水工隧洞回填灌漿的設計與施工工藝探討

張照舉，李念軍

（清遠蓄能發電有限公司，廣東 清遠 511853）

1 引言

20世紀初的水工隧洞多采用混凝土預制件結合回填灌漿的方法建造混凝土襯砌，其施工方法類似現在盾構隧道的預制管片加豆礫石灌漿襯砌工藝。回填灌漿對襯砌的結構安全起著決定性的作用。到20世紀80年代，混凝土施工設備及工藝有了較大的發展，水工隧洞的襯砌多采用現澆混凝土建造（盾構隧道除外）。由于混凝土澆筑的施工缺陷或技術能力的限制，造成混凝土襯砌與圍巖之間存在一定的空隙和空洞等。采用回填灌漿的方法將這些遺留的空隙和空洞充填密實，從而使圍巖與襯砌混凝土緊密結合成為一體。因此，隧洞回填灌漿的目的就是彌補混凝土澆注的缺陷，屬于混凝土襯砌的施工工序系列。目前國內混凝土施工技術已經日臻成熟，現澆混凝土的缺陷已經微乎其微，作為對彌補混凝土施工缺陷的回填灌漿的作用也逐步減弱。

2 .現行回填灌漿設計與施工工藝

2.1 回填灌漿設計

隧洞回填灌漿應在襯砌混凝土達70%設計強度后進行，灌漿孔主要應布置在頂拱中心角90～120°范圍之內，每排孔數依隧洞直徑達小而定，直徑小于5m時可為1～3個孔，直徑大于5m時可為3～5個孔，排距2～6m。灌漿壓力應視混凝土襯砌厚度和配筋情況而定，對于素混凝土襯砌可采用0.2～0.3MPa；鋼筋混凝土襯砌可采用0.3～0.5MPa。Ⅱ序孔的灌漿壓力可為Ⅰ序孔的1.5～2倍。回填灌漿按排間分序的原則進行，一般分為兩個次序，包含灌漿孔數量較多的排為Ⅰ序排。兩序孔中都應包括頂孔。

2.2 回填灌漿施工

（1）灌漿區段劃分

回填灌漿應分區段進行，區段長度一般不大于三個襯砌段（50m左右）。區段的端頭在混凝土施工時封堵嚴實。

（2）灌漿孔施工

回填灌漿孔施工可采用機械直接鉆進成孔和從預埋管中鉆進成孔兩種方式。一般在素混凝土襯砌中宜采用機械造孔，對于鋼筋混凝土襯砌可采用從預埋管中鉆進成孔的方法。鉆孔孔徑不宜小于38mm，孔深宜深入圍巖5～10cm。鉆孔完畢后，應記錄混凝土厚度和混凝土與圍巖之間的空隙尺寸。

遇有圍巖塌陷、溶洞、超挖較大等回填空腔很大特殊情況時，應在該部位埋設灌漿管。灌漿管數量不應少于2個，其出口應在空腔最高處，以利于進漿和排水、排氣。

（3）灌漿方法

回填灌漿采用“趕灌法”，即先鉆出第Ⅰ次序全部鉆孔（脫空較大時也可只鉆出部分鉆孔），自灌漿區段較低的一端向較高的一端推進，低處孔灌漿時，高處孔用于排氣、排水，當高處孔排出濃漿（接近或等于進漿水灰比）后，可將低處孔堵塞，改從高處孔灌漿，以此類推，直至該區段灌漿結束。第Ⅰ次序孔灌漿結束后，按同樣的方法進行第Ⅱ次序灌漿孔的鉆孔灌漿施工。

回填灌漿多采用純水泥漿液，水泥的強度等級不低于32.5。漿液水灰比一般為0.6：1或0.5：1。

（4）灌漿結束條件

在設計壓力下灌漿孔停止吸漿后，延續灌注10min，即可結束灌漿。

（5）灌漿質量檢查

回填灌漿質量檢查，可采用檢查孔注漿試驗或取芯檢查的方法，相應的檢查時間是在該部位灌漿結束7d和28d以后。檢查孔應布置在頂拱中心線上脫空較大和灌漿異常的部位，孔深應深入圍巖10 cm。壓力隧洞宜每10～15m布置1個或1對檢查孔，無壓隧洞的檢查孔可適當減少。

