金安桥水电站导流洞灌浆施工技术

朱兴广

（辽宁省水利厅，辽宁 沈阳 110003）

1 概 述

金安桥水电站导流隧洞灌浆工程包含进出口及洞身段固结灌浆、回填灌浆，该工程的主要灌浆材料采用PO42.5级普通硅酸盐水泥。

1，2号导流洞进口段岩性以玄武岩夹火山角砾熔岩及凝灰岩为主，岩体以镶嵌碎裂结构为主，凝灰岩分布于进口顶拱，稳定性较差；洞身段岩性为玄武岩夹火山角砾熔岩，岩石微风化-新鲜，岩体以块状结构，次块状结构为主，部分镶嵌碎裂结构，围岩总体稳定性较好。

2 施工布置

2.1 制浆与供浆

为实现快速准确地制、供浆，施工中采用集中制浆。集中制浆站设在进水塔上方的上坝公路旁。制浆站的贮存水泥能力为100 t，制浆能力为15 m3/h。集中制浆站以高速搅拌机制浆，所制浆液经供浆管路泵送至施工面上的立式低速双桶搅拌机内，供灌浆使用，浆液输送流速控制在1.4～2.0 m/s之间。集中制浆站的制浆材料均准确称量。

2.2 排污系统

导流洞内施工时，在洞内设分级集水井，采用污水泵通过4寸排污管路排出。洞口以外设沉淀池，污水经沉淀过滤后经由管路排入下游围堰外。

2.3 钻灌台车

钻灌台车采用10号热轧槽钢和10号热轧角钢加工而成，台车铺设三条运行轨道，靠卷扬实现平移和升降。钻灌台车无法到达的部位，采用搭设钢管脚手架灌浆作业平台。灌浆作业平台周围设明显警告标志。

3 灌浆试验

3.1 室内试验

水泥试验。对于灌浆用水泥在使用前抽取样品进行试验，性能满足技术要求。

浆液试验。用于现场试验、施工的水泥浆液水灰比及掺合料、外加剂等品种及其掺量进行以下项目的试验。

1）浆液配制程序及搅拌时间。

2）浆液密度或比重测定。

3）浆液的流动性。

4）浆液的沉淀稳定性。

5）浆液的凝结时间，包括初凝和终凝时间。

6）浆液结石的容重、强度。

3.2 现场灌浆试验

3.2.1 试验目的

1）通过试验获得孔距、浆液水灰比、灌浆压力等试验参数用以指导施工。

2）通过试验选择合理的施工工艺。

3）通过试验检验拟投入设备、材料的适用性。

4）通过试验获得具有指导意义的试验成果。

3.2.2 固结灌浆试验

1）试验地段的选择。在1号导流洞身处先期混凝土浇筑完成并且强度达50%设计强度后，选取具有代表性的地段进行固结灌浆试验。按设计要求布设孔位、孔深、孔距、排距，选定24个试验孔分4组进行不同灌浆压力的试验。试验区设有抬动观测装置，压水试验、灌浆过程进行抬动观测。

2）试验施工工艺。①施工程序：埋设抬动观测装置→Ⅰ序固结孔钻孔→Ⅰ序固结孔灌浆→Ⅱ序固结孔钻孔→Ⅱ序固结孔灌浆→灌浆效果检查。

②钻孔：钻孔选用MZ120-1型风动冲击钻机，孔径φ60 mm，检查孔选用SGZ-IB型地质钻机进行取芯，孔径φ75 mm。孔间排距3 m，深入基岩5 m。施工前由技术员按设计图纸进行准确放点，并标示孔位及编号。

③洗孔和压水：钻孔结束后，用压力水洗孔，至回清水10 min后结束。洗孔要求单孔不少于30 min，串通孔不少于2 h。洗孔压力为灌浆压力的80%。然后对每孔进行单点法压水试验，压力为灌浆压力的80%，以了解岩石的透水率。

④灌浆：固结灌浆选用SGB6-10型三缸柱塞灌浆泵。灌浆按环间两序，环内两序加密的原则施灌。

固结灌浆采用孔内循环全孔一次灌注的方式。根据地质纵剖面图所示地质情况，选取灌浆水灰比为 3∶1，2∶1，∶1，0.5∶1(重量比) 及 2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1(重量比)两组比级。

