南水北调中线岗头隧洞回填及固结灌浆施工技术

　　摘要：隧洞在混凝土衬砌施工结束后，为提高围岩承载能力和减少渗漏，采用灌浆施工措施对围岩进行加固，特别是对围岩裂隙较发育的洞段进行灌浆，对围岩稳定、保证安全运行、延长隧洞寿命有显著的作用。对南水北调中线京石段应急供水工程漕河段岗头隧洞回填及固结灌浆施工技术进行总结研究，主要阐述了岗头隧洞的地质特点，对回填灌浆和固结灌浆的工艺设计和施工进行总结，结合现场施工过程对灌浆质量控制和特殊情况处理进行介绍。

　　关键词：南水北调中线工程；输水隧洞；回填灌浆；固结灌浆

　　中图分类号：TV543+.3 文献标识码：B 文章编号：2095-0144（2011）02-0052-02

　　1 工程概况

　　南水北调中线总干渠岗头隧洞是南水北调中线京石段应急供水工程的重要组成部分。设计流量125 m3/s，加大流量150 m3/s。岗头隧洞采用双线布置，进口分流角为35°，出口分流角为25°。两洞轴线间距离为28.4 m。进口段长65 m，出口段长85 m。单洞洞身段长1 650 m（隧洞施工桩号为378+467～380+117），为无压圆拱直墙断面。洞内衬砌形式分两种。一种为钢筋混凝土全断面衬砌，另一种为底板加边墙的减糙混凝土衬砌。全断面衬砌主要为“A”型和“D”型两种，设在洞口及洞内Ⅲ、Ⅳ类围岩段，“A”型断面混凝土衬砌厚度为70 cm，“D”型断面混凝土衬砌厚度为80 cm。减糙混凝土衬砌设在Ⅱ类围岩或Ⅲ类围岩洞段，即“B”型和“C”型两种开挖断面，衬砌厚度均为25 cm。混凝土衬砌底板部位均设有50 cm×50 cm的“八”字形抹角。洞内设计净宽分别为7.8 m和8.4 m，衬砌后洞中轴高8.25 m。洞内混凝土衬砌强度等级为C25W4F100。全断面衬砌内设双层钢筋网，减糙混凝土内设单层钢筋网。

　　2 地质条件

　　岗头隧洞建筑物区处于舒缓向斜构造中，洞身段为层状岩体单一结构，岩性含燧石条带白云岩，地表均为弱风化岩，向斜轴部位于桩号379+260.0 m 附近。岗头隧洞洞身段在开挖过程中揭露的断层共有6 条，主要发育为F1 （桩号378+614.0）、F2（桩号379+324.0）、F3（桩号379+014.0）。在隧洞口处尚发育有5 条小段层。

　　隧洞进口段节理破坏了围岩的整体性，节理及层理发育，岩石完整性差，层面和节理面有泥膜，泥膜厚度2～4 mm，节理面锈染严重，由隧洞的进口位置至下游150 m以内为构造发育带，岩石表面有较小的溶蚀孔洞及空隙，大部为1～2 m，个别达到6 m溶洞中或溶隙中大部有黏土碎石充填，少数无充填物。

　　隧洞洞内在施工过程中揭露多条破碎带，总体走向为NE50°～65°、倾向NW、倾角78°～85°，破碎带内有碎石红黏土充填，每条破碎带的宽度不等。隧洞出口段顶拱的层间夹泥及层理发育，NE、NW 向的两组节理穿透岩层。出口右洞150 m范围内岩层层间夹有薄层千枚化页岩。

　　开挖揭露的地质情况为，Ⅳ类围岩1 003 m（左洞491 m，右洞512 m），占洞长的30.7％；Ⅲ类围岩482 m（左洞338 m，右洞144 m），占洞长的14.6％；Ⅱ类围岩1 815 m（左洞821 m，右洞994 m），占洞长的54.7％。

　　为了保证隧洞在施工期和输水运行期的安全，对隧洞内全断面混凝土衬砌的部位进行灌浆施工，来增强洞室围岩的抗渗性、完整性和承载强度。隧洞灌浆施工包括回填灌浆和固结灌浆两种，灌浆分区段施工完毕后要进行排水孔的施工，灌浆施工部位分别位于隧洞左洞和右洞全断面衬砌断面，隧洞顶拱部位进行回填灌浆，边墙及顶拱进行固结灌浆。

