HSC特種注漿材料在富水洞段止水灌漿中的應用

孔祥政

(遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽110167)

1 概 述

遼東某大型輸水工程采用TBM(全斷面巖石隧道掘進機)法開挖，洞線穿越查梁子河谷段長約1 100 m。查梁子河谷常年有水流通過且隧洞埋深較淺，僅約50 ～60 m，該洞段地質條件較差，圍巖為凝灰質砂巖或凝灰質粉砂巖，水利工程分類為IV 類和V 類。

巖石整體性差，節理較密集，風化裂隙及構造裂隙發育，裂隙常呈微張狀，個別為張開狀態，少數含泥質夾層，地表水與地下水之間存在一定的水力聯系。

查梁子河谷段隧洞在TBM 開挖施工過程中存在一定程度的片幫、掉塊和坍塌情況，在洞室開挖后，地表河水隨裂隙進入地下洞室。

因此TBM 在河谷段掘進后，地下水較發育，呈大面積淋水、線流狀，局部有涌水出現，并帶有一定水壓，單點出水量高達約40 L/min。

為了改善洞內的施工條件，并保證二次襯砌混凝土的施工質量，阻斷隧洞運行期的內外水力聯系，保證隧洞的運行安全和沿線的生態環境安全，有必要在二次襯砌前采取適當方法進行止水灌漿。

2 灌漿材料的選擇

灌漿材料的選擇根據以下原則:

1)查梁子河谷段地質條件差，巖石非常破碎，TBM 開挖時圍巖坍塌比較嚴重，同時又與地面有一定的水力聯系，呈大面積淋水、線流狀，局部有涌水出現，并帶有一定水壓，不利于灌漿作業。

2)采用普通水泥漿液止水灌漿雖然材料經濟，但材料浪費多、固結慢因而工作時間長、止水效果也不理想。

3)化學灌漿可深入到細小的巖石裂隙中，結石強度高，固結時間可調，但材料造價太高，不經濟，部分化灌材料還可能對環境和操作人員造成危害。

4)HSC 漿液在流動度、結石率上均優于普通水泥漿液，同時HSC 漿液又具有高強、早強、抗分散、高可注性等優點，適合查梁子河谷這種地下滲漏水較發育的地質情況的阻水灌漿。

綜上所述，采用HSC 特種注漿材料進行阻水灌漿既可取得滿意的注漿效果又能節省工程費用。

3 灌漿方法

3.1 原材料選擇

注漿材料選用河北某公司生產的HSC 特種注漿材料:

1)HSC 特種注漿材料是在特制的硫鋁酸鹽水泥中添加專用外加劑，再經過粉磨和混拌工藝加工制成。

2)HSC 特種注漿材料屬超細水泥灌漿材料、其可灌注性好、凝結時間可根據施工要求調整、結石強度高、注漿時對巖層擾動小。

3)HSC 特種注漿材料可注入較微小的巖石縫隙，承壓水不會推移圍巖中已注入的漿液，特別適用于含水粉細砂、含淤泥質、地應力較高的軟弱破碎圍巖等難注入漿液的地層的注漿加固［1］。

4)HSC 特種注漿材料的技術指標為:粒徑:6 －8um;結石率:98 ～100%;流動度:400 m。

漿液拌制用水可使用符合JGJ63—89 第3.0.4條規定的清水，水溫≤40℃。

3.2 灌漿設備選擇

根據本工程的灌漿強度要求和地下水壓情況選用SGD6—10、100/100 型灌漿泵，其注漿壓力和排漿量可根據施工需要而調整。制漿使用ZJY400 型高速制漿機(攪拌轉速為1 000 r/min)，配套選用J600型儲漿攪拌機，使用GJY 型記錄儀進行灌漿記錄。選用能承受1.5 倍最大灌漿壓力的高壓膠管輸送漿液，灌漿泵出口和灌漿孔口處安裝隔膜壓力表，用于觀察灌漿壓力。使用3 m3/min 電動空壓機驅動YT－28 型鑿巖機鉆灌漿孔。

3.3 注漿孔布置

根據查梁子已揭露洞室滲漏水情況，地下水發育、滲漏水嚴重部位主要呈現為3 種情況:

1)大的基巖裂隙出水;

2)節理密集帶大面積淋水、線流;

3)單點涌水。

針對洞室圍巖的這3 種出水情況，注漿孔布置方案如下:

3.3.1 基巖裂隙出水

對于巖石完整，單純基巖裂隙出水情況，沿裂隙兩側布置灌漿孔，采用騎縫或斜孔穿縫布置，灌漿孔與基巖裂隙相交，并在裂隙部位鉆設2 ～3個導水孔，集中引排水、卸壓。注漿孔間距1.5 ～2.0m，孔深3.5 ～5.0m，鉆孔直徑φ42 mm。導水孔沿裂隙出水點布置，導水孔深3.5 m，孔徑φ42 mm，安裝導水管集中引水。

