金良智，刘其森

（中国人民武装警察部队水电第一总队第一支队，河北 唐山 063004）

1 南水北调穿漳工程概况

1.1 工程概况

南水北调中线穿漳工程位于河南省安阳市施家河村东北、河北邯郸市讲武城以南，工程主要建筑物包括南北两岸渠道连接段和过河建筑物，总长1 081.81 m，由南向北分别由南岸连接渠道、进口渐变段、进口检修闸段、倒虹吸管身段、出口节制闸段、出口渐变段、北岸连接渠道7段组成，在南岸连接渠道右侧设有退水排冰闸。倒虹吸管身段长619.18 m（水平投影），为钢筋混凝土箱形结构，3孔一联，单孔尺寸6.9 m×6.9 m（高×宽），水平段管顶面高程71.30～71.50 m，管底建基面高程61.80～62.00 m，顶板、底板、中隔墙及边墙厚均为1.3 m。进口斜管段长66.91 m（水平投影），沿轴向分为5节；进口斜管段后接15.41 m长进口加强段，进口加强段之后接平管段，平管段长451.58 m，纵向分为25节；出口加强段长17.01 m（水平投影）；出口斜管段长68.27 m（水平投影），沿轴向分为5节。工程采用分期导流方案，一期围右岸，二期围左岸，均为明渠过流，待一期围堰内建筑物施工完成后再进行二期围堰防渗施工。

1.2 地质水文条件

工程区内主要由上第三系（N）及第四系（Q）地层组成，其中第三系（N）上部为砾岩，多无胶结，局部钙质胶结，厚4.0～20.0 m不等；下部为粘土岩，厚度大于3.0 m。第四系（Q）下部为卵石，厚18.0～40.0 m，顶部局部分布有灰黄、灰褐色粘土及砂壤土、粉细砂、中砂、砾砂薄层或透镜体。中部砂卵石层厚1.5～15.0 m，局部夹砾砂透镜体及薄层粉细砂、中砂。上部为粉质壤土、砂壤土、粉细砂、中砂，总厚度3.0～12.0 m，分布于漫滩及河床。

地下水类型为潜水，砂层、砾岩及卵石层为透水层，总厚度约70.0 m，其中砂层具中等透水性，砾岩、砂卵石及卵石具强透水性，渗透系数为7×10-2～1×10-1cm/s，隔水粘土层位于 58.0～72.0 m 高程之间。地下水埋深浅，水位在76.0 m左右，并随季节变化而变化，变幅一般为1.0～2.0 m，受大气降水及洪水期河水补给，向下游排泄及补给下部含水层。地下水流速为0.56 m/d，流向SE45°，与漳河主流向一致。

南水北调穿漳围堰为临时性工程，所处位置砂卵石层深厚，对于其防渗施工咨询基础处理专家提出了多种方案，主要有以抽排为主的群井强降水方案、强封堵的地下连续墙方案、以防为主防排结合的帷幕灌浆方案，综合电力、工期、环境影响、效果与投资考虑，最终选择了以防为主防排结合的帷幕灌浆施工方案。

2 帷幕灌浆施工工艺

（1）施工次序。灌浆遵照分排分序逐渐加密的原则进行，每排分两个次序，先钻灌Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，设计三排孔，孔排距为2.0 m，梅花形布置。为尽快在围堰上形成一道封闭的、单排防渗灌浆帷幕，先对各单元下游排孔进行施工（纵向围堰施工靠近开挖面的排孔），再对上游排孔进行施工（纵向围堰施工远离开挖面的排孔），中间排孔作为检查补充灌浆孔，检查不合格时继续灌浆。

（2）钻孔深度。所有钻孔须钻穿砾岩，深入粘土岩0.5～1.0 m，一般孔深约为45.0～72.0 m，孔深超过55.0 m的孔先使用潜孔锤套管跟进钻至砾岩，然后换岩芯钻机钻至粘土岩成孔，孔深小于55.0 m孔使用潜孔锤直接成孔。

（3）灌浆顺序。采用自下而上分段、管口封闭、孔内循环的方式进行灌浆。当埋设的灌浆工作管底部为花管（花管长度一般为3.0 m）时，射浆管距离花管顶0.5 m，灌浆结束后再起拔灌浆工作管；当埋设的灌浆工作管底部不是花管时，先起拔灌浆工作管3.0 m，并保证射浆管下入到距孔底不超过0.5 m的位置。

（4）灌浆材料。选用水泥强度等级为32.5 MPa的普通硅酸盐水泥，水泥细度要求通过80 μm方孔筛的筛余量不大于5%；粘土就近取材，粒径小于0.005 mm粘粒含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%。

