现行隧洞环形灌浆设计优化

导流洞的接缝（触）灌浆和固结灌浆是结合在一起考虑的（简称环形灌浆），即在浇筑衬砌时预埋灌浆管至衬砌与围岩的接触面处。当钻孔进行灌浆时，对衬砌与围岩之间的缝隙也起到了充填作用。

通过对导流洞的接缝灌浆，可以使衬砌与围岩层之间达到紧密的接触，使它们能像一个整体那样起作用。固结灌浆是为加固围岩，提高围岩承载的均匀性和减少渗漏，特别是对围岩裂隙较发育的洞段，在围岩稳定，安全运行，延长隧洞使用年限等方面以期有显著的作用。

（一）环形固结灌浆孔布置

导流洞固结灌浆设计总量为79710.0m，其中1号导流洞为26394.0m；2号导流洞为26712.0m；3号导流洞为26604.0m。3条导流洞总体分序原则为环间分两序，环内不分序。对上游封堵段及正常岩体段先灌Ⅰ序孔，根据检查资料决定是否加灌Ⅱ序孔；考虑到孔板段、中闸室处于帷幕灌浆体上游高外水压力地带及断层岩性的特殊性，决定上述3个部位均先灌Ⅰ、Ⅱ序孔，而后根据检查资料决定是否加灌Ⅲ序孔。

导流洞的固结灌浆设计具体布置如下：

1.进口塔架

固结灌浆孔深（岩体内的深度，下同）5.5m，Ⅰ、Ⅱ序孔间的间、排距均为4.0m。

2.洞身

固结灌浆孔深为5.0～7.0m，Ⅰ、Ⅱ序孔的环（排）距均为4.8m，每环（排）孔数11～12 个（图13-3）。

图13-3　导流洞中闸室上游侧孔板段及断层段各序固结灌浆孔布置图

3.中闸室

启闭机平台以上固结灌浆孔深7.0m，Ⅰ、Ⅱ序孔间的间、排距均为4.8m。启闭机平台以下分3部分：

（1）底板固结灌浆孔深7.0，Ⅰ、Ⅱ序孔间的间、排距均为4.8m；

（2）边墙闸孔以前，固结灌浆孔深7.0m，Ⅰ、Ⅱ序孔间的间、排距均为4.8m，边墙闸孔以后固结灌浆孔深10.0m，Ⅰ、Ⅱ序孔间的间、排距均为4.8m；

（3）支铰大梁顶拱固结灌浆孔深10.0m，Ⅰ、Ⅱ序孔间的间、排距均为4.8m。

4.出口

固结灌浆孔深6.0m，Ⅰ、Ⅱ序孔间的间、排距均为4.0m。

所有Ⅰ、Ⅱ序孔均按梅花形布置，各灌浆参数在保证质量的前提下，根据现场灌浆情况，可适当调整。

（二）环形固结灌浆的设计要求

固结灌浆设计要求的指标如下：

（1）导流洞（包括孔板洞的龙抬头段及出口段）任一区域内的检查孔应均匀布设。

（2）对于中闸室下游侧渐变段及其上游所有洞段（包括孔板洞的龙抬头段），要求灌浆后岩体纵波速vp ≥4200m/s，灌浆后与灌浆前纵波速度之比应达到1.1。

（3）对于断层部位，要求灌浆后岩体纵波速度vp ≥2500m/s，灌浆后与灌浆前纵波速度之比应达到1.25。

（4）对于其余洞段，要求灌浆后岩体纵波速度vp ≥3500m/s，灌浆后与灌浆前纵波速度之比应达到1.1。

（5）要求灌浆后任一区域内岩体的单位吸水量ω≤0.05L/（min·m·m）（q ≤5Lu）。

（三）环形固结灌浆的技术要求

1.技术要求

灌浆施工应在固结灌浆处的混凝土强度超过规定的28d 最小抗压强度值，且周围10m内的回填灌浆完成7d 后才能进行。

隧洞中，每个灌浆孔中最后一个灌浆塞，应留在埋入混凝土衬砌中的PVC管内。灌浆塞的末端应位于混凝土支付线内，使得混凝土、喷混凝土和岩体之间的收缩缝同时得到接缝灌浆。

固结灌浆应从Ⅰ序灌浆孔开始。Ⅱ序灌浆孔的灌浆，需等孔周围25m范围内的所有Ⅰ序灌浆孔都已灌完后才能开始进行。Ⅲ序灌浆孔的灌浆，需等孔周围25m范围内的所有Ⅱ序灌浆孔都已灌完后才能开始进行。正在灌浆或已灌浆但未超过24h 的孔周围10m范围内不能钻灌浆孔。

2.灌浆材料制浆和灌浆设备(www.xing528.com)

固结灌浆用的浆液由水泥、膨润土、水和高效塑化剂组成。灌浆拌和用水要新鲜、干净，水中不含有害的油、土、有机物碱、酸、盐及其他杂质，并符合AC1318《钢筋混凝土建筑规范要求》。拌和时，灌浆中的水温要低于25℃，高于5℃。固结灌浆中用的水泥为425 号普通硅酸盐水泥。高效塑化剂应从同一厂家购置，以保证其相容性。要采用分散性好的钠膨润土。

封孔浆液的沙应由清洁坚硬的沙粒组成，不含有机质、粘土块及杂质，含水量应小于其干密度的3% ，细度模数小于2。

灌浆材料用高速机械拌和机进行拌和。拌和机配备可精确检测灌浆材料的装置，以便控制配合比。灌浆泵在最大流量压力为3MPa时的泵能力至少是110L/min。灌浆泵的位置距灌浆孔不超过60m。

