混凝土細微裂隙處出現冒漿現象時，采用嵌縫、表面封堵、低壓、限流、限量、間歇等方法進行處理。若效果不明顯，停止灌漿，待漿液凝固后重新掃孔復灌。

2）發生多次串漿現象，均采用一孔一泵的灌漿方式進行處理。

化學灌漿生產性試驗總共分為4個區，現在就各個區域內相關完成情況列表進行對比，詳見表4.3-5所示。

表4.3-5 綠泥石片巖化學灌漿試驗區分區完成情況對比分析表

序號 項目 試驗區 備注

HⅠ-1 HⅠ-2 HⅡ-1 HⅡ-2

1 對應材料 HK PSI HK PSI

2 完成孔數（個） 34 33 34 33

3 鉆孔（m） 267.85 260.29 268.63 260.19

4 灌漿（m） 205.99 200.37 206.41 200.25

5 注入量（kg） 11709.70 10355.32 10353.21 10135.17

6 平均透水率（Lu） 0.54 0.50 0.52 0.52 灌前

7 平均單耗（kg/m） 56.88 51.69 50.15 50.65 綜合平均51.72kg/m

8 平均歷時（h/孔） 21.13 20.80 18.90 19.80

9 灌前聲波（m/s） 4811 4801 4790 4800 平均值

10 灌后7～14d聲波 （m/s） 4827 4890 4814 4998 平均值

11 灌后3個月聲波（m/s） 4933 4968 5112 5488 平均值

12 灌后7～14d提高率（%） 0.33 1.85 0.50 4.13 綜合提高1.56%

13 灌后3個月提高率（%） 2.54 3.48 6.72 14.33 綜合提高6.59%

14 85%測試值大于等于4500m/s；

小于4250m/s的不超過3%且不集中 滿足 滿足 滿足 滿足

15 灌前變模（GPa） 2.9 3.9 4.2 2.8 平均值

16 灌后7～14d變模（GPa） 3.34/5.17 1.02/2.64 2.49/4.35 4.21/4.93 最小值/平均值

17 灌后3個月變模（GPa） 4.21/7.82 4.08/5.23 4.08/6.00 4.13/4.94 最小值/平均值

18 最小變模不小于4.0GPa；平均值不小于5.0GPa 滿足 滿足 滿足 滿足

19 灌后透水率（Lu） 0.25 0.32 0.24 0.17

20 抬動值（μm） 0 0 0 0

通過試驗成果可以得出以下結論。

1）四個試區（即HK和PSI化學灌漿材料在綠泥石片巖地層）灌后均能滿足設計聲波和變模指標。

2）試驗區Ⅰ、Ⅱ序孔單位注入量分別為72.42kg/m、23.99kg/m，單位注入量隨灌漿次序的增加而降低，符合灌漿普遍規律，也說明高滲透性的環氧樹脂化學漿材讓微細裂隙進一步得到填充。

3）化學灌漿后，引水隧洞綠泥石片巖洞段鉆孔巖心呈短柱狀、柱狀，孔內電視顯示孔壁較平整，未見掉塊或垮塌形成的凹坑或空腔，說明綠泥石片巖被化學灌漿漿液膠結較好。另外，試驗區灌前、灌后平均透水率分別為0.50Lu、0.23Lu，灌后第三方檢查平均透水率為0.14Lu，化學灌漿灌后透水率較灌前降低了50%以上，說明地層的抗滲性能有明顯提高。

4）整個實驗施工正常，各項指標均滿足設計要求，表明本次試驗選用的鉆孔孔徑、鉆孔間排距、灌漿壓力、漿液配合比等鉆灌參數以及施工工藝是合適的。

5）通過本次灌后7～14d和灌后3個月兩個階段的物探測試及HK和PSI兩種材料的室內試驗成果，我們可以得到以下結論：① 化學灌漿材料在引水隧洞綠泥石片巖地層中強度發展緩慢、后期強度高，這與環氧灌漿材料本身的特性相符；② 化學灌漿材料對引水隧洞綠泥石片巖地層細微裂縫填充效果較明顯；③ 由于環氧灌漿材料的高滲透性，再加上壓力灌漿，其對綠片巖的改性有一定的效果；④ 化學灌漿灌后聲波、變模指標能夠滿足設計提出的要求，但至少需待凝1個月；⑤ 由于環氧漿材膠凝時間長，但是采用快固化的配合比對后期強度的影響又較大，故建議今后化學灌漿就采用一種漿材一種配合比即可。

6）本次綠泥石片巖洞段化學灌漿生產性試驗自2012年03月28日正式開工到2012年08月13日邊頂拱部分物探檢測孔封孔完成共歷時139天，其中純鉆灌施工時間自2012年04月04日至2012年05月16日共歷時42天。灌漿效率滿足現場工期要求，但是檢查周期太長，造成后續施工工期壓力較大。

