严厚治
中国安能集团第三工程局有限公司 四川省 成都611130
摘 要：固结灌浆其主要目的是为了限制围岩松弛圈变形，防止Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段松弛圈深度随时间推移进一步加深扩大而诱发地质灾害，同时，为利于后期施工，确保后续下半洞开挖支护施工安全，有必要尽早研究Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段固结灌浆方案。本文依托硬梁包水电站引水隧洞大断面洞室塌方的工程实际，深入研究不良地质段围岩的影响因素及其力学机理，汇总了施工中采用的技术参数，以期为今后类似工程不良地质段围岩处理方案提供借鉴和参考。
关键词：大断面；固结灌浆；引水隧洞；施工技术
1.工程概况
硬梁包水电站引水隧洞为两条平行布置的隧洞，1#、2#引水隧洞两洞中心间距为60.0m，内径为13.1m，进水口底高程1215.00m，末端调压室处隧洞底高程1198.00m,纵坡分别为i1=0.001192、i2=0.001183。
本次试验分别在1#引水隧洞1+073～1+093m和2#引水隧洞1+150～1+130m洞段进行，梅花形布置孔间排距为3m和2.4m两种，孔深6.0m，1#、2#引水隧洞共布置孔数147个钻孔进行固结灌浆试验。
本次固结灌浆试验于2020年8月12日开始进行准备并进行抬动观测孔的钻孔，至2020年10月20日灌浆工作完成，2020年11月2日进行灌后检查孔的钻孔压水试验，施工总历时53天。
2 固结灌浆试验施工
2.1 抬动变形观测
抬动观测孔孔径为A76mm，孔深8.0m，采用三臂凿岩台车进行造孔，在1#、2#引水隧洞试验区段各布置1个钻孔（1#引水隧洞布置在桩号1＋080m拱顶位置处、2#引水隧洞布置在桩号1＋140m拱顶位置处），各安置1套抬动变形观测装置，其主要施工工艺为：钻孔→埋设抬动变形观测装置→千分表安装→观测→封孔。
2.2灌浆孔的布置参数
固结灌浆孔沿上半洞全断面布置，梅花形布置孔间排距为3m和2.4m两种，孔深6.0m，1#、2#引水隧洞共布置孔数147个钻孔进行固结灌浆试验，具体布置如下：
（1）1#引水隧洞1+073～1+093m：该洞段总体地质为Ⅳ类围岩，梅花形布置孔间排距为3m，共布置孔数59个，钻孔孔径A50mm，孔深6.0m。
（2）2#引水隧洞1+130～1+150m：该洞段总体地质为V类围岩，梅花形布置孔间排距为3m，共布置孔数88个，钻孔孔径A50mm，孔深6.0m。
2.3钻孔
（1）钻孔顺序：抬动观测孔→固灌Ⅰ序孔→固灌Ⅱ序孔→检查孔。
（2）钻孔机具、孔径及孔深：抬动观测孔、固结灌浆孔及质量检查孔均采用三臂凿岩台车进行造孔。其中抬动观测孔造孔造孔孔径A76mm，孔深8.0m；固结灌浆Ⅰ序、Ⅱ序孔造孔孔径A50mm，孔深6.0m；质量检查孔造孔孔径A76mm，孔深6.0m。
2.4钻孔冲洗及裂隙冲洗、压水试验
（1）固结灌浆前进行钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验。采用水压、风压冲洗时其压力值应按以下控制：
①水压：采用相应段的80%的灌浆压力，最大压力不超过1Mpa。
②风压：采用相应段50%的灌浆压力，但最大压力不超过0.5Mpa。
（2）钻孔冲洗：
钻孔冲洗采用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗，直至回水澄清后10min结束，对于若因钻孔冲洗或压水试验造成孔壁塌孔的则改用高压风冲洗干净即可。
（3）裂隙冲洗：
钻孔冲孔后,各类固灌孔均应进行裂隙冲洗，单孔裂隙采用压力水冲洗, 结合压水试验进行，至回水澄清止,总冲洗时间应≥20min；当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔灌浆结束不足24h时，不得进行裂隙冲洗；灌浆孔裂隙冲洗后，立即连续进行灌浆作业，因故中断时间间隔不超过24h。
2.5灌浆施工
（1）施工程序：
