隧洞寬大裂隙段空腔回填灌漿施工技術

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

南總干渠首部取水隧洞位于向家壩水電站右岸，全長4.8km，S2#支洞控制段上游樁號南取4+139.00～4+187.00隧洞段，洞段長度48m，開挖時該段巖性為Ⅴ類，地質情況為紫紅色泥巖，強度低，自穩性差，掌子面局部滲水，底部有成股水流出，存在由于巖體陡傾角節理裂隙錯動、張開而形成的空腔，空腔最大寬度約1m，洞頂以上最大深度超過3m，空腔走向為沿洞軸線方向延伸，走向與洞軸線成10°～15°交角。其中樁號4+175、樁號4+159兩處在開挖過程中洞頂出現規模較大的塌方情況。在開挖階段該洞段空腔部位采用C25混凝土進行了空腔回填，回填深度約1.5m，在洞內二襯階段采用針梁臺車進行該段的混凝土襯砌施工。襯砌后灌漿階段根據現場實際情況，洞頂仍有滲水通道造成滲水從巖體內流出至洞內，研判該段原回填混凝土之上仍有寬大裂隙且仍可能存在空腔。為保證寬大裂隙段隧洞結構安全，需對空腔進行灌漿處理密實后，再進行該段常規回填灌漿及固結灌漿施工。

2 施工布置

2.1 灌漿管路布置

寬大裂隙段空腔回填灌漿吃漿量較大，采用集中式制漿經輸漿管路輸送至灌漿孔內。制漿平臺采用架管搭設于S2#支洞洞口右側，搭設高度離地50cm，水泥儲存量約40t。采用1臺800L高速制漿機制漿，1臺3SNS注漿泵送漿，送漿管路采用φ25鍍鋅管300m從灌漿區域接至制漿站，灌漿區域布置1臺3SNS灌漿泵，1臺800L儲漿桶，2臺200L雙層儲漿低速攪拌桶，1臺JTTM-Ⅵ型自動灌漿記錄儀。集中制漿站布置如圖1所示。

圖1 集中制漿站布置

2.2 排污系統布置

現場廢棄漿液經污水泵抽排至廢水循環利用系統，該系統由S2#支洞處設置多級(10級)廢水沉淀池組成，沉淀池采用磚砌結構，水泥砂漿抹面。洞內污水由最高級沉淀池逐級流至最低級沉淀池后，再通過水泵抽至集中制漿系統用水管路中。通過污水循環利用系統，保證廢水不外排至市政管網中，做到了廢水零排放。定期人工進行沉淀池淤泥裝袋清除。另專門安排2名清渣人員對作業面的巖粉、棄漿進行清渣裝袋，并運至洞外指定堆放點，然后集中轉運至業主指定渣場。廢水循環利用系統如圖2所示。

圖2 廢水循環利用系統示意

2.3 施工平臺布置

根據寬大裂隙段鉆灌施工作業特點，該段配置了一臺鉆孔臺車、一臺灌漿臺車，鉆灌臺車采用鋼管拼接而成，臺車行走輪采用14寸輪轂空心胎，每一層鉆孔平臺可控制左右對稱3～4孔，鉆孔時，鉆孔臺車左右兩端由絲杠加墊木頂緊于混凝土面，保證了鉆孔臺車的穩定性，臺車自重約1t，2人推行輕松自如。鉆灌施工平臺結構如圖3所示。

圖3 鉆灌施工平臺結構

2.4 灌漿孔位布置

根據前期開挖襯砌資料顯示，寬大裂隙及空腔走向主要位于頂拱位置，為保證灌漿效果及質量，在該洞段頂拱60°范圍，與裂隙及空腔走向一致均勻布置。48m洞長頂拱沿洞軸線偏右側共計布孔48孔，每排3孔，排距3m，進行該洞段的空腔裂隙灌漿處理。空腔部位見圖4，部分灌漿孔位布置見圖5所示。

圖4 空腔部位示意

圖5 部分灌漿孔位布置展開圖

3 實施方案

3.1 灌前方案分析

考慮到該段開挖階段回填混凝土以上空腔位置可能存在二次坍塌，形成一定的堆積體，因此，該范圍內灌漿采用回填灌漿與固結灌漿相結合的方式進行。即在鉆孔過程中確定是否存在大的空腔裂隙或坍塌。在鉆進至設計孔深后，根據空腔裂隙所處位置，主要考慮了四種可能出現的情況：

(1)無大空腔裂隙情況，對頂拱回填灌漿后直接采用固結灌漿方式處理；

(2)若鉆孔后出現二次坍塌的堆積體，空腔在堆積體以上，采用預埋灌漿管或下射漿管至設計孔深，采用先回填后固結方式，在回填灌漿結束后待凝24h，掃孔至設計孔深，再進行固結灌漿；

