周 榮，王志超，王 豐

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 611130)

0 前 言

中國(guó)現(xiàn)行DL/T 5148—2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》[1]中，對(duì)于地下洞室帷幕灌漿的相關(guān)技術(shù)要求，僅適合于灌漿鉆孔內(nèi)呈干孔狀態(tài)或孔內(nèi)雖有地下水但水位在孔口高程以下的情況，而當(dāng)遇到隧洞或地下洞室位于地下水位以下、巖體裂隙發(fā)育且滲水來(lái)源補(bǔ)給充足(如隧洞穿越河、湖底部或隧洞位于水庫(kù)岸坡的山體內(nèi))、滲透壓力較大時(shí)，往往在灌漿鉆孔完成后孔內(nèi)有大量滲水持續(xù)涌出，在高外水壓力條件下，其灌漿效果有限，且不經(jīng)濟(jì)。在地下洞室或隧道施工中，當(dāng)遇到地下含水層而突發(fā)涌水的情況時(shí)，通常會(huì)采用深孔高壓頂水灌漿的方法進(jìn)行堵漏，但這種方法的主要目的是封堵涌水，且對(duì)涌水點(diǎn)比較集中的單點(diǎn)涌水情況非常有效，但封堵施工時(shí)間較長(zhǎng)。如果運(yùn)用到需快速形成封閉高外水壓力洞室搭接帷幕灌漿施工中，采用該方法灌漿則存在串漿、漏漿的不利情況，灌漿壓力很難達(dá)到要求，且施工時(shí)間較長(zhǎng)不適用于快速封閉。

有鑒于此，研究在高外水壓力大涌水量條件下洞室內(nèi)搭接帷幕灌漿快速施工方法，以達(dá)到技術(shù)合理可行、質(zhì)量可控的目標(biāo)，就顯得非常必要。

1 工程概況

多諾水電站攔河大壩位于四川省九寨溝縣白水江上游一級(jí)支流黑河上，大壩為混凝土面板堆石壩，壩高112.5 m。工程于2014年8月底全部建成并投入運(yùn)行。2017年8月8日，四川省九寨溝縣境內(nèi)發(fā)生里氏7.0級(jí)地震，多諾水電站大壩距震中直線距離46 km，受大壩近壩庫(kù)岸右岸邊坡變形和地震的影響，布置于大壩右岸山體內(nèi)的水庫(kù)原放空洞豎井式閘室的井筒混凝土結(jié)構(gòu)遭受剪切破壞，導(dǎo)致閘室漏水和閘門無(wú)法正常啟閉。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，決定對(duì)放空洞進(jìn)行重建。重建放空洞布置方案為[1]:放空洞進(jìn)口布置在右岸庫(kù)區(qū)近壩處泄洪洞進(jìn)口下部，重建放空洞軸線與原放空洞軸線斜交，通過(guò)豎井與原放空洞結(jié)合；重建放空洞包括有壓進(jìn)口、有壓洞段、液壓閘門室、無(wú)壓洞段和出口段，閘室后無(wú)壓洞段利用原放空洞[1]。其建筑物剖面示意見(jiàn)圖1。

圖1 重建放空洞剖面示意(單位:m)

重建放空洞豎井距離大壩右岸防滲帷幕中心線最近距離為18 m，考慮爆破開(kāi)挖對(duì)防滲帷幕的不利影響，在放空洞穿過(guò)帷幕灌漿處設(shè)計(jì)了搭接帷幕灌漿。搭接帷幕灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)為:在帷幕灌漿中心線兩側(cè)上、下游各布置1排鉆孔，排距1.2 m，每排38孔，鉆孔深入基巖15 m，每排孔沿原放空洞周邊呈放射狀分布，孔夾角10°。搭接帷幕灌漿布置如圖2所示。

圖2 重建放空洞搭接帷幕灌漿布置和施工示意(單位:cm)

2 施工條件及面臨的問(wèn)題

2.1 工程地質(zhì)條件

重建放空洞位于大壩右岸壩肩山脊內(nèi)，山脊上游側(cè)為水庫(kù)近壩庫(kù)岸，呈層狀橫向邊坡，地表監(jiān)測(cè)成果表明:右岸山脊壩肩及泄洪洞進(jìn)口區(qū)域邊坡變形較小，岸坡穩(wěn)定。山脊下游側(cè)為層狀順向邊坡，傾倒變形發(fā)育。整個(gè)右岸山脊物理地質(zhì)作用強(qiáng)烈，巖體完整性差，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。大量的壓水試驗(yàn)成果表明:本區(qū)域巖體透水性較強(qiáng)，強(qiáng)透水區(qū)域廣且存在庫(kù)水集中滲漏點(diǎn)。重建放空洞施工中，地下水問(wèn)題突出，洞室局部破碎段(帶)存在地下水引起的突涌或垮塌風(fēng)險(xiǎn)[1]。

