水工隧洞回填灌漿的設計與施工工藝探討

【摘要】水工隧洞回填灌漿可使混凝土襯砌與圍巖緊密結合，是確保隧洞安全運行的重要措施之一。因此文章結合工程實例就水工隧洞回填灌漿的設計與施工工藝展開探討。

【關鍵詞】水工隧洞；回填灌漿；設計；施工

在隧洞工程中，采用混凝土輸送泵澆筑時，混凝土流動性較好，靠自重在底部和兩側比較容易填滿，但沖頂時在拱頂90°的范圍內，不可避免地在襯砌與圍巖之間留下空隙或空洞，另外溫差和混凝土干縮也是形成空隙的主要因素。回填灌漿主要是充填混凝土襯砌與圍巖間的空隙。

一、工程概況

某供水工程輸水隧洞鉆爆段采用光面爆破、全斷面一次開挖成型，先邊頂拱后仰拱襯砌方式，成型斷面為7.28m×6.5m（馬蹄形），單元長度12m，襯砌混凝土指標為C35W12F200，二級配，Ⅱ類圍巖和Ⅲa 為素混凝土襯砌，Ⅲb 和Ⅳ類圍巖為鋼筋混凝土襯砌，設計厚度30～50cm，采用混凝土輸送泵、斜溜槽多窗口下料澆筑工藝，現每類圍巖選取24m進行回填灌漿試驗段施工。灌漿孔在素混凝土襯砌中可采用直接鉆孔方法，在鋼筋混凝土襯砌中采用預埋管鉆孔的方法。

二、回填灌漿設計及施工工藝

（一）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。（1）灌漿孔排距為3.0m，梅花型布置，每環灌漿孔均布在隧洞襯砌斷面拱頂90°扇形范圍內，回填灌漿孔沿斷面中心線左右對稱布置，一序孔為3個（Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3），二序孔為4個（Ⅱ-1，Ⅱ-2，Ⅱ-3，Ⅱ-4），深入巖石100mm 以上，孔徑 38～40mm。（2）灌漿壓力：素混凝土襯砌采用0.3MPa，鋼筋混凝土襯砌采用0.5MPa。（3）灌漿水灰比：一序孔灌注水灰比0.5：1 的水泥漿，二序孔灌注水灰比為1：1和0.5：1兩個比級的水泥漿，空隙大的部位應灌注水泥砂漿或高流態混凝土，摻砂量不大于水泥重量的200%。（4）灌漿結束標準：在規定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續灌注10min 即可結束。

（二）回填灌漿施工工藝

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（50 m 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38 mm，孔深宜深入圍巖5～10 cm。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28 d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10cm。壓力隧洞宜每10 ～15 m 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/T 5148- 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10 min 內注入漿量不大于10 L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。

三、灌漿及成果分析

（1）灌漿孔工程量。回填灌漿試驗段灌漿孔共分8個孔序，每個灌漿孔的孔深分設計工程量及實際完成工程量分別記錄。可知實際完成工程量都比設計工程量要大。（2）檢查孔工程量。試驗區每12m 布置1個檢查孔，共計8個，每個檢查孔的孔深分設計工程量及實際完成工程量分別記錄。可知實際完成工程量都比設計工程量要略大。（3）注漿量分析。根據注漿量實驗數據分析可知，試驗段Ⅰ序孔單位注入量和Ⅱ序孔單位注入量呈明顯遞減趨勢，且遞減幅度大，說明隨著灌漿序次遞增襯砌混凝土與洞室圍巖接觸面的單位注入量遞減，空腔不斷被充填、密實。回填灌漿質量滿足設計和規范要求，使襯砌混凝土與洞室圍巖接觸面及脫空部位得到更充分的充填。（4）檢查孔注漿分析。從檢查孔的注漿試驗結果可以看出：各孔10min 內注入量均小于10L，這表明灌漿效果良好，灌漿質量滿足設計要求。（5）縫隙寬度計算。在不考慮一次支護及其與圍巖間的空隙、一次支護本身被加密的情況下，根據水灰比和水化齡期對水化水泥密度的影響的關系，通過注入量可以大概算出圍巖與襯砌混凝土間的平均縫隙寬度，由于工期計劃和設備情況，現場暫時無法對空腔或裂縫寬度進行驗證。

綜上所述，根據灌漿的相關統計分析，可以看出圍巖與襯砌間存在的空隙的情況，且在注漿后空隙逐漸被充填密實，經檢查符合設計要求，按上述參數和工藝可以滿足現場施工需求，且施工過程中未觀測到有抬動和跑漿現象。通過該試驗可大概了解回填灌漿的效益，可以指導和控制類似工程的報價，對決策者具有重大的意義和指導性作用。

參考文獻：

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