化學灌漿在隧洞封堵處理中的應用

蔡冬松

(漳州市峰頭水庫管理局，福建 云霄 363300)

1 工程概況

1.1 工程基本情況

峰頭水庫位于漳州市云霄縣漳江中上游，距離云霄城關14km，控制流域面積333km2，總庫容1.77億m3，是一座以灌溉為主，結合防洪、發電、供水的大(二)型水庫。水庫樞紐工程由攔河壩、引水建筑物及壩后電站等組成，工程于1977年2月破土動工，1989年11月竣工。

向東渠道先于水庫修建，起于水庫右岸，經云霄、東山兩縣，至紅旗水庫，全長78km。原渠首輸水隧洞從水庫大壩右岸山體穿山而過，為城門型無壓隧洞，長146m，修筑水庫大壩時，從上游迎水面深入隧洞50m，以塊石混凝土封堵(封堵段長10m)，再灌漿封實。上游隧洞進口左右各30m范圍內采用粘土培厚夯填加固，下游隧洞出口處，以漿砌塊石封堵后砌筑擋土墻，填土護坡。原輸水隧洞封堵后，在壩體10#壩段引水管道后預留一錐閥接入壩后明渠。

1.2 滲漏原因分析

2005年10月，大壩右岸山體背水坡約50m高程，原向東渠隧洞出口處發現一處小股滲漏水流，水流清澈，未見流土或管涌，現場踏勘巡查，周邊及背水坡也沒有其它濕坡、散滲等現象。壓滲反濾處理后設置薄皮小三角堰進行觀測，當庫水位達55m高程時開始滲漏，滲漏水量隨庫水位升降而顯著增減變化，滲漏量約0.2～3.5L/s。

現場開挖后，滲漏水從隧洞出口漿砌塊石中冒出，挖除漿砌塊石進入到隧洞內，發現原封堵塊石混凝土拱頂處有三處小股水流涌出，洞壁兩側接觸縫也有幾處散滲。從當時的工程運行情況看，隧洞進口夯填的粘土表層有局部龜裂、滑坡下陷現象。查閱原施工資料，結合現場勘查推斷，當時封堵施工時，由于施工工藝落后或措施不當，原塊石混凝土封堵段(特別是拱頂)澆筑或灌漿不實，造成拱頂段及兩側接觸面存在縫隙或滲漏通道。工程運行初期，由于隧洞進口有粘土層的防滲保護作用未發生滲漏，長期運行后粘土防滲層遭破壞，水流滲入隧洞內部，再順著封堵段的滲漏通道溢出，造成集中滲漏，這也是工程運行了十幾年之后才出現滲漏的原因。

2 堵漏方案選定

為防止長期滲漏造成滲流破壞，必須進行防滲堵漏處理。2010年水庫除險加固時，現場各方充分討論，提出了采用水泥漿加速凝劑(水玻璃)、環氧樹脂、水溶性聚氨酯材料等幾種灌漿堵漏方案。由于無法到達迎水面，只能從下游側進行灌漿作業，采用水泥或環氧樹脂混合漿液，雖其可灌性好強度高，但都不適宜帶水作業，特別是在動水作業中漿液容易被水流沖刷帶走或稀釋，達不到灌漿堵漏的效果。而水溶性聚氨酯灌漿材料，具有良好的親水性，漿液遇水后即分散乳化，快速凝膠固結，其固結體為彈性體，遇水可二次膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙生功能，特別適合涌水、動水作業面的防滲堵漏。采用水溶性聚氨酯進行化學灌漿，一是工藝成熟，適宜帶水作業，灌漿堵漏效果可靠；二是施工簡易，不會對現有工程運行和供水任務造成影響；三是滲漏封堵作業面不大，施工成本可控。經比選和研究，最終確定采用水溶性聚氨酯進行化學灌漿堵漏處理。

3 化學灌漿堵漏施工

3.1 灌漿材料選擇

根據施工應用經驗，選用HX—669型水溶性聚氨酯注漿液作為此次化學灌漿堵漏材料，其主要有以下特點：

(1)漿液遇水后自行分散、乳化、發泡，立即進行化學反應，形成不透水的彈性膠狀固結體。

(2)反應后形成的彈性膠狀固結體有良好的延伸性、彈性及抗滲性、耐低溫性。

(3)與水混合后粘度小，可灌性好，固結體在水中浸泡對人體基本無害、無毒、無污染。

(4)漿液遇水反應形成彈性固結體物質的同時，釋放CO2氣體，借助氣體壓力，漿液可進一步壓進結構的空隙，使多孔性結構或孔隙能完全充填密實，具有二次滲透的特點。

(5)漿液的膨脹性好，包水量大，具有良好的親水性和可灌性，同時漿液的粘度、強度、固化速度可根據需要進行調節。

HX—669型水溶性聚氨酯注漿液性能見表1。

表1 HX—669型水溶性聚氨酯注漿液性能表

3.2 施工準備

(1)機械設備和人員。配備2臺套便攜式化學灌漿機，指定專業的灌漿施工人員操作。

(2)材料及試驗。施工前對采購的化學灌漿材料進行動水條件下凝膠性能試驗，根據作業面漏水情況，初步擬定灌漿壓力。

(3)施工技術方案。制定施工技術方案和操作要求，做好現場安全防護及文明施工等準備工作。

3.3 灌漿堵漏施工

(1)作業面清理。鑿除原封堵混凝土表面析出物，沖洗干凈，在拱頂滲漏水集中的位置鉆孔布置3處排水孔，將滲漏水集中引排。

(2)鉆孔。沿隧洞原襯砌城門型斷面布置灌漿孔，鉆頭直徑14mm(采用12mm灌漿管)，孔深20cm，孔距30cm，孔中心距洞壁10cm，鉆孔采用斜孔，孔與原隧洞洞壁接觸面形成450～700的斜角，斜穿原洞壁接觸縫。在頂拱中心線120度角范圍，距頂排灌漿孔20cm的位置，加密布設一排灌漿孔，呈梅花型布置，孔深20cm，孔距30cm，灌漿孔布置如圖1所示。