2.2 施工條件

(1)放空洞搭接帷幕灌漿的施工時(shí)段在2020年9月，水庫(kù)在高水位工況下運(yùn)行，庫(kù)水位通常在2 365～2 370 m(正常蓄水位)之間波動(dòng)，搭接帷幕灌漿鉆孔的外水壓力水頭高達(dá)105～110 m[2]。由于隧洞圍巖裂隙發(fā)育、透水性較強(qiáng)，在鉆孔穿過(guò)原放空洞60 cm厚度的鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)和4.5 m深度的固結(jié)灌漿圈后，鉆孔內(nèi)涌水嚴(yán)重，呈射流股狀噴涌而出。

(2)在有蓋重體條件下灌漿。由于原放空洞采用60 cm厚度的鋼筋混凝土進(jìn)行了隧洞襯砌，又進(jìn)行了隧洞頂拱回填灌漿并對(duì)隧洞圍巖進(jìn)行了4.5 m深的固結(jié)灌漿。因此，可以利用原放空洞襯砌和圍巖加固結(jié)構(gòu)作為搭接帷幕灌漿的蓋重體。

(3)施工場(chǎng)地窄狹、工序相互穿插作業(yè)。原放空洞空間尺寸為4.5 m×6.5 m(寬×高)，防滲帷幕中心線前部緊挨著已經(jīng)安裝完成的下彎段鋼襯，由于后續(xù)項(xiàng)目的施工工期較緊，鋼襯回填施工與搭接帷幕鉆灌在工序間相互穿插，受到施工場(chǎng)地狹小的限制，相互間施工干擾較大。

(4)工期緊。搭接帷幕灌漿的施工工期只有1個(gè)月時(shí)間(包含質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn)時(shí)間)。

(5)施工工藝要求。設(shè)計(jì)推薦采用自上而下孔內(nèi)循環(huán)分段灌漿法，第一段孔深0～7 m段、灌漿壓力0.6～0.8 MPa；第二段孔深7～15 m段、灌漿壓力1～1.2 MPa。灌漿使用的水泥漿液水灰比建議采用1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1這4個(gè)比級(jí)。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為:灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率≤1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min結(jié)束。灌后進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢測(cè)，壓水試驗(yàn)透水率要求≤3 Lu。

2.3 施工中面臨的主要問(wèn)題及解決方案

2.3.1 高外水壓力大涌水量條件下施工

由于水庫(kù)運(yùn)行水位較高且岸坡巖體較為破碎，因此，搭接帷幕灌漿施工面臨著高外水壓力、鉆孔大量涌水的難題。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)推薦的搭接帷幕灌漿施工方法的可行性和技術(shù)參數(shù)的合理性，按照技術(shù)要求在帷幕灌漿中心線下游側(cè)的放空洞下平段隧洞左邊墻上，選取了適當(dāng)?shù)木哂写硇缘牡囟芜M(jìn)行了灌漿試驗(yàn)。試驗(yàn)灌漿孔鉆孔深入基巖6 m、孔距2 m、孔徑Φ50 mm，在邊墻同一斷面下部、中部和頂拱拱肩部位各布置1個(gè)孔，共計(jì)3個(gè)鉆孔。試驗(yàn)孔下部鉆孔涌水量較小、拱肩部位鉆孔涌水量最大。對(duì)中部鉆孔進(jìn)行施灌，拱肩部位鉆孔和下部鉆孔孔口未進(jìn)行封閉，按照分段灌漿第一段0.6～0.8 MPa的灌漿壓力，采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)方法，起灌水泥漿液水灰比1:1(未摻加其他外加劑)，隨著灌漿壓力上升，在相鄰的鉆孔中出現(xiàn)水泥漿液隨涌水流失現(xiàn)象，且漿液流失隨灌漿壓力增大呈噴射狀涌出，相鄰鉆孔串漿嚴(yán)重，灌漿壓力也只能在瞬間接近或達(dá)到0.8 MPa，不能維持穩(wěn)定的灌漿壓力，試灌以失敗告終。針對(duì)上述問(wèn)題，采用的解決方案為:(1)單孔鉆灌，即“鉆一孔灌一孔”；(2)全孔一次性灌漿；(3)安裝孔口管和孔口截止閥對(duì)孔口進(jìn)行封閉，純壓式高壓頂水灌注。