　　3 灌浆设计与施工

　　在输水隧洞工程施工中，由于岩石的地质、衬砌混凝土浇筑及混凝土终凝的收缩等原因，隧洞灌浆主要有：岩石固结灌浆、隧洞顶拱90°～120°的范围进行脱空回填灌浆、衬砌混凝土与围岩接触面接触灌浆等隧洞灌浆施工措施。其目的主要是改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学性能，从而保证隧洞安全运行。岗头隧洞灌浆施工过程包括：全断面衬砌混凝土浇筑→回填灌浆钻孔→回填灌浆→岩石固结灌浆→灌浆检查→排水孔施工。

　　3.1 回填灌浆

　　岗头隧洞全断面衬砌混凝土采取钢模台车和泵送混凝土方式进行施工。顶拱混凝土受施工条件限制，混凝土振捣效果一般，混凝土与围岩之间存在缝隙。衬砌混凝土与围岩之间的缝隙采用回填灌浆方式进行灌浆，使围岩与衬砌混凝土完整结合共同的承载外界作用，改善衬砌的受力条件。回填灌浆的范围在顶拱中心角90°～120°。

　　回填灌浆孔采用在预埋管中钻孔的方法，预埋管若与排水管、锚杆或挂网钢筋发生干扰时可适当调整孔位。钻孔采用YT28 型气腿式手风钻，孔径为42 mm，孔深为入岩0.1 m控制，排距3.33 m。回填灌浆在衬砌混凝土达到70%设计强度后进行。顶拱回填灌浆分区段进行，每区段长度不大于40 m，区段端部进行封堵处理。灌浆前对衬砌混凝土的施工缝和混凝土缺陷等进行全面检查，对可能漏浆的部位及时处理。

　　回填灌浆压力采用0.3～0.5 MPa。I 序孔灌注0.5∶1 的纯水泥浆灌注，Ⅱ序孔灌注1∶1、0.6∶1 或0.5∶1 的水泥浆；空隙大的部位可采用水泥砂浆灌注，掺砂量不大于水泥重量的200%。回填灌浆在设计压力下，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注10 min 即可结束。回填灌浆按照两个次序进行，顶孔为二序孔，施工按照由低的一端开始向高的一端推进原则，同一区段内的同一次序孔可全部或部分钻出后，再进行灌浆。也可单孔分序钻进和灌浆，在灌浆时如其他回填灌浆孔串浆，则待串浆孔返浆浓度接近0.5∶1 后对其孔口进行封闭，与灌浆孔同时灌至结束。灌浆孔灌浆完毕后，使用干硬性水泥砂浆将钻孔封填密实，孔口压抹齐平。

　　回填灌浆中的工艺控制是灌浆质量的重要保证，回填灌浆应连续进行，因故中断的灌浆孔应按设计要求扫孔，再进行复灌，直到达到要求。回填灌浆质量检查在该部位结束7d 后进行。检查孔布置在脱空较大、串浆孔集中以及灌浆情况异常的部位，其数量宜为灌浆总数的5%。检查孔可采用钻孔注浆法，即注水灰比2∶1 的浆液，在规定的压力下，初始10min 内注入量不超过10 L认为合格，检查孔结束后，应使用水泥砂浆将钻孔封密实，孔口抹齐抹平。

　　3.2 固结灌浆

　　固结灌浆是加固围岩、提高围岩承载能力和减少渗漏的重要措施，特别是对围岩裂隙较发育的洞段进行灌浆，对围岩稳定、保证安全运行、延长隧洞寿命有显著的作用。固结灌浆工作应在回填灌浆结束7 d 后进行，回填灌浆检查合格后进行，钻孔采用YT28 风钻在预留孔内钻进，钻孔孔径为50mm，孔深入岩4.8 m，排距3.33 m，梅花形布置。施钻孔按照灌浆顺序，分序分段进行，实际开孔孔位与设计孔位偏差值不大于10 cm。固结钻孔结束后灌浆前，对钻孔进行裂隙冲洗，裂隙冲洗冲孔压力为灌浆压力的80%，若该值超过1 MPa 时，采用1 MPa，冲孔至回清水10 min 后为止。固结灌浆孔灌浆前的压水试验，在裂隙冲洗后进行，选取试验孔为灌浆孔总数的5%进行压水试验，压水试验采用“单点法”，压水压力为灌浆压力的80%且不大于1 MPa。单点法压水试验每5 min 测读一次压入流量，连续4 次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1.0 L/mim 方可结束，取最终值为计算值。

