一種灌漿鉆孔導向定位裝置在混凝土襯砌中的應(yīng)用

欽 傳 濤， 張 輝

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

向家壩水電站南總干渠首部取水隧洞工程全長4.8 km，隧洞混凝土襯砌為圓形斷面，襯砌后的直徑為6 m，采用全圓針梁臺車進行混凝土襯砌施工。灌漿工程在混凝土襯砌施工完成后統(tǒng)一進行，南總干渠的圍巖大部分為Ⅳ～Ⅴ類，少量為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，多為新鮮、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部為互層狀。粉砂質(zhì)泥巖巖性軟弱，強度低，以中厚～薄層狀為主。主洞控制段灌漿工程的施工項目有：回填灌漿、固結(jié)灌漿。回填灌漿壓力為0.3 MPa，固結(jié)灌漿壓力為0.8 MPa(漸變段固結(jié)灌漿壓力為1 MPa)，固結(jié)灌漿宜在該部位的回填灌漿結(jié)束7 d后進行。

南總干渠首部取水隧洞主洞控制段灌漿工程施工項目有：回填灌漿、固結(jié)灌漿，回填灌漿工程量為32 646 m2，固結(jié)灌漿段工程量為34 576.55 m。回填灌漿分布在頂部120°范圍(布置3～5個孔)，固結(jié)灌漿每斷面布置12個孔，相鄰夾角為30°，同一斷面上固結(jié)灌漿孔兼回填灌漿孔使用。在襯砌混凝土施工完成后，待混凝土齡期達到要求后進行隧洞灌漿施工，灌漿施工時先回填后固結(jié)，回填灌漿入巖10 cm，固結(jié)灌漿入巖400 cm。灌漿孔位布置情況見圖1。

回填灌漿孔排距為3 m，分布在頂拱120°范圍內(nèi)，根據(jù)不同圍巖類別，每斷面布置3～5個孔；固結(jié)灌漿孔排距為3 m，為全斷面分布，相鄰孔位夾角為30°，每斷面共計布置12個孔。據(jù)統(tǒng)計，主洞控制段回填、固結(jié)灌漿孔共計12 261個，在混凝土襯砌施工完成后、灌漿工程施工時，需對12 261個孔進行鉆孔灌漿。灌漿工程施工所面臨的技術(shù)重、難點問題為：

圖1 回填、固結(jié)灌漿孔位布置圖

(1)灌漿工程鉆孔時，如何避開一期支護中的鋼拱架、錨桿及混凝土襯砌鋼筋；

(2)根據(jù)設(shè)計圖紙要求，灌漿工程孔位應(yīng)與巖面垂直(呈90°夾角)。因此，如何保證鉆孔角度成為難點；

(3)為了保障灌漿工程的施工進度，如何保證鉆孔作業(yè)的一次成孔率成為重點；

(4)因灌漿工程施工時混凝土襯砌已全部施工完成，因此，如何減少對混凝土襯砌表面的破壞、降低質(zhì)量缺陷及后期修補成本需要重點關(guān)注。

2 灌漿鉆孔導向定位裝置的準備工作

針對以上重、難點問題，項目部采取了重點對導向定位裝置的關(guān)注。布置導向定位裝置的目的是在保證工程質(zhì)量的前提下提高灌漿工程鉆孔的一次成孔率，減少對混凝土襯砌表面的破壞，降低后期缺陷的修補費用，保障灌漿工程的施工進度，節(jié)約施工成本。

為解決以上問題，所采取的解決辦法是：在混凝土襯砌施工前，通過對針梁臺車進行改造，預先按照設(shè)計圖紙中灌漿孔的位置及參數(shù)對針梁臺車進行開孔，并在孔口位置設(shè)置封孔的固定裝置；通過與設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理單位進行溝通及市場調(diào)查，合理選取預埋灌漿套管材料的規(guī)格、型號；在混凝土襯砌澆筑前、臺車就位后提前在針梁臺車模板上對灌漿套管進行預埋、加固及封孔。

其內(nèi)容主要包括以下幾點：

2.1 臺車改造(孔位布置)

南總干渠首部取水隧洞工程采用12 m段全圓式針梁臺車進行混凝土襯砌施工。在混凝土開始施工前，根據(jù)灌漿圖紙中的相關(guān)參數(shù)對針梁臺車進行開孔處理，每斷面共計12個孔，相鄰夾角為30°，襯砌混凝土每單元長度為12 m，灌漿預埋管排距為3 m，每單元共計48個孔。

取水隧洞工程混凝土襯砌施工采用φ3 m+6.02 m全圓針梁臺車，單塊模板長度為1.5 m。在針梁臺車上開孔時，開孔位置于奇數(shù)塊模板中心位置，單排共計12個孔，間距為1.576 m，排距為3 m。