固结灌浆在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min，群孔灌浆不大于0.8 L/min时，继续灌注30 min即可结束。固结灌浆试验参数见表1。

⑤封孔：采用“压力灌浆封孔法”进行封孔，机械封孔后再用人工拌水泥砂浆将孔口部分捣实抹平。

⑥效果检查：灌浆结束后，按监理工程师的指示，对每个试验组进行取芯和单点法压水试验检查，压水试验结果满足设计要求。

3.2.3 试验报告

试验结束后将室内试验和现场试验的成果连同灌浆资料成果，形成报告报送监理工程师审批，用于确定最终施工参数。

表1 固结灌浆试验参数表

4 施工工艺

4.1 回填灌浆

4.1.1 钻 孔

在素混凝土衬砌段，采用YT28型手风钻直接钻灌浆孔，钻孔孔径为φ48 mm；在钢筋混凝土衬砌段预埋回填灌浆管，采用YT28型手风钻通孔，钻孔深入岩石10 cm，并详细测记混凝土厚度和空腔尺寸。

4.1.2 灌 浆

1）回填灌浆采用SGB6-10型三缸柱塞灌浆泵和UB4型砂浆泵灌注，按每2个衬砌段划分为一个灌浆区段，灌浆分两序加密进行，I、II序孔中都应包括顶孔。

2）回填灌浆的压力和浆液水灰比按施工图纸的要求或监理工程师的指示确定。I序孔可灌注水灰比 0.6（或 0.5）∶1的水泥浆，II序孔可灌注 1∶1和0.6（或0.5）∶1两个比级的水泥浆。空隙大的部位灌注水泥砂浆，但掺砂量不大于水泥重量的200%。

3）回填灌浆在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注5 min即可结束。

4）回填灌浆因故中断时，应及早恢复灌浆，中断时间大于30 min，清洗至原孔深后恢复灌浆，若灌浆孔不吸浆，重新就近钻孔进行灌浆。

灌浆结束后排除钻孔内积水和污物，割除露出衬砌混凝土表面的埋管，用浓浆将全孔封堵密实抹平。

5）回填灌浆在衬砌混凝土达到70%强度后进行。灌浆前认真检查被灌区，对混凝土有缺陷的部位提前进行处理，防止灌浆时自混凝土面串漏浆。

6）灌浆施工自较低的一端开始，向较高的一端推进。同一区段内的同一序孔，可全部或部分钻出后再灌浆。

7）低处孔灌浆时，高处孔可用于排水、排气。当高处孔排出浓浆（接近或等于注浆的水灰比）后，将低处孔堵塞，改从高处孔灌浆，依次类推，直至结束。灌浆必须连续进行，若因故中断应尽快恢复灌浆，若无法继续，对钻孔扫孔复灌。

8）回填灌浆质量检查在该部位灌浆结束7 d后进行。采用钻孔注浆法检查质量，向孔内注入水灰比2∶1的浆液，在规定压力下，初始10 min内注入量不超过10 L，即为合格。

9）检查孔钻孔注浆结束后，采用水泥砂浆将钻孔封填密实。

4.2 固结灌浆

固结灌浆的施工部位包括：进水塔固结灌浆和导流洞身固结灌浆。洞内固结灌浆施工在该部位回填灌浆结束7 d后进行。

4.2.1 工艺流程

测量放点→钻孔→冲孔→灌浆→ 封孔

4.2.2 钻孔作业

1）钻孔采用MZ120-1型风动钻机钻进。

2）钻孔位置与设计孔位偏差不大于10 cm。

3）孔径：基本孔采用φ60 mm，检查孔采用φ75 mm，如要求取芯，则用SGZ-IB型地质钻机金刚石钻进。钻孔孔深必须达到设计孔深、孔底残留不大于20 cm。

4）钻孔记录，要详细完整地记录孔内情况，如换层、破碎、掉块、涌水、漏水、夹泥等。

5）在钻孔过程中，经常进行孔斜测量，测量方法采用罗盘测量和测斜仪测量相结合的办法。

4.2.3 钻孔冲洗

每孔钻完在灌浆前,按规范要求进行压力水冲洗,满足灌浆条件，当邻近有正在灌浆的孔或灌浆结束时间不足24 h的孔时，不得进行裂隙冲洗。

4.2.4 压水试验

1）压水试验在裂隙冲洗后进行，采用“简易压水”法进行压水试验。压力为灌浆压力的80%，每5 min测读一次压水流量，连续测读4个读数后结束，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。简易压水结果由自动记录仪打印机而出，用于指导灌浆作业。