2.3.2 工期問(wèn)題

由于搭接帷幕灌漿的施工工期僅有1個(gè)月時(shí)間(包括質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn))，扣除灌漿完成后質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn)所占用的時(shí)間(施工規(guī)范要求灌漿完成14 d后進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢查)，搭接帷幕灌漿鉆灌占用的直線工期僅僅只有15 d左右。因此，為防止鉆孔串漿而采用的“單孔鉆灌”方式不滿足工期要求，故采取“雙孔串聯(lián)并灌”方式施工。

2.3.3 蓋重體抬動(dòng)觀測(cè)和圍巖變形監(jiān)測(cè)問(wèn)題

設(shè)計(jì)要求搭接帷幕灌漿過(guò)程中進(jìn)行圍巖變形監(jiān)測(cè)。這一問(wèn)題的解決方案為:在隧洞底板上進(jìn)行搭接帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)時(shí)設(shè)置抬動(dòng)觀測(cè)裝置進(jìn)行蓋重體抬動(dòng)監(jiān)測(cè)，以確定最終在生產(chǎn)中使用的灌漿施工參數(shù)，灌漿施工參數(shù)確定后，在正常搭接帷幕灌漿施工過(guò)程中不再進(jìn)行蓋重體抬動(dòng)觀測(cè)和隧洞圍巖變形監(jiān)測(cè)。

2.3.4 灌漿漿液分級(jí)問(wèn)題

本工程由于高外水壓力的作用，巖體裂隙中充滿滲水，巖體含水量處于飽和狀態(tài)，不存在漿液進(jìn)入裂隙后巖體吸收水分造成漿液擴(kuò)散度降低或漿材聚集阻礙漿液繼續(xù)擴(kuò)散的問(wèn)題。因此，對(duì)這一問(wèn)題采取的解決方案是采用單一水灰比的純水泥漿液濃漿灌注，水泥漿液水灰比為0.5:1。

2.3.5 鉆孔沖洗和灌前簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)問(wèn)題

由于鉆孔普遍存在涌水問(wèn)題，所以，只對(duì)水平孔或隧洞下部的豎向斜孔進(jìn)行鉆孔沖洗，對(duì)于隧洞上部布置的仰孔不進(jìn)行鉆孔沖洗，鉆孔沖洗壓力選取1 MPa。鉆孔沖洗在安裝孔口管前進(jìn)行，沖洗完成后即進(jìn)行孔口管安裝。為了加快施工進(jìn)度、簡(jiǎn)化施工工序，決定不進(jìn)行灌前簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。

2.3.6 灌漿壓力值選取問(wèn)題

我國(guó)現(xiàn)行DL/T 5148—2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》[3]中規(guī)定:搭接帷幕灌漿的壓力一般為1.0～2.0 MPa，如在主帷幕灌漿之后施工，取大值。而對(duì)于本工程，設(shè)計(jì)建議采用的搭接帷幕最大灌漿壓力為1.0～1.2 MPa。這些灌漿壓力取值均是在鉆孔內(nèi)不存在壓力涌水或僅有極少量滲水的條件下適用，而對(duì)于鉆孔內(nèi)存在壓力涌水的情況，灌漿壓力應(yīng)按下式計(jì)算[4]:

P灌=P涌+P初=1×10-6K1γH+P初。

式中:P灌為實(shí)際灌漿壓力，MPa；P涌為鉆孔內(nèi)涌水壓力，MPa；P初為鉆孔無(wú)涌水情況下的初定灌漿壓力，MPa；K1為滲透壓力折減系數(shù)，取值≤1；γ為水的比重kN/m3，為常數(shù)，取近似值γ=1×104kN/m3；H為鉆孔與庫(kù)水位之間的水頭差，m。

鉆孔內(nèi)涌水壓力P涌的原始數(shù)值需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)閉水測(cè)試取得，此外，也可以采用布置于右岸壩肩山脊上主帷幕上、下游側(cè)的繞壩滲流監(jiān)測(cè)孔觀測(cè)成果，通過(guò)近似計(jì)算取得。參照右岸繞壩滲流監(jiān)測(cè)成果，考慮施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的最不利條件，在最不利工況下，取K1=0.9、H=110 m、P初=2 MPa、γ=1×104kN/m3，通過(guò)計(jì)算，本工程搭接帷幕灌漿的灌漿壓力取P灌=3 MPa。

