水利隧道灌浆施工及质量控制

侯青松

中铁十七局集团有限公司承建的贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程南干渠及织纳供水工程的工程建设任务是以供水和灌溉为主，兼顾发电，并为区域改善生态环境创造条件。工程设计灌溉面积为90.03万亩，总供水人口267万人，多年平均发电量2.2亿kW·h。本标段由南干渠工程、纳雍供水工程、织金供水工程组成。南干渠工程起点位于贵州省毕节市总干渠末端的大方县猫场隧洞出口，向南至玉霖煤矿北侧折向东南方向，穿过高家寨隧洞避开九洞天风景区，出洞后于二屯岩跨越六冲河至坪子上，转向东经坪子上隧洞至中寨一级泵站结束，总长11.674km。纳雍供水工程由中寨一、二级泵站、泵站出水管道、高位水池和供水管道组成，线路总长约14km。织金供水管道起点位于中寨二级泵站，在下木空处跨过洪家渡库区，沿六冲河右岸输水，依次跨越以那河和武佐河后至尖山，再经过板桥、绮陌，引至位于纳雍县城三甲乡的三甲水厂，总长61.043km。

一、灌浆技术的优势

灌浆前需要配置具有一定流动性和凝固性的浆液，然后将其灌注到钻孔中，通过流体的填充作用能够将工程的内部结构进行连接，其具有以下四点优势：

（1）通过灌浆，能够将建筑主体结构中存在的一些小裂隙进行填充，从而使整个结构更加的牢固，形成一个牢固的防渗漏层，有效地防止水的渗透，从而提高工程的质量。

（2）灌浆技术的原理就是将浆液灌注填充裂隙，由于其自生具有重量，同时有灌注压力存在，可以对地层结构进行进一步的挤压，间接起到了夯实地层的作用，形成更加牢固的地层结构。

（3）灌浆技术使用的浆液必须是具有一定的黏合性，通过灌注工艺，浆液会渗透进建筑内部结构中，其胶凝性则可得到发挥，将整个结构进行加固，提高结构的稳固性。

（4）除了胶凝性，浆液还具有与地层中的泥土、砂石等反应的作用，反应产物的存在不仅可以实现浆液和地层的粘接，还可以进一步提高地层的刚度。

二、灌浆技术的分类

1.全孔一次灌浆技术

全孔一次灌浆技术在简单的隧道施工中广泛应用，这项技术的关键在于对灌浆的点位和灌浆深度的精确确认。在孔位确定并施工完成后，将浆液从钻点位置一次性灌注到钻孔中。这种灌浆技术虽然便捷，但是需要对进行长距离的钻孔，因此，对于地层的结构的原始稳定性具有较高的要求。即便地层浆稳定，仍有使地层内部产生应力的风险，影响水利工程的质量安全。

2.自上而下分段灌浆技术

顾名思义，该技术自上而下分段进行施工。在施工前期，仍需要对钻孔的位置进行大致确认，保证每个孔之间的距离在3～5m之内，具体间距根据地层的实际情况而定。在钻孔完成后，从最上端的孔位进行灌注，灌注完成后之后静置12小时，待灌浆彻底凝固之后，才能对下一个孔位进行灌注操作，依次往复。这项技术的适用性较强，对于不同的地质结构，可以采用不同的钻孔方式和浆液配比来弥补，优化工程的质量。

3.自下而上分段灌浆技术

自下而上分段灌浆技术的作业过程与自上而下的差异不大，最大区别就是整个灌浆顺序是从底端施工至上端。这种灌浆方式，可以更好地保证地层的稳定性，从下端基础位置开始动工，能够更有效地把握地层结构的破坏程度，尤其适合具有良好岩层结构的施工段。

三、高压喷射灌浆工艺

1.钻孔

钻孔的施工质量也是影响施工质量的重要因素。钻孔的偏斜率是影响孔质量的关键因素，因此，一定要严格控制钻机的垂直程度，确保将施工误差控制在合理范围内，才能够保证砂浆在钻孔过程中能够顺利流出。当快要达到既定的钻孔深度时，需要减缓钻孔的速度，确保钻孔终点的准确性，在完成钻孔后，需要科学地将岩芯取出并交由专业工程师进行检查判定，间接评价钻孔的质量，同时使用内窥镜等设备对孔内的情况就是扫描查看，只有达标后才能进行进一步地施工。