　　固结灌浆采用纯压式。灌浆压力0.5～0.6 MPa，灌浆浆液配合比采用3∶1～0.5∶1，浆液水灰比通过现场试验确定。灌浆采用“环间分序、环内加密”的原则施工；环间两序，环内两序；灌浆前先对第一序孔轮灌，待第一序孔灌浆结束后，再进行第二序孔灌浆。但对于注入量较小的地段，可对同环同序对称孔进行并联灌注。并联孔数不宜多于3 个，并应控制压力以防岩石面或混凝土面抬动。灌浆孔全孔一次灌注，段长为4.8 m，灌浆塞位距孔口30 cm左右，灌浆采用自动记录仪或手写记录。在规定压力下，当灌浆孔注入率不大于1.0L/min 时起，继续灌注30 min 结束。

　　灌浆结束后，应清除孔内积水和污物，采用干湿适度的水泥砂浆利用“封孔器”进行封孔。对于地质条件较差地段，可掺加堵漏剂进行封孔。封孔应保证充填密实，孔口处压光抹平。

　　4 灌浆质量控制及特殊情况处理

　　4.1 灌浆质量控制措施

　　南水北调中线工程属国家重点工程，工程等级和要求很高，灌浆施工是隧洞施工中重要环节，灌浆质量的情况直接影响隧洞工程的质量。灌浆质量控制工程中严格按照规范和设计要求进行，施工中着重从造孔、原材料、灌浆过程、后期检验等方面进行质量控制。

　　首先严格按施工图纸进行孔位放样，施工中严格按照孔位施工，孔位偏差控制在0.1 m以内。终孔孔深偏差不得大于±0.1 m。用于灌浆的水泥由物质部门提供。进场水泥必须有材质证明或出厂合格证，各项指标符合规范要求。其它材料按采购控制程序采购，确保选择合格生产厂家。全部原材料进场后均材进行验收和抽检，合格后方可入库，并填写验收和抽检记录。

　　浆液制备过程中严格控制称量误差和浆液的搅拌时间，浆液的比重定时检测，保证浆液的质量。灌浆前对压力表及灌浆泵进行调试，保证灌浆压力的准确性。所选用的压力表灵敏且能满足灌浆压力要求。灌浆泵容许工作压力大于最大灌浆压力的1.5 倍，并有足够的排浆量和稳定的工作性能。

　　在每道施工工序结束后，按照“三检制”方式对工程质量进行检验，认真填写检验记录。工程完工后组织相关人员进行阶段性验收，并提交相关资料。所有灌浆孔在钻孔结束后灌浆前对孔口加以保护，灌浆封孔结束后及时对孔口空余段进行水泥砂浆的封堵。

　　4.2 特殊问题处理

　　（1）强风化层处理

　　施工遇有强风化层时，施工过程中易发生塌孔、掉块现象，且下浆量较大。灌浆施工过程中，采用适当延长屏浆时间、待凝等方法，避免续钻时发生塌孔等现象。

　　（2）漏浆处理

　　灌浆时，如岩面裂缝漏浆，可采用表面嵌缝、间歇、限流、限量、浓浆灌注、待凝等方法处理。当缝隙较大灌浆难于进行时，中断并通知土建部门进行封堵后，再进行灌浆作业。

　　（3）灌浆工作若因故中断处理原则

　　及早恢复灌浆。否则应立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆；恢复灌浆时应使用开灌比级的水泥浆液进行灌注，如注入率与中断前的相近，即改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前增加较多，则浆液应逐级加浓继续灌注；恢复灌浆后，如注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止即浆，立刻采取补救措施。

　　（4）灌浆段注入量大，灌浆难于结束措施处理措施

　　低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；该段经处理后应扫孔，重新依照技术要求进行灌浆，直至结束。

　　5 结语

　　灌浆工作是岗头隧洞施工中的重要环节。隧洞内部分洞段地质条件复杂，对隧洞施工及输水运行产生不利影响，通过灌浆施工使衬砌混凝土与围岩紧密结合，共同受力，提高围岩的整体性。隧洞内不良地质段经过混凝土衬砌、回填灌浆及固结灌浆后，达至加固围岩及改善隧洞运行条件的作用。灌浆结束后，通过压水试验检查灌浆质量，全部灌浆施工区域均能达到规范和设计要求。

　　参考文献：

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　　［2］郭天明.论水工隧洞灌浆方法［J］.山西水利，2007，23，（6）：75-76.

　　［3］张海深，张培海.浅谈水工隧洞灌浆施工技术［J］. 中国水运，2009，9（6）：229-230.

　　作者简介：胡靖宇（1976-），男，河南汝南人，助理工程师，研究方向为水利水电建筑工程施工。