（5）浆液配比。采用水泥粘土浆灌注，浆液配合比为： 水固比采用 3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.6∶1 四种，干料比（水泥∶粘土）为1∶2.5。根据孔内注入率大小，逐级或越级变换浆液浓度，一般可先灌水固比为3∶1的稀浆，当注入量超过300 L时，可变浓一级；当注入率超过30 L/min，视实际情况，可越级甚至采用水固比为0.6∶1的浓浆灌注。

（6）灌浆压力。孔深大于30.0 m段Ⅰ序孔为0.8 MPa，Ⅱ序孔为1.0 MPa。孔深小于30.0 m段：当该段尚未灌注0.6∶1浆液或仅灌注了0.6∶1浆液，30.0～20 m孔段不足3 000.0 L，孔深小于20 m孔段不足2 000.0 L，且注入率小于10 L/min时，Ⅰ序孔灌浆压力按0.5→0.8→1.0 MPa，Ⅱ序孔按0.8→1.2→1.5 MPa逐级升压控制。

（7）灌浆结束标准。灌浆结束标准为注入率不大于5 L/min，持续20 min。当孔深小于30 m段可灌性较差时，灌浆结束标准为：压力每升一级，注入率大于10 L/min时，在此压力下灌至注入率小于10 L/min后再升压，直至达到Ⅰ序孔灌浆压力为1.0 MPa或Ⅱ序孔为1.5 MPa，且注入率小于3.0 L/min、持续10 min后结束。

3 施工方法及技术要求

3.1 潜孔锤与岩芯钻联合钻孔的灌浆方法

潜孔锤开孔时，采用φ146 mm或φ168 mm套管跟进，钻至砾岩层（孔深一般45.0～55.0 m）停止，待埋入φ89 mm或φ108 mm灌浆工作管后，立即拔出跟进套管，在灌浆工作管与孔壁之间回填细砂并尽量充填密实。

在φ89 mm或φ108 mm灌浆工作管内，采用岩芯钻对砾岩和粘土岩钻进，孔径一般控制在φ60 mm或φ75 mm。根据砾岩厚度，可一次钻入粘土岩1.0 m左右，也可以分段钻进。

采用管口封闭、射浆管加长到距孔底0.5 m的孔内循环式灌浆方法。岩芯钻钻孔部位采用自上而下分段钻灌法，特殊情况可一次灌注；潜孔锤钻孔部位采用自下而上分段（段长3.0 m）灌浆法，灌完一段后立即起拔一节灌浆工作管。

3.2 潜孔锤钻入粘土岩的灌浆方法

3.2.1 分序施工，边钻边灌法

（1）施工程序。潜孔锤钻孔、φ146 mm或φ168 mm套管跟进至终孔→下入φ89 mm或φ108 mm灌浆工作管→拔跟进套管→填细砂或粘土浆封闭→在灌浆工作管内下入φ25 mm射浆管→起拔灌浆工作管3.0 m→安装孔口装置→第一段灌浆→起拔灌浆工作管3.0 m→安装孔口装置→第二段灌浆。以此类推，直至最顶段灌浆。

（2）技术要求。①每排孔分两序施工，正在灌浆的孔周6.0 m范围内不得进行潜孔锤钻孔作业；②先灌下游排孔，再灌上游排孔，后灌中间排孔；③采用管口封闭、射浆管加长的孔内循环式灌浆；④若不采用下入射浆管孔内循环式灌浆，应将灌浆工作管底部3.0 m制成花管，待第一段灌浆结束后再上拔。

该灌浆方法减少了灌浆孔相互串浆的机会，有利于灌浆工作管的起拔，但潜孔锤对已灌浆部位反复钻孔，对浆液胶结有破坏作用，会影响防渗效果。

3.2.2 先钻后灌法

（1）施工程序。潜孔锤钻孔、套管跟进至终孔→下入φ50 mm钻杆或φ89 mm地质管（底部3.0 m为花管）作为灌浆工作管→拔跟进套管→填细砂或粘土浆封闭→安装孔口装置→第一段灌浆→起拔灌浆工作管3.0 m→安装孔口装置→第二段灌浆。以此类推，直至最顶段灌浆。

（2）技术要求。①一个单元工程内，相邻的两排同序孔全部钻出后埋入灌浆工作管；②潜孔锤钻孔位置距灌浆孔距离不得少于8.0 m；③采取无塞上提纯压式灌浆方法；④每排孔灌浆分两个次序进行，若发现相互串浆时，可同时灌注。