2.下入喷射杆

泥浆壁是水利工程建设中常见的地层结构，对于这种结构，在进行钻孔时，采用直接控制喷下入孔内，直至孔底。这种施工工艺在实际的应用过程中，钻入孔内的管体一般有以下两种情形：（1）在拔管之前，需要在套管内注入高密度的塑性泥浆，当注满后，慢慢拔起套管，在拔起过程中仍需要不断注入塑性泥浆，确保灌浆的表面和钻孔的孔口位置始终持平至套管完全拔出为止，快速对孔洞进行灌浆，防止泥浆回渗；（2）在套管中-放入材料性能优异的均匀PVC管，PVC管的长度必须满足能够到达套管的底端，以此对管壁起着保护的作用，然后将套管全部拔出后快速将喷射杆下入，将顶杆安置稳妥。

3.高喷施工灌浆法

高喷施工灌浆法包括旋喷、定喷和摆喷三种施工工艺，其施工模式如图1所示。一般选择旋喷的施工方法，对于不同的地层条件，在施工方式相同的情况下，施工过程的压力不会有明显的变动，但是浆液的提升速度却会出现波动，这种波动是影响高喷灌浆施工质量的主要因素。在提升高喷速度时，需要注意以下三个问题：（1）在处理砂层结构时，可以快速地提高提升速度，而在遇到卵石层时（直径大于40cm）要慢一点，对于岩层则要更慢，块石的直径越大，对于灌浆的难度就越大；（2）在处理分段灌浆时，从顶端到底端，提升速度可以逐步加快；（3）在高喷灌浆过程中，如果发现回浆量减少的时候，需要将提升速度降低。

图1 高喷施工灌浆法施工工艺

四、水利隧道施工中灌浆技术施工的注意事项

1.严控浆液材料的质量

浆液原材料的质量是影响灌浆施工质量的关键环节，因此，必须严控浆液原材料的质量。浆液中主要包含水、水泥、膨胀剂、黏合剂等材料，水泥直接关系到浆液凝固后的强度，而膨胀剂的好坏关乎浆液的泵送能力，黏合剂起着进一步将地层内部连接的作用。因此，在原材料进站之前，必须严格按照检验标准对其进行检验，只有合格材料才能准许进场使用。

2.严格控制水泥浆的性能参数

在施工前期，必须对水泥浆的所有参数进行斟酌，结合地层情况，选出最合适的强度和浓度值。保水性和可泵性是水泥浆的重要性能，如果浓度过高，水泥浆会过稠，极易造成水泥浆的组分混合不均匀，导致灌注后的工程质量造成影响，而如果浓度过低，则凝结后强度过低，也易造成质量问题。同时，还要考虑到水泥的泵送能力，这时水泥浆不宜过厚，过厚容易导致不易分散，如果在水泥浆已经完成情况下，可以配合适量的膨胀剂来提高泵送能力。在实际的施工过程中，必须每三个小时内检查裂缝的吸浆量，并根据这个变化来实时调整浆液的浓度，遵循从稀到浓的试验梯度，更好地把握浆液的浓度变化，保证泵送性的同时提高工程的质量

3.掌控灌浆顺序

对于有明显岩层倾角或者破碎的地貌严苛地区，在进行水利工程建设时，若采用自上而下的分段灌浆方式，同时灌注的压力需要提高，保证灌注的质量，但这种技术会导致施工周期长。而采用自下而上的分段灌浆技术的话，可以再有效地缩短工期，减少工程造价的同时，提高工程的质量。只有当下段的施工完全完成后才能进行上段的工作。同时需要利用分段栓控的技术对每一段进行隔离。

4.控制灌浆压力

对于水利隧道灌浆施工中，灌浆压力会直接影响到水利工程的质量，严格把控灌浆质量具有重要的现实意义，尤其是在对于一些特殊的地质地貌环境，如果没有有效地掌握灌浆的压力，灌注形成的水利工程会出现内部应力，造成地表的开裂甚至移动，无法持续进行灌浆施工。控制灌浆压力主要有两种方式：一是做好流量限制，精确控制灌浆的流量；二是根据实际的地层结构，不断调整灌浆压力，提高施工质量。除此以外，还可以采用增加灌浆次数的处理来降低灌浆压力，

五、结语

灌浆是水利隧道施工的重要工艺，灌浆的质量直接关系到整个水利工程的质量。通过控制水泥浆的强度和浓度，选择合适的灌浆方式和压力，结合对地层条件的情况，因地制宜，才可以将施工质量提高，为社会创造更多的经济和社会效益。同时还需要加强工程的管理力度，严格把握施工过程质量，从而提高整个水利工程的质量。