2）选取灌浆孔的5%进行压水试验。

4.2.5 灌 浆

1）固结灌浆选用SGB6-10型三缸柱塞灌浆泵，灌浆方法为孔内循环全孔一次灌浆法。2）灌浆按环间两序，环内两序加密的原则施灌。3）灌浆水灰比、灌浆压力采用灌浆试验成果分析经监理批准确定的参数。

4）冲孔、压水、灌浆全过程采用自动记录仪记录。

5）浆液变换。灌浆浆液由稀到浓逐级变换、当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。

当某一比级浆液注入量已达300 L以上，或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30 L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。

6）灌浆结束标准。在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min，群孔灌浆不大于0.8 L/min时继续灌注30 min,可结束灌浆。

7）特殊情况处理。①灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，及时进行嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法进行处理。

②灌浆过程中发生孔间串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，应一泵一孔同时进行灌浆。否则应塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而后继续钻进或灌浆。

③灌浆因故中断，尽快恢复灌浆。否则立即冲洗钻孔，再恢复灌浆，若无法冲洗或冲洗无效，则进行扫孔，再恢复灌浆。

④孔口有涌水的灌浆孔段，灌浆前测记涌水压力和涌水量，根据涌水情况选取缩短段长、提高灌浆压力、纯压式灌浆、浓浆、加速凝剂、屏浆、闭浆、待凝等方法进行有效处理。

⑤灌注量较大难以结束时，选用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆、加入速凝剂等方法进行处理。

⑥灌浆过程中如出现回浆变浓，可换用相同水灰比的新浆灌注，若效果不明显，继续灌注30 min即可结束灌注。

4.2.6 封 孔

固结灌浆孔采用“全孔灌浆封孔”法，封孔浆液选用0.5∶1浓浆，压力为灌浆最大压力，时间不小于1 h。

4.2.7 抬动观测

对设有抬动观测设备的灌区，须待抬动观测仪器装置完毕，并完成灌浆前测试工作后，进行灌浆作业。在进行裂隙冲洗、压水试验和灌浆施工过程中进行抬动监测，观测成果报送监理工程师，抬动变形值超过设计值时立即停止施工，并报请监理人共同研究处理措施。

4.2.8 质量检查

采用测量岩体波速或静弹性模量，并结合分析灌浆孔钻孔、检查孔取芯、压水试验和灌浆试验成果等进行综合评定。

压水试验、岩体波速、静弹性模量检查分别在该部位灌浆结束7 d、14 d、28 d后进行。

固结灌浆压水试验检查合格标准：其孔段合格率应在85%以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的150%，且不集中，灌浆质量可认为合格。

5 结 语

1）由于隧洞拱顶孔的灌浆施工作业相对难度较大，对灌浆质量存在一定影响，建议在回填灌浆过程中，加强对拱顶孔的质量检查与控制。

2）对于灌浆孔口涌水，不能正常进浆的灌浆孔段，一定要在灌浆前做灌浆前涌水压力和涌水量测定，根据测定的涌水结果分析，选取适当的方法进行有效处理，如采用缩短段长、提高灌浆压力、纯压式灌浆、浓浆、加速凝剂、屏浆、闭浆、待凝等方法。对于涌水灌浆孔，本工程采用加速凝剂、纯压式灌浆并提高灌浆压力进行处理，效果良好。

3）必须安排专人进行灌浆过程中的抬动监测工作，确保了施工安全。

4）该工程采用，设在洞外制浆站集中制浆，浆液通过供浆管路泵送至施工作业面上的立式低速双桶搅拌机内，供灌浆使用。改善了洞内作业环境，提高灌浆作业效率。

5）金安桥水电站导流洞在运行期运行良好，顺利完成导流任务，为类似工程施工积累了宝贵经验。