固结灌浆按环间分序、环内加密的原则进行，分两序施工，先进行Ⅰ序孔钻灌，再进行Ⅱ序孔的钻灌。具体钻灌施工程序为：抬动观测孔钻孔→抬动观测装置按照→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→质量检查孔钻施工。
（2）灌浆压力：
按设计图纸固结分两序施工，且根据钻孔情况及前述地质情况描述可知固结段地质情况比较差，因此Ⅰ序孔灌浆压力按照不大于0.5Mpa进行控制，Ⅱ序孔灌浆压力按照不大于0.6Mpa进行控制。
表5.5-1 灌浆压力与注入率关系表
灌浆压力（Mpa） 0.2～0.1 0.2～0.5 0.5～1.0 1.0～1.5
注入率（L/min） 30～50 20～30 10～20 ＜10
（3）灌浆水灰比及浆液变换：
固结灌浆试验采用强度等级为四川二郎山牌P042.5R级的普通硅酸盐水泥，灌浆水灰比为2:1、1:1、0.8:1、0.5:1共四个比级,并遵照由稀到浓逐级变换的原则，本次试验区段起灌水灰比为1:1。
当某一比级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达30min，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30L／min时，根据施工具体情况，进行越级变浓。
（4）灌浆结束标准：
本次试验段单孔灌浆在达到最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注30min，结束灌浆。
3成果分析
3.1岩体可灌性分析
1）1#引水隧洞试验区的平均透水率为9.45Lu ，其中Ⅰ序孔的平均透水率为9.86Lu，Ⅱ序孔的平均透水率为8.99Lu，平均单位注入水泥量为72.68kg/m。
2）2#引水隧洞试验区的平均透水率为19.22Lu ，其中Ⅰ序孔的平均透水率为22.85Lu，Ⅱ序孔的平均透水率为14.86Lu，平均单位注入水泥量为228.35kg/m。
3）从试验区的灌浆成果及以上分析看：
①整个试验区在设计压力下，没有抬动产生。
② 1#引水隧洞Ⅳ类围岩试验区浆液扩散度不明显，2#引水隧洞Ⅴ类围岩试验区浆液扩散度明显，且灌浆过程中存在串孔的情况。
③地层不均一。
从灌浆成果一览比分析，水泥注入量的大小与灌前透水率的大小基本匹配，即该孔段的灌前透水率越大（小），则相应的水泥注入量越大（小）。
3.2抬动孔分析
引水隧洞及2#引水隧洞试验区各布置有1组抬动变形观测装置，观测孔周边10m范围内的灌浆孔段在裂隙冲洗、压水及灌浆过程中均指派专人进行抬动变形观测和记录，当灌浆压力上升及上升达到新的稳定压力30min内，每10min测记一次读数，试验区段内固结灌浆岩壁均未发生抬动变化。
5.1结论
（1）本次2个试验区段固结灌浆按环间分序、环内加密的原则进行，分两序施工，先进行Ⅰ序孔钻灌，再进行Ⅱ序孔的钻灌的施工方法是可行的，虽然部分孔因地质原因在耗灰量上有一定的差异，但并未对结果产生直接的影响。经灌浆后压水检测证明，检查结果指标基本都能符合设计要求。Ⅰ序孔钻灌采用最大压力0.5Mpa、Ⅱ序孔钻灌采用最大压力0.6Mpa对试验区段岩体未产生抬动现象，因此本次试验总体上来说是成功的。
（2）各试验区段Ⅰ序孔灌浆时有一定的绕渗作用，但总体上并未对灌浆质量生产影响，Ⅱ序孔绕渗现象大大减少，说明分序施工对地质较差岩石地带是合理的。
（3）从灌浆后质量检查孔压水结果与灌前压水透水率对比可以说明，灌前属强透水，通过灌浆后，得到明显改善。
（4）从灌浆后围岩收敛沉降观测数据分析，灌浆后1#引水隧洞1+073～1+093m（Ⅳ类围岩）和2#引水隧洞1+150～1+130m洞段（Ⅴ类围岩）围岩总体趋于稳定，未发现较大沉降变形，说明固结灌浆后对控制围岩收敛沉降变及围岩松弛圈形效果是明显的。
参考文献：
[1]于曼. 水工隧洞固结灌浆试验过程研究[J]. 陕西水利, 2019, No.220(05):149-151.
[2]单柏翔. 浅谈引水隧洞冒顶塌方处理方案[J]. 陕西水利, 2018, No.212(03):196-197.