水利隧道灌漿施工及質量控制

侯青松

中鐵十七局集團有限公司承建的貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程南干渠及織納供水工程的工程建設任務是以供水和灌溉為主，兼顧發電，并為區域改善生態環境創造條件。工程設計灌溉面積為90.03萬畝，總供水人口267萬人，多年平均發電量2.2億kW·h。本標段由南干渠工程、納雍供水工程、織金供水工程組成。南干渠工程起點位于貴州省畢節市總干渠末端的大方縣貓場隧洞出口，向南至玉霖煤礦北側折向東南方向，穿過高家寨隧洞避開九洞天風景區，出洞后于二屯巖跨越六沖河至坪子上，轉向東經坪子上隧洞至中寨一級泵站結束，總長11.674km。納雍供水工程由中寨一、二級泵站、泵站出水管道、高位水池和供水管道組成，線路總長約14km。織金供水管道起點位于中寨二級泵站，在下木空處跨過洪家渡庫區，沿六沖河右岸輸水，依次跨越以那河和武佐河后至尖山，再經過板橋、綺陌，引至位于納雍縣城三甲鄉的三甲水廠，總長61.043km。

一、灌漿技術的優勢

灌漿前需要配置具有一定流動性和凝固性的漿液，然后將其灌注到鉆孔中，通過流體的填充作用能夠將工程的內部結構進行連接，其具有以下四點優勢：

（1）通過灌漿，能夠將建筑主體結構中存在的一些小裂隙進行填充，從而使整個結構更加的牢固，形成一個牢固的防滲漏層，有效地防止水的滲透，從而提高工程的質量。

（2）灌漿技術的原理就是將漿液灌注填充裂隙，由于其自生具有重量，同時有灌注壓力存在，可以對地層結構進行進一步的擠壓，間接起到了夯實地層的作用，形成更加牢固的地層結構。

（3）灌漿技術使用的漿液必須是具有一定的黏合性，通過灌注工藝，漿液會滲透進建筑內部結構中，其膠凝性則可得到發揮，將整個結構進行加固，提高結構的穩固性。

（4）除了膠凝性，漿液還具有與地層中的泥土、砂石等反應的作用，反應產物的存在不僅可以實現漿液和地層的粘接，還可以進一步提高地層的剛度。

二、灌漿技術的分類

1.全孔一次灌漿技術

全孔一次灌漿技術在簡單的隧道施工中廣泛應用，這項技術的關鍵在于對灌漿的點位和灌漿深度的精確確認。在孔位確定并施工完成后，將漿液從鉆點位置一次性灌注到鉆孔中。這種灌漿技術雖然便捷，但是需要對進行長距離的鉆孔，因此，對于地層的結構的原始穩定性具有較高的要求。即便地層漿穩定，仍有使地層內部產生應力的風險，影響水利工程的質量安全。

2.自上而下分段灌漿技術

顧名思義，該技術自上而下分段進行施工。在施工前期，仍需要對鉆孔的位置進行大致確認，保證每個孔之間的距離在3～5m之內，具體間距根據地層的實際情況而定。在鉆孔完成后，從最上端的孔位進行灌注，灌注完成后之后靜置12小時，待灌漿徹底凝固之后，才能對下一個孔位進行灌注操作，依次往復。這項技術的適用性較強，對于不同的地質結構，可以采用不同的鉆孔方式和漿液配比來彌補，優化工程的質量。

3.自下而上分段灌漿技術

自下而上分段灌漿技術的作業過程與自上而下的差異不大，最大區別就是整個灌漿順序是從底端施工至上端。這種灌漿方式，可以更好地保證地層的穩定性，從下端基礎位置開始動工，能夠更有效地把握地層結構的破壞程度，尤其適合具有良好巖層結構的施工段。

三、高壓噴射灌漿工藝

1.鉆孔

鉆孔的施工質量也是影響施工質量的重要因素。鉆孔的偏斜率是影響孔質量的關鍵因素，因此，一定要嚴格控制鉆機的垂直程度，確保將施工誤差控制在合理范圍內，才能夠保證砂漿在鉆孔過程中能夠順利流出。當快要達到既定的鉆孔深度時，需要減緩鉆孔的速度，確保鉆孔終點的準確性，在完成鉆孔后，需要科學地將巖芯取出并交由專業工程師進行檢查判定，間接評價鉆孔的質量，同時使用內窺鏡等設備對孔內的情況就是掃描查看，只有達標后才能進行進一步地施工。