2.3.7 搭接帷幕灌漿孔封孔問(wèn)題

由于安裝孔口管采用孔口封閉、純壓式灌漿方法。因此，灌漿結(jié)束后關(guān)閉孔口進(jìn)漿閥門即可達(dá)到封孔效果，不再采用其他專門的封孔措施。

3 施工工藝及技術(shù)措施

3.1 施工程序

先鉆灌上游排孔，后鉆灌下游排孔。同一排孔按照“由下而上的次序鉆灌”，即:先鉆灌隧洞底板的孔，再鉆灌隧洞兩側(cè)邊墻的孔，最后鉆灌隧洞頂拱部位的孔。同排鉆孔按照“逐漸加密的原則”分兩序進(jìn)行鉆灌，先鉆灌Ⅰ序孔，后鉆灌Ⅱ序孔。鉆灌全部完成并達(dá)到規(guī)范規(guī)定的齡期要求后進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢查。

每個(gè)灌漿孔的施工程序?yàn)?測(cè)量放點(diǎn)—鉆孔—鉆孔裂隙沖洗—安裝孔口管—安裝灌漿管路系統(tǒng)(包括閥門、測(cè)量?jī)x表等)—進(jìn)行灌漿前準(zhǔn)備(包括安裝、調(diào)試灌漿設(shè)備和記錄儀)—灌漿(包括灌漿記錄及取樣試驗(yàn))—屏漿—灌漿結(jié)束—關(guān)閉進(jìn)漿閥門。

3.2 施工工藝

針對(duì)本項(xiàng)目施工面臨的特殊情況，搭接帷幕灌漿采用的施工工藝為:在有蓋重條件下，純壓式高壓頂水灌注、雙孔串聯(lián)并灌、孔口封閉、單一濃漿、全孔一次性灌漿法。施工工藝原理圖參見(jiàn)圖3。

圖3 高外水壓力大涌水量條件下搭接帷幕灌漿施工工藝原理示意

3.3 施工技術(shù)措施

3.3.1 搭接帷幕鉆灌參數(shù)的選定

依據(jù)設(shè)計(jì)文件和現(xiàn)行DL/T 5148—2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合本工程搭接帷幕灌漿施工的實(shí)際條件，選定的搭接帷幕灌漿施工參數(shù)為:鉆孔孔徑Φ50 mm，孔深15.60～15.93 m(其中入巖深度15 m)；鉆孔沖洗壓力0.8 MPa；孔口管長(zhǎng)度100 cm，選用壁厚5.0 mm、外徑45 mm的DN40無(wú)縫鋼管，安裝時(shí)露出混凝土表面10 cm；孔口管露頭再連接高壓截止閥；灌漿壓力3 MPa；灌漿漿液使用純水泥漿，漿液水灰比0.5:1；雙孔串聯(lián)并灌，全孔一次性灌漿；灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為:在3 MPa灌漿壓力下，注入率≤1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min結(jié)束；灌漿質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為:壓水試驗(yàn)透水率≤3 Lu。

3.3.2 搭接帷幕灌漿現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)

正式鉆灌前，按照制定的施工工藝要求，首先在隧洞底板部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)(利用設(shè)計(jì)鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)，不再另外選取地質(zhì)條件相似的地段進(jìn)行)，以便驗(yàn)證選取的鉆灌參數(shù)、觀測(cè)蓋重體抬動(dòng)變形并熟悉相應(yīng)的灌漿工藝流程和質(zhì)量控制要點(diǎn)。

3.3.3 搭接帷幕灌漿施工

測(cè)量放點(diǎn)。根據(jù)施工圖紙進(jìn)行測(cè)量放點(diǎn)，確定鉆孔孔位，并用防水油漆進(jìn)行標(biāo)注。

鉆孔。鉆孔的次序依照確定的灌漿施工程序進(jìn)行，鉆孔孔徑為Φ50 mm，孔深穿過(guò)隧洞襯砌混凝土后深入巖體內(nèi)15 m。鉆孔采用100 B潛孔鉆機(jī)，鉆孔的孔位、深度、孔徑、鉆孔順序和孔斜等均嚴(yán)格按照施工圖紙和質(zhì)量檢查評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。

鉆孔沖洗。灌漿孔在灌漿前均需進(jìn)行裂隙沖洗。采用壓力水沖洗法，沖洗時(shí)孔口不安裝灌漿塞封堵，使用導(dǎo)管直接將大流量壓力水通入孔底，自孔底向孔口脈動(dòng)沖洗，裂隙沖洗水壓采用1 MPa。沖洗結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為:至孔口回水清凈時(shí)為止，且單孔沖洗時(shí)間不大于15 min。沖洗后安裝孔口管，并在24 h內(nèi)進(jìn)行灌漿作業(yè)。