2.2 套管材料的選備

取水隧洞工程在開挖階段存在多處、多點滲水情況。為保證在混凝土襯砌工程施工完成后、啟動灌漿工程前，防止預埋灌漿套管出現(xiàn)銹蝕、破損等現(xiàn)象，在灌漿預埋套管的選材上，經(jīng)項目部與業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計共同討論、研究及市場調(diào)查、詢問后，最終確定預埋灌漿套管選用φ60×3.5 mm鍍鋅管(內(nèi)徑為53 mm，壁厚為3.5 mm)。鍍鋅管與傳統(tǒng)鋼管相比具有以下優(yōu)勢：

(1)不易生銹，抗銹蝕能力強；

(2)價格低、質(zhì)量輕、使用壽命長；

(3)抗腐蝕能力強；

(4)操作簡單、使用方便。

2.3 孔位結(jié)構(gòu)、尺寸及開孔

開孔前，在針梁臺車模板上將灌漿孔位置及尺寸(開孔直徑為60 mm的圓形孔)用紅油漆標注，標注完成后，用鋼卷尺對灌漿孔位的間排距及開孔直徑進行檢查；若檢查其參數(shù)滿足規(guī)定值要求，則截取一根灌漿套管(長度為45 cm)，采用所截取的單根鍍鋅管對新開孔位逐一進行核對，以保證灌漿套管能夠穿過新開孔位；若測量值不符合要求時應(yīng)及時進行處理，直至滿足規(guī)定要求。

臺車開孔完成后，在距孔口左右兩側(cè)4 cm(縱向)處焊接六角螺栓，螺栓規(guī)格為M16×50 mm，螺栓焊接完成后，對焊接部位距孔口的位置進行測量并記錄參數(shù)，根據(jù)六角螺栓與孔口之間的數(shù)值，在封孔板上對照相應(yīng)的參數(shù)進行開孔，封孔板選用Q235R，厚10 mm鋼板，鋼板加工后其結(jié)構(gòu)尺寸為140 mm×60 mm×10 mm，開孔部位孔徑為18 mm，開孔位置在鋼板中心處。封孔板結(jié)構(gòu)尺寸見圖3。開孔完成后，將鋼板開孔位置套入六角螺栓的螺桿上進行檢測，以保證封孔板上的開孔能夠穿過六角螺栓的螺桿。螺栓結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 六角螺栓結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

圖3 封孔板結(jié)構(gòu)尺寸圖

3 施工工藝

施工準備→預埋套管制作→臺車就位→預埋套管安裝、固定→封孔保護。

3.1 施工準備

在針梁臺車上的新開孔位前，對進場隊伍進行安全、技術(shù)、質(zhì)量交底及崗前培訓，重點對針梁臺車新開孔的技術(shù)參數(shù)及部位進行詳細的技術(shù)交底，以保證在臺車上實施開孔前能夠指導現(xiàn)場人員施工。

3.2 預埋灌漿套管的制作

預埋灌漿套管材料選用規(guī)格型號為φ60×3.5 mm的鍍鋅管。針梁臺車就位前，根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場實際情況制作預埋灌漿套管。南總干渠混凝土襯砌厚度以40 cm(C型斷面)占多數(shù)，D型斷面襯砌厚度為50 cm、E型斷面襯砌厚度為60 cm、漸變段襯砌厚度為60～100 cm，入噴混凝土3 cm，套管外漏2 cm，即預埋灌漿套管單根長度為45 cm(根據(jù)不同斷面類型參數(shù)制作與其相對應(yīng)長度的灌漿套管，以滿足現(xiàn)場施工要求)。

3.3 預埋灌漿管的安裝與加固

在混凝土襯砌鋼筋制安前，首先對鋼筋制安及預埋套管位置進行精確的測量放樣，將預埋管位置用紅油漆標識，在混凝土襯砌鋼筋制安時避開灌漿管位置且分布筋位于預埋灌漿管下2 cm。預埋管位置測量放樣定位后，采用電鎬在噴混凝土上將預埋管位置鑿入3 cm，孔徑為75 mm，以保證臺車就位后灌漿管能夠入噴混凝土面、起支點作用。

針梁臺車就位后、灌漿套管安裝時，應(yīng)垂直于臺車模板，一端延伸至預先已鑿開的噴混凝土面內(nèi)，針梁臺車模板處外漏2 cm左右，外漏部位采用預先已焊接完成的六角螺栓套加封孔板后外加套絲螺母進行固定。安裝完成后，在澆筑混凝土過程中應(yīng)安排專人進行檢查，防止其松動，發(fā)現(xiàn)預埋套管松動時應(yīng)及時處理，預埋灌漿套管安裝、加固情況見圖4。

