陶永杰 何杰
中国水利水电第三工程局有限公司 甘肃 兰州 730070
摘要：是输水隧洞工程对设计、施工要求极高，而且作业环境复杂，经常遇到各种因地质条件较差而带来的困难，其中地下水渗漏便是最常见问题之一，而固结灌浆则是堵漏的常用方法之一。
关键词：固结灌浆；配比设计；注浆孔；布置设计；施工
引言
水利水电工程建设过程中的地质条件与设计、施工方案的选择紧密相关，相关研究学者对复杂地质环境下的水利工程设计进行了深入研究，尤其是当前随着社会经济实力的提升，工程机械设备作用能力得到显著提高，例如在高水头、长引水的隧洞水利工程施工中，得到广泛应用。
1灌浆压力选择
目前，国内外普遍的发展趋势是，在不发生水力劈裂的前提下，尽量选择较高灌浆压力，主要是为了克服浆液自身的粘滞阻力和围岩裂隙阻力来提高灌浆效果。灌浆压力是保证灌浆效果的一个重要因素，常规情况下，灌浆压力越高，灌浆效果越好，因为灌浆时浆液扩散范围大，能够进入围岩的细小裂隙，大大提高围岩的整体性。水工隧洞灌浆压力值一般按照隧洞内水压力值的1.5—2.0倍选取，原则上低压隧洞取高值，高压隧洞取低值，但最终选取应小于围岩的最小主应力σmin。在追求高压灌浆时，既要达到浆液充分充填，又要充分考虑到过高压力可能造成局部围岩发生水力劈裂现象，以及对已衬砌结构造成不必要的破坏等问题。另外低压隧洞灌浆压力取值还应考虑到技术经济性的问题。
2固结灌浆技术参数设计分析
2.1浆液材料配比设计
（1）浆液主要材料
1）水泥水泥种类较多，本项目从材料来源、价格成本、注浆效果等方面综合考虑，最终确定使用普通硅酸盐水泥，具体标号为42.5R。
2）水玻璃水玻璃本质是由Na2SiO2构成的易溶于水的浓稠液体，具有灌装性好、价格便宜、凝结时间可控等特点，可作为灌浆添加剂（固化剂）使用。
（2）最佳配比的确定
本项目设计采用“水泥+水玻璃”的双料浆液，可有效避免单一水泥浆液凝结时间长、注浆难以控制、动水影响下结石率低等问题，有效提高了堵水效果，在隧道、井巷等工程涌水问题中得到了广泛应用。但不同配比也会对浆液性能产生重要影响，在此进行试验对比来确定最佳配比。
2.2注浆孔布置参数设计
（1）注浆孔间距及深度
固结灌浆技术需要形成一个封闭帷幕，防止水渗漏到隧洞。因此各孔注入的浆液必须扩散连接一片，不得存在间隙。
（2）注浆孔布置形式
设计在局部出水点的部位，布孔间排距为2.2m×1.5m，在渗水量较大部位间排距1.0m×1.0m，呈梅花形布置，孔向呈放射状。
3灌浆浆液性能的选择
3.1浆液水灰比的优选
加入的大量的水，使浆液易灌入会导致浆液非常容易发生泌水沉淀从而导致不稳定，大量余水在高灌浆压力下排出，从而使浆液在设计浓度下在岩体裂隙中均匀有效扩散，浆液凝固干缩后会留下空穴或渗漏水通道，使得疏松的水泥结石在地下水的作用下很快溶蚀掉，进而影响灌浆质量，达不到既定要求。
浆液结石强度是一项重要的技术指标，设计强度大于15-20MPa为宜，浓浆和稀浆灌注后的结石强度和耐久性以及保持岩体的整体性效果是完全不同的。浓浆灌注后的结石强度高、耐久性强，而稀浆灌注后的结石强度低、耐久性弱，影响隧洞施工整体质量。