3.3.2 節理密集帶大面積淋水、線流出水

對于節理密集帶淋水、線流出水情況，沿節理、裂隙密集帶梅花形布孔，采用騎縫布置，并用膠泥封閉大的出水裂隙，布孔排距1.5 ～2.0m，孔深3.5 ～5.0m，鉆孔直徑φ42 mm。導水孔在節理裂隙出水點布置，導水孔深3.5 m，孔徑φ42 mm，安裝導水管集中引水。

3.3.3 單點涌水布孔

對于單點涌水情況，沿涌水點周圍梅花形布置注漿孔，布孔間距1.5 ～2.0m，孔深5.0m，孔徑φ 42 mm，在出水點安裝導水管排水。

3.4 鉆孔、清洗

灌漿孔的鉆孔利用自制灌漿平臺和人工操作YT28 鉆機進行鉆孔，孔徑為φ42，孔深為3.5 ～5.0m，孔間排距為1.5 ～2m。鉆孔結束后立即使用水壓為灌漿壓力80%的清水對鉆孔進行壓力沖洗，洗出鉆孔內的巖粉和雜質，回水清潔時結束。清洗用水的壓力一般不＞1.0MPa。鉆孔時存在坍塌現象或出水量較大并帶有一定水壓的鉆孔應通過現場試驗確定是否需要沖洗以及采用何種沖洗方法。

3.5 裂隙封堵

為減少漏漿、節約成本、保證止水灌漿的施工效果，對于構造裂隙發育，裂隙常呈微張狀、張開狀態的出水部位，在灌漿前使用清水和壓縮空氣把裂隙沖洗干凈，然后采用水玻璃水泥或堵漏劑進行封堵。

3.6 止漿塞制作和安裝

止漿塞采用螺桿壓縮式膠球灌漿塞，膠球塞的膨脹部分由實體天然橡膠材料構成，通過設置在孔口的螺桿裝置對膠球施加壓力，迫使膠球止漿。

鉆孔、沖孔結束，將注漿管與螺桿壓縮式膠球灌漿塞連接插入灌漿孔內，止漿塞達到設計位置，旋緊螺桿使膠塞膨脹，與注漿孔孔壁擠壓緊實，防止漏漿。

3.7 灌漿

用止漿塞封閉孔口后采用全孔一次純壓式HSC單液灌注，一般情況下注漿壓力應高于圍巖出水壓力0.5MPa且≤4 MPa。注漿時應使注漿壓力盡快達到設計壓力，并注意觀察漿液的凝結時間，灌漿時間一般應控制在45min 以內，以防止漿液凝固而堵塞泵管。

止水灌漿順序應先遠后近，先灌注無水的孔，后灌注有水的孔，最后灌注導水孔。水平縫應由一端向另一端逐孔灌入，豎直縫應由下往上逐孔灌入，節理密集帶由外向內，自下而上灌入。

3.8 灌漿結束標準

當灌漿壓力上升到了4.0MPa，灌漿段的吸漿量仍然較大，但≤10 L/min時，可再繼續灌漿15 min后結束灌漿工作;最后進行導水孔封孔灌漿，灌漿壓力達到0.5 MPa，灌漿段的吸漿量≤10L/min 時，可再持續灌注10min 后結束灌漿工作［2］。

4 灌漿施工質量控制措施

灌漿施工質量控制包含施工為檢測、跟蹤檢測、記錄制度、質量檢測4個方面的內容:

4.1 施工前檢測

施工前對注漿進行檢測，提前選配好漿液配合比。灌漿材料要滿足灌漿質量要求，漿液材料必須具有出廠合格證和檢驗報告單。灌漿用HSC 注漿材料要求新鮮，受潮結塊的不準使用;出廠時間超過3個月的HSC 注漿材料經檢驗合格后方可使用。

4.2 跟蹤檢測

施工中安排試驗人員跟班作業，及時取樣，跟蹤檢測，對灌漿工藝實行全過程跟蹤檢測。保證施工質量檢驗頻率。

4.3 記錄制度

實行施工工序驗收三檢制，所有檢測項目均按監理工程師要求進行記錄(如實填寫監理公司下發的灌漿記錄表，請現場監理工程師確認)，保證記錄完整，匯總形成報告，并及時上報，采用灌漿記錄儀自動記錄漿液的消耗量。

4.4 質量控制

加強施工現場控制，安排專職質檢人員對注漿施工質量進行控制，認真執行現場施工技術規程，精心組織施工，對違章施工者嚴格按照施工質量獎罰條例對責任者進行處罰。

5 結 語

在有水壓的富水洞段阻水灌漿施工中，采用HSC 特種注漿材料是適用的，可以節省工期、降低造價，同時取得較滿意的阻水效果，對類似工程施工有一定的借鑒價值。

［1］徐利芬，冀紅偉. 淺談采用HSC 新型灌漿材料進行隧洞阻水灌漿的方法［J］. 水電站設計，2009(04):74 －75，106.

［2］路廣平，趙麗麗，韓靚靚. 固結灌漿技術在大伙房輸水工程六河不良地質段的應用［J］. 水利建設與管理，2009(11):67 －69.