3.4 封孔保護

圖4 預埋灌漿套管安裝、加固示意圖

(1)有預埋灌漿孔部位。

預埋灌漿套管安裝完成后，在新開孔位口模板上采用焊接六角螺栓套加封孔板后外加套絲螺母的方式進行封孔、固定，六角螺栓螺桿直徑為16 mm、長度為50 mm。螺帽直徑為23 mm、厚度為12 mm。在混凝土襯砌澆筑及混凝土振搗時，安排專人對預埋的灌漿套管“勤檢查、多敲打、及時處理”，以保證所插入的灌漿管不會因混凝土下料及振搗而發(fā)生擾動。

(2)無預埋灌漿孔部位。

根據(jù)設(shè)計單位下發(fā)的灌漿圖紙要求，南總干渠首部取水隧洞工程固結(jié)灌漿并非全洞段連續(xù)施工，但針梁臺車上的固結(jié)灌漿孔位已全部進行了開孔作業(yè)，在無灌漿施工部位封孔時，采用預先制作的封孔塞與焊接六角螺栓套加封孔板后外加套絲螺母的方式進行封孔、固定，封孔塞底部塞帽直徑為75 mm、厚度為5 mm；塞身厚度為10 mm，直徑為55 mm。無灌漿部位封孔斷面情況見圖5，封孔加固情況見圖6，孔塞結(jié)構(gòu)尺寸見圖7。封孔塞的作用是防止在混凝土襯砌澆筑過程中混凝土漿液從臺車預埋灌漿管部位流出而影響混凝土施工質(zhì)量，現(xiàn)場實際封孔效果見圖8。

3.5 注意事項

為保證后期灌漿工程中鉆孔順暢，在預埋灌漿套管時應(yīng)注意以下事項：

圖5 無灌漿部位封孔斷面圖

圖6 封孔加固(詳圖B)示意圖

圖7 無灌漿部位封孔塞結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

圖8 無灌漿部位封孔效果圖

(1)混凝土襯砌施工時，所預埋的φ60鍍鋅管應(yīng)避開一期支護的鋼拱架、錨桿以及用于混凝土襯砌施工前安置的鋼筋；

(2)若與一期開挖支護階段安裝的鋼拱架位置發(fā)生沖突時，調(diào)整φ60鍍鋅管位置，其偏差應(yīng)小于5 cm并在孔口固定，澆筑過程中應(yīng)重點對該部位進行檢查、處理，防止在混凝土襯砌澆筑、振搗時預埋灌漿管位置發(fā)生位移；

(3)預埋灌漿管應(yīng)與混凝土面垂直(呈90°夾角)；

(4)混凝土襯砌澆筑完成后，拆模時應(yīng)及時對預埋的φ60鍍鋅管實施保護和管口修補。

4 技術(shù)先進性分析與結(jié)論

該預埋灌漿套管裝置在實際運用過程中較傳統(tǒng)方式優(yōu)勢明顯(表1)。

通過在混凝土襯砌施工過程中采用預埋灌漿鉆孔導向及定位裝置，筆者得出以下結(jié)論：

(1)在混凝土襯砌施工階段預埋灌漿套管，簡單、有效地避開了開挖支護階段安置的鋼拱架、錨桿以及用于混凝土襯砌施工前安置的鋼筋，為后期灌漿工程的順利推進奠定了堅實的基礎(chǔ)；

(2)通過預埋灌漿鉆孔導向、定位裝置，保證了后期灌漿鉆孔的角度，大幅度提高了灌漿鉆孔的一次成孔率，保障了施工進度；

(3)預埋灌漿導向、定位裝置后，在灌漿工程施工時大幅度降低了混凝土襯砌表面的破壞程度，提高了混凝土襯砌外觀質(zhì)量的得分率，同時亦節(jié)約了缺陷修補產(chǎn)生的費用；

(4)通過對灌漿導向定位裝置的研究及應(yīng)用，保證了施工進度，提高了工程質(zhì)量，得到了業(yè)主、監(jiān)理的一致好評。業(yè)主邀請北總干渠葛洲壩施工局到我單位承建的南總干渠施工現(xiàn)場參觀、學習、借鑒經(jīng)驗，為北總干渠即將施工的混凝土襯砌工程方案編制和臺車選擇及改造提供了便利；同時也提高了中國水電五局在中國長江三峽集團公司的影響力，為單位樹立了企業(yè)品牌形象，獲得了良好的口碑。

5 結(jié) 語

針梁臺車開孔成型后，針對不同的圍巖類別均可使用，預埋灌漿套管防腐防銹能力強、價格低、使用壽命長，只需在臺車就位后由人工進行安置、固定即可，其操作簡單、安裝方便，有效地解決了后期灌漿施工時鉆孔的角度問題、無法避開用于一期支護的鋼拱架及襯砌安置的鋼筋、破壞混凝土表面而產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷等一系列問題，加快了后期灌漿施工的進度，降低了缺陷修補費用，保證了灌漿工程施工的質(zhì)量。

表1 傳統(tǒng)方法與預埋灌漿套管裝置技術(shù)先進性對比表