2.下入噴射桿

泥漿壁是水利工程建設中常見的地層結構，對于這種結構，在進行鉆孔時，采用直接控制噴下入孔內，直至孔底。這種施工工藝在實際的應用過程中，鉆入孔內的管體一般有以下兩種情形：（1）在拔管之前，需要在套管內注入高密度的塑性泥漿，當注滿后，慢慢拔起套管，在拔起過程中仍需要不斷注入塑性泥漿，確保灌漿的表面和鉆孔的孔口位置始終持平至套管完全拔出為止，快速對孔洞進行灌漿，防止泥漿回滲；（2）在套管中-放入材料性能優異的均勻PVC管，PVC管的長度必須滿足能夠到達套管的底端，以此對管壁起著保護的作用，然后將套管全部拔出后快速將噴射桿下入，將頂桿安置穩妥。

3.高噴施工灌漿法

高噴施工灌漿法包括旋噴、定噴和擺噴三種施工工藝，其施工模式如圖1所示。一般選擇旋噴的施工方法，對于不同的地層條件，在施工方式相同的情況下，施工過程的壓力不會有明顯的變動，但是漿液的提升速度卻會出現波動，這種波動是影響高噴灌漿施工質量的主要因素。在提升高噴速度時，需要注意以下三個問題：（1）在處理砂層結構時，可以快速地提高提升速度，而在遇到卵石層時（直徑大于40cm）要慢一點，對于巖層則要更慢，塊石的直徑越大，對于灌漿的難度就越大；（2）在處理分段灌漿時，從頂端到底端，提升速度可以逐步加快；（3）在高噴灌漿過程中，如果發現回漿量減少的時候，需要將提升速度降低。

圖1 高噴施工灌漿法施工工藝

四、水利隧道施工中灌漿技術施工的注意事項

1.嚴控漿液材料的質量

漿液原材料的質量是影響灌漿施工質量的關鍵環節，因此，必須嚴控漿液原材料的質量。漿液中主要包含水、水泥、膨脹劑、黏合劑等材料，水泥直接關系到漿液凝固后的強度，而膨脹劑的好壞關乎漿液的泵送能力，黏合劑起著進一步將地層內部連接的作用。因此，在原材料進站之前，必須嚴格按照檢驗標準對其進行檢驗，只有合格材料才能準許進場使用。

2.嚴格控制水泥漿的性能參數

在施工前期，必須對水泥漿的所有參數進行斟酌，結合地層情況，選出最合適的強度和濃度值。保水性和可泵性是水泥漿的重要性能，如果濃度過高，水泥漿會過稠，極易造成水泥漿的組分混合不均勻，導致灌注后的工程質量造成影響，而如果濃度過低，則凝結后強度過低，也易造成質量問題。同時，還要考慮到水泥的泵送能力，這時水泥漿不宜過厚，過厚容易導致不易分散，如果在水泥漿已經完成情況下，可以配合適量的膨脹劑來提高泵送能力。在實際的施工過程中，必須每三個小時內檢查裂縫的吸漿量，并根據這個變化來實時調整漿液的濃度，遵循從稀到濃的試驗梯度，更好地把握漿液的濃度變化，保證泵送性的同時提高工程的質量

3.掌控灌漿順序

對于有明顯巖層傾角或者破碎的地貌嚴苛地區，在進行水利工程建設時，若采用自上而下的分段灌漿方式，同時灌注的壓力需要提高，保證灌注的質量，但這種技術會導致施工周期長。而采用自下而上的分段灌漿技術的話，可以再有效地縮短工期，減少工程造價的同時，提高工程的質量。只有當下段的施工完全完成后才能進行上段的工作。同時需要利用分段栓控的技術對每一段進行隔離。

4.控制灌漿壓力

對于水利隧道灌漿施工中，灌漿壓力會直接影響到水利工程的質量，嚴格把控灌漿質量具有重要的現實意義，尤其是在對于一些特殊的地質地貌環境，如果沒有有效地掌握灌漿的壓力，灌注形成的水利工程會出現內部應力，造成地表的開裂甚至移動，無法持續進行灌漿施工。控制灌漿壓力主要有兩種方式：一是做好流量限制，精確控制灌漿的流量；二是根據實際的地層結構，不斷調整灌漿壓力，提高施工質量。除此以外，還可以采用增加灌漿次數的處理來降低灌漿壓力，

五、結語

灌漿是水利隧道施工的重要工藝，灌漿的質量直接關系到整個水利工程的質量。通過控制水泥漿的強度和濃度，選擇合適的灌漿方式和壓力，結合對地層條件的情況，因地制宜，才可以將施工質量提高，為社會創造更多的經濟和社會效益。同時還需要加強工程的管理力度，嚴格把握施工過程質量，從而提高整個水利工程的質量。