5 檢查指標對比分析

5.1 巖體透水率

綠泥石片巖洞段灌漿試驗區各階段巖體壓水試驗成果對比情況見表5.1-1。

表5.1-1 綠泥石片巖洞段各階段巖體壓水試驗成果對比分析表

階段 項目 試驗段數（段） 透水率分布特征（段） 備注

≤0.5 0.5～1 1～3 3～10

水泥灌前 / / / / / 未壓水

水泥灌后 壓水試驗 20 8 11 1 0

百分比（%） 40 55 5 0

細水泥灌后 壓水試驗 8 5 3 0 0

百分比（%） 62.5 37.5 0 0

化灌灌后 壓水試驗 10 10 0 0 0

百分比（%） 100 0 0 0

對比 水泥灌后/細水泥灌后 百分比（%） +22.5 -17.5 -5 0

水泥灌后/化灌灌后 百分比（%） +60 -55 -5 0

從上表可以看出：水泥灌漿灌后巖體屬于偏微透，透水率q<1Lu的試段有19段，占全試段的95%；細水泥灌后巖體透水率q全部小于1Lu，屬于微透水巖體；化學灌漿灌后巖體透水率全部小于等于0.5Lu，屬于微透水巖體。

因此水泥和細水泥灌漿后巖體基本都屬于微透水帶；化學灌漿后巖體透水率全部改善為微透水，透水率q均小于等于0.5Lu。

另外可以看出細水泥灌漿灌后透水率不能滿足設計暫定的“在1.0MPa的壓水壓力下，85%以上試段透水率小于0.5Lu，其余75%試段的透水率不大于0.75Lu”的合格標準。

5.2 單孔聲波

綠泥石片巖洞段灌漿試驗區各階段單孔聲波成果對比情況見表5.2-1。

表5.2-1 綠泥石片巖洞段各階段單孔聲波成果對比分析表

階段 單元或項目 灌前（m/s） 灌后（m/s） 灌后Vp平均值提高（%）

Vp最

小值 Vp最大值 Vp平均值 Vp最小值 Vp最大值 Vp平均值

水泥灌漿 1+566～1+586（單元1） 2857 5714 3960 3922 6061 4807 21.38

1+586～1+606（單元2） 3509 6061 4414 4255 5714 4851 9.9

細水泥灌漿 1+606～1+626 3846 6061 4766 4348 5714 4968 4.24

化學灌漿 1+586～1+606 灌后7～14d檢查 3636 6061 4796 3774 5882 4871 1.56

1+586～1+606 灌后3個月檢查 3636 6061 4796 4255 6897 5112 6.59

對比 水泥/細水泥 變化m/s 93 0 117

變化率% 2.19 0 2.41

水泥/化灌 變化m/s 619 836 316

變化率% 17.02 13.79 6.59

綠泥石片巖洞段灌漿試驗區各階段單孔聲波波速分布情況詳見表5.2-2。

表5.2-2 綠泥石片巖洞段各階段單孔聲波分布情況表

階段 灌后平均VP（m/s） 備注

平均值 波速分布（%）

<3825 <4250 3825～4500 4250～4500 ≥4500

水泥灌漿 4807 2.0 / 11.5 / 86.5 單元1

4851 0 / 5.3 / 94.7 單元2

細水泥灌漿 4968 0 / 0.8 / 99.2

化學灌漿 5112 / 0 / 1.6 98.4

備注：表中水泥灌漿和細水泥灌漿灌后各檢查成果均滿足設計提出的“85%測試值不小于4500m/s，小于3825m/s的測試值不超過3%，且分布不集中”的聲波合格標準；化學灌漿灌后檢查成果滿足設計提出的“85%測試值不小于4500m/s，小于4250m/s的測試值不超過3%，且分布不集中”的聲波合格標準。

通過以上兩個表格數據可以看出：

1）通過水泥灌漿單元1和單元2的數據可知，灌后聲波平均值較灌前提升了21.38%和9.9%。說明水泥灌漿對綠泥石片巖的完整性有一定改善。

2）水泥灌漿完成后進行細水泥灌漿，灌后聲波平均值較灌前提升了4.24%。若結合相同洞段水泥灌漿完成后的聲波檢查成果來看的話，灌后聲波平均值較灌前僅提升了2.41%。因此，細水泥灌漿在水泥灌漿的基礎上對增強綠泥石片巖完整性有一定效果。

3）水泥灌漿完成后進行化學灌漿，灌后7～14天聲波平均值較灌前僅提升1.56%，灌后3個月聲波平均值較灌前提升了6.59%，且聲波最小值提升了17.02%。說明化學灌漿能夠在水泥灌漿的基礎上進一步改善綠泥石片巖的完整性，改善效果較明顯，但是所需時間較長。