圖1 灌漿孔布置圖

(3)清孔。采用風水結合沖洗，清除灌漿孔內殘留的渣料和粉塵。

(4)埋管及封縫。將灌漿管固定在孔內，采用快速堵漏劑進行孔口封縫。對原混凝土封堵表面有裂隙或滲水的位置進行清表，鑿除浮渣，采用快速堵漏劑進行臨時性嵌縫堵漏處理，防止跑漿。

(5)壓水檢查。待強度滿足要求后，進行壓水檢查，如嵌縫或灌漿管(嘴)位置仍有滲水、透氣或脫落現象，則重新處理。

(6)灌漿。接入灌漿管和灌漿機，開始灌漿。①配漿。將配備好的漿液倒入壓漿泵，壓緊泵蓋，杜絕水氣進入泵內發生反應，保持漿液良好流動性。②灌漿順序。遵循先下后上，由兩端向中間集中的原則，采取分序錯管的灌漿方式，從洞壁兩側底部開始向頂拱集中，最后進行頂拱漏水灌漿處理。③灌漿壓力。以略大于漏水水頭壓力或孔內停止進漿為控制標準。

(7)灌漿作業要點及實施情況。灌漿過程中，采取“壓(力)快降快壓，壓(力)慢降慢壓”的操作模式。剛開灌時，孔內占漿量較大，灌漿壓力較小，回落較快時，反映灌漿通道順暢，則快速壓漿，加大進漿流量，以利于“以漿趕水”，增加漿體密實度；而當灌漿壓力漸漸增大，回落較慢時，此時漿液行走不暢，為減小沿程和局部阻力，適當加大壓力并慢壓，減低行漿速度，讓漿液擴大行漿半徑，填充周邊空隙。

洞壁兩側灌漿孔的進漿量較小，灌漿順利。頂拱位置剛開始灌注時暢通性較好，灌注一段時間后，原預埋排水管開始出現少量淡黃色渾水現象，部分聚氨酯漿材未能及時凝膠而被水流帶出。針對此情況，現場采取措施進行調整控制：一是當鄰孔或排水管出濃漿時，封閉鄰孔或排水管；二是逐步加大灌漿壓力，找到合理的灌漿壓力控制點，保證灌漿壓力略大于漏水水頭壓力，以便于漿液能夠順利進入漏水通道，也要防止壓力過大而使漿液稀釋分散無法凝膠或凝膠效果不佳；三是對排水管周邊的灌漿孔，采取輪動式的灌注方式，盡量讓漿液從不同方位填充整個滲漏通道并凝膠發生作用。

(8)灌漿結束。洞壁兩側的灌漿孔進漿效果一般，持續灌注一段時間，當該孔位不再進漿，保持一定灌漿壓力，繼續灌注3～5min后結束該孔灌漿；若串孔冒漿，則封閉出漿管，適當加大壓力繼續壓漿，不再進漿后，保壓灌注3～5min后結束，移至下一序孔繼續灌注。

拱頂段以堵漏為主，當鄰孔或排水管出濃漿時，封閉鄰孔或排水管，繼續壓漿，直至該孔位進漿量很小或不再進漿，移至旁邊灌漿孔輪流多次灌注，直至拱頂段所有灌漿孔都不再進漿。

灌漿作業從早上9時開始，至下午16時結束，前后持續約7h，灌漿總量約60L。灌漿結束后，仔細檢查作業面，混凝土表面還有些潮濕外，整個塊石混凝土封堵面不再有明顯滲水跡象，灌漿堵漏取得了初步成效。隨后清除混凝土表面滲出凝膠及灌漿管，再用環氧砂漿進行掃平抹面修復，順利結束此次灌漿堵漏施工。

3.4 灌漿效果

此次化學灌漿于2010年7月26日實施，當時庫水位61.89m，至2010年9月底，最高庫水位達73.22m(正常庫水位74m)，在此期間，庫水位持續上升，觀察原整個塊石混凝土封堵面，均不再發現滲漏或復漏現象，灌漿堵漏取得了良好成效。

4 結語

水利水電工程的導流洞或輸水隧道支洞封堵段(俗稱“堵頭”)，往往由于施工不當造成封堵不實、灌漿不到位，或運行時間長導致收縮變形等原因而出現滲漏問題，一旦堵頭發生滲漏，一般無法到達上游封堵面，只能從下游進行堵漏加固，處理難度較大，常規的水泥灌漿堵漏效果不宜保證。此次化學灌漿堵漏施工，一是認真分析找出滲漏原因，在此基礎上確定科學的堵漏方案，選用合適的化學灌漿堵漏材料；二是根據現場情況適時調整灌漿工藝，精確把握灌漿壓力，保證了灌漿堵漏效果，其經驗可供類似工程參考借鑒。在實際運用過程中，可采用水溶性與油溶性聚氨酯注漿液按一定比例混合使用，根據需要調節漿液的粘度、膠凝固化時間等，提高灌漿后作業面的抗滲性和穩定性，增強其抗壓抗拉強度，進一步的優化灌漿效果。