输水隧洞固结灌浆设计探讨

2016-09-24范永平

海河水利 2016年4期

范永平，周　明

输水隧洞固结灌浆设计探讨

范永平1，周明2

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222；2.宁夏水务投资集团公司，宁夏银川750002）

在水工输水隧洞上，固结灌浆是加固围岩、提高围岩承载能力及减少渗透的重要措施，合理的固结灌浆设计对隧洞安全尤为重要。结合宁夏固原地区（宁夏中南部）城乡饮水安全水源工程7#输水隧洞，对小断面隧洞的固结灌浆设计进行了探讨，根据现场生产性试验，提出4孔、5孔交错布置的设计方案。结果表明，该方案的实施在减少工期、节省投资的同时，灌浆效果满足设计要求，可供类似工程参考。

输水隧洞；小断面；现场试验；固结灌浆

1　工程概况

宁夏固原地区（宁夏中南部）城乡饮水安全水源工程7#（大湾）隧洞为无压输水隧洞，洞长10.6 km，平均埋深165 m，最大埋深310 m，最大外水水头245 m，是工程单洞最长、埋深最大的洞段。洞线穿越多个走向近南北的深沟，多数沟内常年有水。隧洞区地下水以第四系松散层孔隙潜水和白垩系基岩裂隙水为主，局部地带表现出裂隙潜水的特征，接受沟谷河水及上层潜水补给。7#隧洞主要围岩是灰色泥页岩（K1n1）、泥岩与泥灰岩互层（K1n2）和泥岩夹薄层泥灰岩（K1n3）。

7#隧洞为小断面施工，地质条件复杂。为了提高围岩的强度和稳定性，对于断层破碎带密集和富含地下水段，采用全断面固结灌浆。施工阶段的预设计为：排距3 m，每环6孔，孔深2.5 m。隧洞空间狭窄，断面宽度仅有3.4 m，高度约3.3 m。因此，通过生产性试验选择合理的间排距、施工工艺和施工方法，在满足设计要求的同时发挥加快施工进度、保证施工质量的重要作用。

2　灌浆现场生产性试验及结果

固结灌浆生产性试验的目的主要是确定水泥灌浆浆液相关特性、灌浆压力、水灰比、孔距、排距等灌浆工艺参数以及钻孔、灌浆的方式方法，为整个隧洞固结灌浆提供合理的灌浆参数。

考虑到确保固结灌浆质量的同时需加快施工的进度，项目实施过程中选择典型洞段（7#隧洞）进行了3次现场生产性试验，试验结果作为确定灌浆孔间排距、灌浆压力、水灰比等灌浆参数的依据。现场生产性试验参数，见表1。

表1　现场生产性试验参数

2.1第一次灌浆试验检查结果

3个单元的试验区共布设6个检查孔，6个检查孔压水试验吕荣值全部小于5 Lu，达到了设计要求。压水试验透水率，见表2。

表2　压水试验透水率

2.2第二次灌浆试验检查结果

根据检查孔透水率分析，IV2类围岩两组试验透水率均小于5 Lu，能够满足设计要求；V类围岩第一组试验透水率小于5 Lu，达到设计要求；V类围岩第二组试验透水率大于5 Lu，达不到设计要求。压水试验透水率，见表3。

表3　压水试验透水率

2.3第三次灌浆试验检查结果

根据检查孔透水率分析，IV2、V类围岩两组试验透水率均小于5 Lu，能够满足设计要求。压水试验透水率，见表4。

表4　压水试验透水率

根据3次固结灌浆现场生产性试验结果，结合水工隧洞设计规范对固结灌浆的要求，最终确定了固结灌浆段距、环距的设计参数。其中，Ⅳ2类围岩洞段灌浆段距4.5 m，一序孔环距为4孔，二序孔环距为5孔；V1类围岩洞段灌浆段距3 m，一序孔环距为4孔，二序孔环距为5孔。其他灌浆技术参数按照现场试验结果执行。

3　固结灌浆施工

本工程在IV2类围岩断层带、V类围岩隧洞段进行固结灌浆，固结灌浆孔深入基岩2.5 m，每个断面4孔、5孔交错布置，排距分别为4.5、3 m。固结灌浆滞后回填灌浆7 d进行。灌浆按环间分序、环内加密的原则进行。

固结灌浆工艺流程，如图1所示。

图1　固结灌浆工艺流程

固结灌浆孔采用风钻钻孔，钻孔孔径50 mm，孔深入岩2.50 m。固结钻孔结束后采用压力水对钻孔冲洗，由孔底向上冲洗直至回水澄清10 min为止。孔内残存的沉积物厚度不得超过20 cm。然后，用压力水进行裂隙冲洗，冲洗至回水澄清后10 min结束。在裂隙冲洗后进行单点法压水试验。

固结灌浆采用孔口封闭、孔内循环的灌注方式，射浆管距孔底不大于50 cm。设备采用BW250灌浆泵，LHGY-3000型灌浆自动记录仪。每个试验单元中安装1个抬动观测设施，在压水试验及灌浆过程中均进行抬动变形观测，做到人不离表，并做好记录。

固结灌浆浆液由稀至浓逐级变换，水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1四个比级。当灌浆压力保持不变、注入率持续减少或注入率保持不变、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达300 L以上或灌注时间达1 h而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应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。固结灌浆在规定压力下，当注入率不大于1 L/min继续灌注30 min，即可结束。

灌浆孔灌浆结束后，应排除钻孔内的积水和污物，采用全孔灌浆封孔法进行封孔，并将孔口抹平。

灌浆结束7 d后对灌浆部位进行固结灌浆检查，本工程的固结灌浆检查采用单点法压水，同时要求检查孔的数量不少于固结灌浆孔总数的5％。检查孔检测完毕后，采用压力灌浆封孔。

经检测，所有检查孔全部满足q≤5 Lu，达到了设计要求。