大量灌浆试验结果表明，当水灰比大于1.5:1的时候，结石强度较低、耐久性不好。因此，为了保证获得稳定的灌注浆液、为了获得高强度结石强度、为了保证固结灌浆质量，进而保证隧洞施工整体质量，建议隧洞施工围岩的固结灌浆水灰比控制在0.6:1-1.5:1，具体情况根据周围岩体的地质条件和内水压力来控制。
3.2水泥细度选择
实际上水泥浆液水灰比不是影响周围岩体裂隙注入能力的最主要的因素，水泥颗粒粒径的影响因素更为关键。当灌浆浆液颗粒的粒径小于裂隙宽度的1/3-1/5时，才易灌入一部分细小裂隙。普通硅酸盐水泥比表面积约3000-4000cm2/g，不易灌入裂隙的缝隙小于0.5mm的岩体，其平均粒径约20μm,最大粒径在44-100μm，容易对细小缝隙造成堵塞或构成桥链，从而阻碍其它细颗粒进入。而超细水泥比表面积可达7000-8000cm2/g，平均粒径约3-6μm,最大粒径约12μm，对于裂隙宽度≥0.1mm的细微裂隙岩层易灌入，较大提高岩体裂隙的灌入度。
3.3单一水灰比控制浆液
当灌浆压力和裂隙开度不发生改变时，注入能力会受浆液的流动性、颗粒粒径和稳定性等因素影响。常规浆液固体悬浮于液体中，发生沉淀和离析，结石强度不高、凝结时间相对较长、沉降稳定性低。隧洞固结灌浆比较适合采用具有较小的析水率、具有良好流动性和较低凝聚力的中等浓度的稳定浆液。浆液水灰比通常控制在0.6:1-1.5:1，这种稳定浆液具有强度高、稳定性好、岩层抬动风险小、水泥颗粒沉淀较少、耐久性好等优特点。
输水工程水工隧洞施工一标隧洞段高压固结灌浆，采用稳定灌浆浆液保证获得密实、坚固的灌浆体，减少了局部岩体水力劈裂的可能，同时以单一水灰比浆体替代多级水灰比灌浆施工程序，灌浆施工质量和工效更容易得到提高，这种灌浆技术逐渐成为现代灌浆技术发展的趋势。
4灌浆方式与灌浆孔径的选择
水工隧洞围岩固结灌浆方式循环式和纯压式两种。当设计要求必须严格采用孔内循环法灌浆施工时,那么钻孔孔径至少是孔口2m段应采用孔径不小于65mm的钻孔,否则无法在灌浆塞内同时插入2个灌浆管（1个进浆管、1个出浆管），灌浆施工工艺较为复杂,而且当需要高压灌浆（灌浆压力大于3MPa）时，因为孔口塞尺寸大，高压时可能稳不住塞位而导致无法完成高压灌浆施工。如果采用纯压式灌浆，由于孔内灌浆塞只需要插入1个灌浆管就可以，灌浆钻孔孔径可为手风钻孔径42—45mm，施工工艺相对简单,高压灌浆也有成功实例。桐柏抽蓄、天荒坪抽蓄、泰安抽蓄、清原3等电站建设工程的水工隧洞固结灌浆压力均不小于5MPa，最大灌浆压力可达到9MPa，孔内循环灌浆在如此高压条件下施工较困难，这些工程实际灌浆施工过程中均采用孔口循环纯压式灌浆，保证了合理的施工造价、进度和施工可操性。为了保证纯压式灌浆的质量，设计选择稳定灌浆浆液，尽可能避免长时间纯压式灌浆出现的浆液泌水严重、沉淀和水泥颗粒离析等影响灌浆质量情况的出现，而且进一步缩短了灌浆段长度。
结语
浆液配比是该技术应用成功与否的重要先决条件，总结多个失败实例，其中60%与浆液质量有关。因此，技术人员要紧密结合隧洞围岩实际情况，在参照其他工程经验及理论计算基础上再进行调整，切不可直接照搬。
参考文献
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