(3)若預埋灌漿管或下入射漿管超過洞徑，可采取分節對接下入；

(4)襯砌混凝土以上全部為空腔，則預埋灌漿管或下射漿管至設計孔深，進行空腔回填灌漿。

3.2 鉆孔施工過程分析

鉆孔采用一臺YGZ-90圓盤鉆機風水聯合鉆孔。鉆孔入巖深度設計值6m，首先進行該段兩處較大塌方處(樁號4+159、4+173)鉆孔，施工完畢后再從下游至上游逐排進鉆孔，鉆進過程中詳細做好施工記錄，包括孔內浸潤、滴水失水、塌孔、脫空等現象記錄。為防止鉆孔孔數過多，導致灌漿過程中出現頻繁串漿現象，避免過多重復掃孔，確定每次新開孔不超過2孔，待新開孔灌注完成后，再進行新開鉆孔。鉆孔情況記錄見表1。

根據表1可以看出，在11排、10排(樁號4+166.5、4+169.5)鉆孔過程中探明有較大空腔，最大脫空超過8m。在第2、3排及第6排(樁號4+142.5、4+145.5、4+154.5)鉆孔過程有塌孔現象及遇軟弱巖層，從表1鉆孔情況來看，14-2(樁號4+178.5)灌前有涌水情況，7-1(樁號4+157.5)灌前有呈線狀滴水，8-1(樁號4+160.5)兩孔在鉆孔打開后，有滲水現象，5-1(樁號4+151.5)在灌注過程中發現周邊裂隙有浸潤現象。大部分孔段在鉆孔中存在失水或輕微失水現象。可見該區段地質情況較差，裂隙發育。

3.3 灌漿過程處理措施

該段空腔回填灌漿采用3SNS高壓注漿泵，三參數純壓式灌注，灌前下入射漿管距孔底50cm，灌漿壓力0.3MPa，灌漿結束壓力0.2MPa～0.3MPa，水灰比0.5∶1。結束標準：當達到設計灌漿壓力，灌漿孔停止吸漿持續10min結束灌漿。

根據現場實際情況，灌漿過程中遇吸漿量較大情況須采取限流、間歇及待凝措施。注入率限流控制由開始50L/min逐漸調整至30L/min以下；每灌注灰量由最初20t調整至5t；注入率、壓力無顯著改變，采取間歇措施，間歇時間20min。當累計注灰量達到15t，則采取待凝措施，待凝時間不小于8h，當該孔連續待凝3次，則該孔暫不進行灌注，轉至下一孔灌注。灌漿過程中出現的特殊情況也詳細記錄，見表2。

表2灌漿過程中特殊情況記錄

3.4 灌后情況分析

表3各排注入量分布統計

寬大裂隙段空腔回填灌漿共計48孔，正常結束48孔累計注灰3379.2t。從表2灌漿特殊情況及現場灌漿情況來看，部分孔存在串孔現象，說明巖層中橫向裂隙較為發育。從表3及灌漿情況來看，吸漿量較大孔段主要集中在第2、5、7、8、10、11排，且有大部分孔段在灌注3次待凝后仍未能結束，仍持續灌注多次最終達到設計結束標準。

灌漿結束孔灌漿壓力最大值0.36MPa，最小值0.20MPa，均達到設計結束要求。從灌漿壓力來看，大部分孔在待凝3次后未正常結束，壓力也已逐步升壓已有結束趨勢并繼續灌注多次達到了設計結束壓力值標準，但在升壓后，注入率也會隨之增大。

4 試驗檢測

寬大裂隙段常規固結灌漿施工結束后，對該段進行了檢查孔布孔并作壓水試驗，根據灌漿成果，布孔位于灌漿量較小或者灌漿量較大區域，或者灌漿異常區域，按照灌漿總孔數10%比例共布置5孔，分別對檢查孔進行壓水試驗，試驗成果見表4。

表4檢查孔壓水試驗成果

從以上檢查孔壓水試驗成果可以看出：各檢查孔壓水試驗透水率均符合設計要求，最大透水率為2.31Lu，最小透水率為0.04Lu，各孔透水率均小于設計值標準3.0Lu，由此表明灌漿效果良好。

5 結語

本文結合向家壩水電站南總干渠取水隧洞工程施工實例，對于隧洞圍巖類別差，巖體破碎，存在由于巖體陡傾角節理裂隙錯動、張開而形成的空腔的灌漿施工，通過對灌漿布置、針對性的實施方案、加強環水保措施等技術手段，增強主體結構的承載力，原灌前大滲水點已停止滲水，個別點狀滲水部位也無浸潤痕跡，試驗檢測合格，說明灌后對該段圍巖滲水通道有了顯著的封堵效果，起到顯著的防滲作用，對類似取水隧洞工程寬大裂隙回填灌漿施工具有一定的借鑒作用。