灌漿灌漿使用的漿液由設(shè)置在洞口外的制漿站集中制備，并采用SNS130/20灌漿泵經(jīng)Φ32 mm高壓膠管輸送至洞內(nèi)灌漿點(diǎn)。灌漿設(shè)備使用JK-800型高壓灌漿機(jī)或SNS130/20型柱塞式灌漿泵，灌漿記錄采用自動(dòng)灌漿記錄儀記錄。灌漿過(guò)程中及時(shí)調(diào)整灌漿壓力，通過(guò)孔口安裝的壓力表讀數(shù)，即時(shí)測(cè)量灌漿壓力并進(jìn)行控制，直至灌漿按照結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)完成。灌漿完成后關(guān)閉孔口進(jìn)漿閥門，再拆除進(jìn)漿閥門后的設(shè)備及管路。

3.3.4 搭接帷幕灌漿質(zhì)量檢查

檢查孔布置。遵照施工規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，檢查孔數(shù)量按不少于灌漿孔總數(shù)的5%選取。本工程搭接帷幕灌漿質(zhì)量檢查孔數(shù)量選取為3孔，分別在隧洞兩側(cè)邊墻和頂拱部位帷幕中心線上各布置1孔，檢查孔具體孔位由監(jiān)理人在現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)選取，孔深與搭接帷幕灌漿孔孔深相同，即深入巖體15 m。檢查孔鉆孔采用100 B潛孔鉆機(jī)。

檢查孔壓水試驗(yàn)。灌漿質(zhì)量檢查采用鉆孔壓水試驗(yàn)的方法，壓水試驗(yàn)為單點(diǎn)法。壓水試驗(yàn)檢查的時(shí)間要求在該部位灌漿結(jié)束14 d以后，壓水試驗(yàn)壓力選用1 MPa，壓水試驗(yàn)設(shè)備與灌漿設(shè)備相同。單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)壓入流量的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為:在穩(wěn)定的壓力下，每3～5 min測(cè)讀一次壓入流量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時(shí)，本階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終讀數(shù)作為計(jì)算巖體透水率q的計(jì)算值。

檢查孔封堵。壓水試驗(yàn)結(jié)束后，排除檢查孔內(nèi)的積水和污物，對(duì)隧洞頂拱部位的仰孔和邊墻上的水平孔采用“全孔灌漿法”封孔，封孔灌漿壓力選取 1MPa，漿液采用水灰比0.5:1的純水泥漿。對(duì)隧洞底板上的豎直孔，則采用“導(dǎo)管注漿法”封孔。

4 應(yīng)用情況及灌漿效果

本搭接帷幕灌漿施工從2020年9月初開(kāi)始進(jìn)行施工準(zhǔn)備，9月28日全部完成鉆灌作業(yè)，10月24日完成壓水試驗(yàn)質(zhì)量檢查。

通過(guò)壓水試驗(yàn)檢查成果可知:搭接帷幕灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求(設(shè)計(jì)要求灌后的巖體透水率合格標(biāo)準(zhǔn)為q≤3 Lu)，無(wú)質(zhì)量缺陷。本工程項(xiàng)目搭接帷幕灌漿質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn)成果參見(jiàn)表1。搭接帷幕灌漿質(zhì)量檢查成果表明，本工程搭接帷幕灌漿采取的施工方法、施工工藝是合理可行的。

表1 放空洞下平段搭接帷幕灌漿壓水試驗(yàn)檢查成果表[5]

本工程搭接帷幕灌漿采取的施工方法工藝簡(jiǎn)單，充分利用了隧洞襯砌結(jié)構(gòu)作為灌漿蓋重體和高壓頂水灌漿的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有效克服了施工中面臨的高外水壓力條件下鉆孔大量涌水的難題，實(shí)現(xiàn)了快速施工，施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)簡(jiǎn)單明了且易于管控，能夠確保灌漿施工質(zhì)量，施工過(guò)程中漿液浪費(fèi)量小，對(duì)環(huán)境友好，取得了良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)在高外水壓力、大量涌水條件下的巖體內(nèi)進(jìn)行搭接帷幕灌漿施工的特點(diǎn)和難點(diǎn)，提出了“在有蓋重條件下，純壓式高壓頂水灌漿，雙孔串聯(lián)并灌，孔口封閉、單一濃漿、全孔一次性灌漿”的施工方法，簡(jiǎn)化了常規(guī)的搭接帷幕灌漿施工工藝，其施工方法具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值，可供類似工程設(shè)計(jì)、施工時(shí)參考。