現行規范（DL/T5148-2001）推薦的回填灌漿工程質量檢查方法及合格標準：

①單孔注漿試驗：向檢查孔內注入水灰比為2：1的水泥漿液，壓力與灌漿壓力相同，初始10min內注入漿量不大于10L為合格。

②雙孔聯通試驗：在指定部位布置2個間距為2～3m的檢查孔，向其中一孔注入水灰比為2：1的水泥漿液，壓力與灌漿壓力相同，若另一孔出漿流量小于1L／min為合格。

③檢查孔及芯樣檢查：探測鉆孔及觀察巖芯，漿液結石充填飽滿密實滿足設計要求為合格。

根據工程條件可選用上述一種或兩種檢查方法。

3 現行回填灌漿施工工藝中存在的問題

3.1 灌漿孔序與鉆孔數量

目前隧洞混凝土襯砌基本都是用泵送混凝土，比常規混凝土的塌落度大，流動性好。在重力作用下，隧洞頂拱最高處形成的殘留空隙是一個連續的整體。由于所有Ⅰ序孔揭露的都是同一個貫通良好的寬大受灌空隙，各孔相互串通良好，因此，在對Ⅰ序孔進行灌漿時勢必出現多孔串漿、漏漿現象。致使多數孔根本沒有起到灌漿孔的作用就被封堵了，不僅造成浪費，也給灌漿施工造成很多麻煩。

經過Ⅰ序孔的灌注，原受灌空隙絕大部分被水泥結石充填后，可能會形成多個連通性不好或獨立的更小的空隙，對這些空隙的灌漿處理要靠Ⅱ序孔完成。由于這些空隙面積小，且串通性不好，因此需要較多的鉆孔才能揭露出這些空隙，然后實施灌漿。

通過上述分析，顯而易見，設置適量的Ⅰ序孔，相對設置較多的Ⅱ序孔才符合回填灌漿的實際，更有利于保證回填灌漿質量且方便施工。

很多工程實踐證明，對于泵送混凝土現澆襯砌，每排只需在正頂拱布置一個回填灌漿孔，足以達到設計目的。Ⅰ序孔施工完畢，Ⅱ序孔基本不再進漿，或進漿很少，也就是說Ⅰ序孔施工完畢（弄虛作假除外）即可達到設計要求。因此，設計與施工工藝仍有較大的優化空間。

實施回填灌漿的部位一般都要做后續的固結灌漿，固結灌漿的布孔數量和密度遠遠超過回填灌漿孔，即使回填灌漿稍有缺陷，后續的固結灌漿也足以彌補。因此本人認為回填灌漿沒必要分兩序施工。

3.2 灌漿質量檢查方法

規范推薦新的灌漿質量檢查方法，應該是通過多次工程實踐證明切實可行，而且檢查結果和可操作性均應優于傳統的方法。現行灌漿規范推薦的雙孔聯通試驗檢查法讓人費解。其一、該方法僅在個別工程的某些部位使用過，規范中對其效果優于單孔注漿檢查效果的說法缺乏充分的實踐證明；其二、該方法只考慮出漿流量，沒考慮進漿流量，很可能出現進漿流量每分鐘幾升甚至幾十升，而出漿流量小于1L／min，其檢查結果與傳統的單孔注漿試驗檢查結果相互矛盾。

本人認為，回填灌漿檢查孔一般都很淺，完全可以通過鉆孔用肉眼觀察漿液對受灌空隙的充填情況，再結合單孔注漿試驗即可判斷灌漿質量是否滿足要求，即簡單又直觀。

4 結語

水工隧洞現澆混凝土襯砌的回填灌漿是一種工藝簡單的灌漿類型，灌漿的目的也很容易達到。隨著混凝土工藝的改進，回填灌漿的作用也日漸消弱，回填灌漿設計及施工工藝也應隨之改進，以避免不必要的浪費。