灌浆设备的布置：由联接泵和孔、又返回搅拌器的供浆管路构成一个连续的回路，并由压力表控制灌浆集管的压力，即在泵出口处装一个压力表，另一个压力表放在灌浆孔下游紧靠回浆阀前面。

3.钻孔

所有的孔都要按顺序、方位布置，应钻到工程师要求的深度。

根据技术规范要求，钻孔只能用清水冲洗。钻孔内不能使用泥浆。不能在钻杆上使用油脂、涂料、泥浆或其他润滑剂来帮助钻进。

4.灌前准备

固结灌浆孔在钻孔完成后，除要求做压水试验的孔外，都要马上进行清洗。对要做压水试验的一些孔，要在试验之前压水清洗。钻孔要用通过插到孔底的清洗管压出的水气混合物进行清洗，直到清水返回地面，然后再连续用清水冲洗10min。

5.灌浆方法和方式

导流洞初期采用水灰比由5∶1到1∶1的变浆法进行灌浆。变浆条件为当某一级别浆液的注入量已达300L/min以上，灌注时间超过1h后；或者注入量大于30L/min时，可越级加浓灌注。

后来考虑到频繁变浆破坏了灌浆的连续性并影响到施工进度，改用了稳定浆液进行固结灌浆（表13- 7）施工。通过稳定浆液试验，选用的浆液类型及各项指标如表13- 7所示。

对局部破碎带仍沿用变浆法灌浆，只使用1∶1～0.81两种浆液，变浆条件及结束标准不变。

表13-7　固结灌浆稳定浆液指标表

注　表中R1000 为减水剂。

导流洞分两个部分灌浆：一部分是台车不能完成的底拱上的1个孔或2个孔；一部分是由台车来完成的9个孔或10个孔。灌浆是先底拱施灌，然后待顶部孔全部钻完后由下往顶从两边向上施灌。由于台车长5.4m，故在两个Ⅰ序孔上，一环进行钻孔，一环进行灌浆。

6.灌浆压力

导流洞灌浆的效果取决于饱和压力的大小。饱和压力是指钻孔的灌浆段正在饱和时的最大压力，这是实施灌浆工程的技术规范中一般限制的压力。如果饱和压力太低，灌注的浆液只能在灌浆段周围岩体中渗入小的体积；如果饱和压力太高，使较宽的裂隙张开，可能发生新的裂隙，而产生的新空隙要用浆液来填充，这会造成不必要的浪费和延长设备的使用时间。在上述两个极端值之间，应根据岩体条件（渗透性、裂隙性质、强度）确定适当的灌浆压力，以便更好地达到灌浆目的。

导流洞的灌浆压力依据灌浆孔的位置及地质条件确定如下：底拱为0.4MPa，侧墙为0.5MPa，顶拱为0.6MPa。

7.灌浆结束标准和封孔方法

灌浆结束标准以灌浆孔内所有段都达到“不再吸浆”为标准。按规定压力注浆时，当吸浆率小于0.4L/min且持续30min 仍无变大的趋势时，可视为达到了不再吸浆的要求。而后，按下列步骤封孔：

（1）首先把0.5∶1（水∶水泥的重量比）的水泥浆用灌浆泵将孔灌满，在0.2MPa 的设计压力下灌注30min，关闭灌浆塞的孔口阀门，待孔内浆液凝固后，取下灌浆塞。也可采用风砂枪喷射0.3∶1∶1（水∶沙∶水泥的重量比）的砂浆封孔。（2）凿除孔口20cm 的PVC 管。

（3）孔壁20cm涂粘合剂。

（4）使用托盘和手风镐把A2 砂浆推入所剩20cm的孔内，捣实后抹平。

（5）涂上养护剂。

（四）环形固结灌浆质量检查

对导流洞的固结灌浆质量，采用了两种方法检查：一是固结灌浆7d 后，用压水试验方法对被灌岩体透水性变化情况进行检查；二是固结灌浆14d后，用超声波方法对被灌岩体纵波速度变化情况进行检查。

1.岩体灌后的透水性

Ⅰ序固结灌浆孔灌浆之前进行压水试验，其透水性指标吕荣值，代表原岩的透水性；最后一序固结灌浆孔灌浆之后进行压水试验，其透水指标吕荣值代表被灌岩体的透水性，其透水性指标应在要求值之内。同时也可用灌前、灌后的吕荣值计算出被灌岩体透水性指标递减的百分数大小以评价被灌岩体的可灌性。表13-9所列灌后岩体的透水性指标吕荣值都低于5Lu，满足了设计规定小于5Lu的要求；表13-9所列的Ⅱ序孔灌后岩体，透水性指标递减率绝大多数大于50%，说明被灌岩体绝大多数的灌浆效果是好的。

2.岩体灌后的纵波速度

Ⅰ序固结灌浆孔灌浆之前，对被灌岩体进行纵波速度测试；Ⅱ序固结灌浆孔灌浆之后，对被灌岩体进行纵波速度测试。由两次所测纵波速度可计算出被灌岩体纵波速度的提高量，中闸室及其上游洞段灌后vp 值为4200m/s左右。其中上游洞段灌后vp 平均值为4070～4180m/s；中闸室灌后vp平均值为4150～4230m/s。中闸室下游洞段、破碎带和其它洞段，灌后vp值都有明显地提高。