该方法避免了潜孔锤对已灌浆区域的破坏，提高了灌浆防渗效果；但一次钻出的灌浆孔多，灌浆工作管的用量大，同时增加了串浆机会，可能造成拔管困难，加大灌浆工作管的损耗，增加灌浆成本。

4 特殊情况处理

（1）岩芯钻钻孔塌孔处理。钻孔过程中如果发现塌孔，不得盲目钻进，否则极易发生孔内事故，量测孔深时往往与钻孔深度误差很大，费时费力又没有效果，主要采取稀粘土浆固壁、起钻进行灌浆处理后再钻进的措施。

（2）潜孔锤钻孔对灌浆的影响。钻孔采用中高风压，对地层破坏严重，尤其是对灌浆结束时间不长尚未达到强度要求的部位，钻孔会造成新的通道，故应尽量将空压机风压调到最低，并保证灌浆结束7 d后再进行周围孔的钻孔，采取不分序、一端向另一端推进、钻孔和灌浆保持一定安全距离的施工方法。

（3）漏浆处理。灌浆过程中，如果发现浆液大量流失或长时间没有灌浆压力，采取以下措施：①缩短灌浆段长；②灌注水泥砂浆；③掺加水玻璃等速凝剂。

（4）最顶段灌浆管周围冒浆处理。最顶段地层为粉细砂和砂壤土，上部又无混凝土盖重，如灌浆工作管与钻孔孔壁之间回填不够密实，反复起拔，会造成管壁与周围有空隙，灌浆过程中浆液就会沿灌浆工作管外壁或地表渗漏，主要采取以下措施预防和处理：①充填过程中边填边用水冲，尽量使灌浆工作管与钻孔孔壁充填密实；②每次拔管后将灌浆工作管四周重新夯实；③对渗漏部位人工挖坑回填粘土并夯实；④采用浓浆、低压循环、间歇灌注，延长灌浆时间；⑤对孔段待凝，进行复灌处理。

（5）灌浆工作管起拔困难处理。灌浆工作管一般选用φ50 mm或φ108 mm地质管，在起拔跟进套管前埋入，灌完一段3.0 m后起拔一次，人工起拔难已完成时，采取以下几种措施：①采购专用拔管机拔管；②用岩芯钻机和吊锤打松灌浆工作管后，再用钻机起拔；③灌浆工作管在下入前管外壁刷机油，与孔壁间回填粘土浆；④按设计配合比灌注水泥粘土浆，尽量不灌注纯水泥浆。

5 结论和建议

5.1 结论

（1）对于深厚砂砾石层帷幕灌浆工程而言，岩芯钻机泥浆固壁钻孔技术效率不高，而潜孔锤钻孔效率可达8.0～10.0 m/h，采用潜孔锤钻到终孔或潜孔锤与岩芯钻机相结合的施工方法，可加快施工进度，确保节点工期。

（2）无论是底部设花管采取纯压式灌浆还是底部不设花管采取孔内循环式灌浆，只要灌浆过程中底部花管眼不堵塞，注入量没多大变化，对灌浆质量无影响。

（3）砾岩层岩体胶结差，可灌性好，适度加大砾岩层的灌浆段长，对灌浆质量无太大影响。厚度小于30.0 m的砂砾石地层，含砂量高，层间密实，可灌性差，采取纯水泥浆灌注、增大灌浆压力和提高结束标准等措施很有必要。

（4）砂砾石地层灌注水泥粘土浆，能有效堵塞渗漏通道，充填缝隙，形成相对隔水层，减少渗漏量，起到截渗作用，通过辅助排水，能保证箱涵在干地条件下作业，满足工程的需要。

5.2 建议

（1）潜孔锤开孔是关键，掌握不好容易发生偏斜，开孔时采取人工辅助措施，严格控制钻孔垂直度，同时，潜孔锤造孔对地层破坏比较大，人为增大钻孔距离（至少8.0 m以上）和灌浆后的间隔时间（不少于7 d），对灌浆质量有益无害。

（2）保证灌浆工作管与孔壁间充填密实，不从管壁周围冒浆是灌浆成功的前提。

（3）灌浆工作管管底3.0 m设花管，每段在灌浆前用压力水冲洗，将花管孔眼冲通，既能使孔管内的小砂石冲出管外，又不违背每段开灌浆液由稀至浓的原则，还有利于灌浆工作管的起拔，可大大减少发生孔内事故的几率。

（4）不同地质条件的地层，在施工过程中适当调整施工参数和施工工艺，可保证施工质量，提高工作效率；对下部卵砾石地层灌注水泥粘土浆，而对上部含砂量较大的砂砾层灌注纯水泥浆，可达到较好的防渗效果。