4）在水泥灌漿基礎上分別進行的細水泥灌漿和化學灌漿灌后聲波測試均能滿足設計要求。

5.3 鉆孔變模

綠泥石片巖洞段灌漿試驗區各階段灌后鉆孔變模成果對比情況見表5.3-1。

表5.3-1 綠泥石片巖洞段各階段灌后鉆孔變模成果對比分析表

階段及對比 灌后鉆孔變模（GPa） 備注

最小值 最大值 平均值

水泥灌漿 1.4 7.85 3.71

細水泥灌漿 4.07 14.58 6.02

化學灌漿 1.02 7.56 4.45 灌后7～14d檢查

4.08 11.39 6 灌后3個月檢查

水泥/細水泥對比 變化 2.67 6.73 2.31

變化率% 190.7 85.7 62.3

水泥/化灌

對比 變化 -0.38 -0.29 0.74 化灌灌后7～14d

變化率% -27.1 -3.7 20.0

變化 2.68 3.54 2.29 化灌灌后3個月

變化率% 191.4 45.1 61.7

通過上表可以看出：

1）水泥灌漿灌后變形模量最小值僅為1.4GPa，平均值低于4GPa，測值全距較大。

2）細水泥灌漿灌前變形模量值范圍為4.07～14.58GPa，平均值為6.02GPa，符合巖體鉆孔變形模量測試合格標準（灌后鉆孔變形模量檢查最小測試值不小于4.0GPa）。

3）化學灌漿灌后變形模量值范圍為4.08～11.39Gpa，平均值為6.0Gpa，符合巖體鉆孔變形模量測試合格標準（化灌灌后鉆孔變形模量檢查最小測測試值不小于4.0GPa，測試平均值不小于5.0GPa）。總體上，化學灌漿灌后變形模量值相對于灌前上升明顯（平均上升61.7%），灌漿效果較好。另外，化學灌漿灌后7～14d測試值明顯低于灌后3個月測試值，這與化學灌漿材料在地層中強度發展緩慢有關。

6 灌漿效果評價

通過對上文系統對比和分析，可以對綠泥石片巖洞段各階段灌漿試驗得出以下評價結論。

1）綠泥石片巖洞段水泥灌漿、細水泥灌漿和化學灌漿試驗整體單耗情況呈奇數孔>偶數孔、Ⅰ序環>Ⅱ序環的分布形態，灌漿成果總體符合一般規律。

2）綠泥石片巖在進行了“水泥灌漿→細水泥灌漿”或“水泥灌漿→化學灌漿”后，平均透水率逐漸降低，q<1Lu（或0.5Lu）試段的比例逐漸增加；單孔聲波平均值逐漸升高，小于4500m/s波速的比例逐漸降低至2%以下；鉆孔變模平均值從水泥灌漿后的3.71GPa發展至6GPa以上，且最小值從1.4GPa發展至4GPa以上。表明水泥灌漿后進行細水泥灌漿或化學灌漿能夠對綠泥石片巖滲透性、完整性進一步加強。

3）除了水泥灌漿后鉆孔變模測試結果不滿足設計暫定標準、細水泥灌后透水率值不滿足設計暫定標準外，其余各個階段試驗灌后各項指標均能滿足設計標準。通過綜合評價各個階段灌漿試驗均能達到合格標準。

因此通過以上分析，綠泥石片巖洞段在經過水泥灌漿后，還十分有必要進行后續的細水泥灌漿或化學灌漿，以進一步加強綠泥石片巖洞段的地層抗滲性和完整性。

7 結束語

從工程實際出發，最終1#引水隧洞綠泥石片巖后續洞段采取了水泥-細水泥復合灌漿的方式進行施工，主要考慮了以下幾個方面因素。

1）施工工期要求。采用水泥-細水泥復合灌漿施工的施工周期能較水泥-化學復合灌漿縮短約3個月。

2）施工質量因素。從施工結果來看，采用水泥-細水泥復合灌漿亦能達到較理想的灌漿效果。

3）施工成本因素。單位重量的化學灌漿的單價較細水泥灌漿單價高出數倍。

且經過水泥-細水泥復合灌漿施工后，全部單元一次性檢查合格。

錦屏二級水電站1#引水隧洞已于2012年9月開始進行充排水試驗，放空后檢查該洞段無質量隱患。1#引水隧洞對應機組也已于同年12月28日發電運行，運行情況良好，至今已經運行了近2年。說明采用水泥-細水泥復合灌漿或水泥-化學復合灌漿來加固引水隧洞綠泥石片巖洞段，其設計、施工技術和施工工藝是成功的。

另外，本工程施工過程中未實施“水泥-細水泥-化學灌漿”分步結合方案，與方案主要為隧洞固結灌漿類型不無關系。但是在其他類似壩基軟弱帶，既有防滲要求又有結構受力要求的時候，可采用綜合灌漿法進行處理。

因此，結合上文敘述，筆者希望能夠為后續工程提一些參考。

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