超前灌浆开挖技术在上盖水电站引水隧洞施工中的应用

'广西水利水电GXWATER~URCES&HYDROPOWERENGINEERING2010(1)·施工技术·超前灌浆开挖技术在上盖水电站引水隧洞施工中的应用牟春传(玉林市机电工程学校，广西玉林537000)[摘要]广西那坡县上盖水电站扩建工程引水隧洞围岩工程地质条件差，通过施工方案比较，采用超前灌浆开挖方案施工，结果表明：超前灌浆开挖技术用于软弱地层隧洞开挖，能稳固围岩，达到安全施工降低成本的目的，且成洞好。[关键词]隧洞；软弱地质；超前灌浆；施工【中图分类号】TV554．12；TV554．3【文献标识码]B[文章编号]1003—1510(2010)01—0031—051工程概况广西那坡县上盖水电站扩建工程引水隧洞长46231TI，其中多处分布软弱地质洞段；特别进口50ITI处地质弱于V类围岩；洞顶外有四级公路通过(见图1)。洞断面为城门型，宽×高：6．4rn×7．26m，洞顶圆拱包角120。(见图2)。2008年初开工后，随着施工进展，进口处软弱地质发生坍塌，不断给挖洞施工造成严重困难，经多种方法处理，均无结果。2009年最后采用超前灌浆处理，先后在隧洞横断面图2隧洞横断面的开挖线上，进行了13次轮回布孑L，钻孔143眼，总进尺长565ITI，灌入水泥浆526m3，用去水泥468t；加强了隧洞地质结构，稳定了围岩，并使其形成能临2工程地质条件时支护的“拱盖”，最终把隧洞挖通。进口洞段软弱地质岩性为三叠系木兰组一段(rr2L)；黑色炭化页岩，薄层碎硝状，软弱、砾化、破37／，ft碎，有孔隙潜水；围岩为强风化至全风化，其物理力36／36学特性见表l，按围岩工程地质分类弱于V类围岩。35／35●，，T2L1，3灌浆方案的确定34一343．1现实问题水渠一+隧洞33围岩软弱，抗压、抗拉、抗剪强度低，无法承受山3：岩压力，成洞条件差；围岩破碎疏松，含水量高，允许边坡比(h／U)小，凝聚力小，围岩极不稳定，一挖就图1隧洞进口段纵断面图塌；洞径较大，支护困难，按工地条件，应对坍塌能力有限，经初期挖进，支护受到破坏，钢拱架支护也压[收稿日期]2009．1016[收回日期]2010-01．18[作者简介]牟春传(1967一)，男，广西玉林人，广西玉林市机电工程学校讲师，主要从事施工技术、工程制图教学工作。31 牟春传：超前灌浆开挖技术在上盖水电站引水隧洞施工中的应用表1围岩物理力学特性表以外偏角27。钻进。这样能使孔位均匀分布于灌浆名称指标值区域范围，使浆液有充分机会渗流至灌浆区每个部单轴饱和抗压强度a位。根据钻机设备性能，每次钻孔深度定为4m，计(无压洞)单位弹性抗力系数／(GPa／m)划13轮回，用风钻钻孔，孔径60mm(见图3，4)。饱和弹性模置IGea饱和变形模量／GPa另外在断面底部和渗水的地方，钻几个排水孔，以便坚固系数把灌浆区的水排干，还可用作观测。钻孔后再插进抗拉强度／MPa输浆导管，导管用直径38mm，长6rn钢管制作，入比重／(g／am3)重度／(I【N／．Ⅱl3)士部分开孔，孔径8mm，间距200ITUTI，前端焊制成承载力特征值a锥形。泊松比边坡率允许值(高／宽)自然含水量／％0。一狮％O加o，、自然干密度／g透水率／Lu，、，／量；／>专，、跨；软弱地质洞段较长，并影响公路交通，处理起来{工程复杂、艰巨，并受地形限制。：l／／-／／三3．2方案比较_●A一、／／：l／根据上述情况和工地施工条件，并参考有关灌t、、I／浆资料，提出“明挖”和“超前灌浆”两个方案进行比／／f：／t,t较。结果是：明挖方案，工程量大(挖方50000m3，2．500．3．2OO3．2002．500f修筑改线公路3001TI，公路桥1座)；工期长(200图3灌浆区横断面天)；费用大(150万元)。还将影响交通和原电站发电用水。而超前灌浆方案，技术要求高，工艺较复杂，但施工队有一定经验和能力；工期(170天)比明羹挖方案略短；费用(70万元)比明挖方案少。能保证／_，，，，，／，，，-一公路畅通和原电站发电用水。根据方案比较结果，一采用“超前灌浆”方案。<>004施工方法uJ●4．1设定灌浆位置按工程的超前灌浆要求，是要把灌人的水泥浆和围岩凝结起来，使洞顶上方形成临时支护“拱盖”，图4灌浆区纵断面以保证安全挖成隧洞。工程根据设计提供的围岩受力情况和范围，设定在洞横断面底面以上，开挖线内4．3浆液准备浆液要符合工程的要求，能充填密实围岩，凝结0．5～2．5rfl之间为灌浆范围(见图3)。纵向灌浆范松散岩土。要选用好材料，做好配比和制浆加工。围按地质资料定501"1。4．3．1材料选择4．2布孔钻孔参考超前锚杆设置方式，充分利用打洞的现有水泥：根据工程对浆液要易灌，凝结好，渗透均匀，强度高的要求，经采用睦边牌水泥(那坡县)、右设备，便利操作及快速准确布孔，选择在洞内开挖面江牌水泥(田东县)试制浆、试灌作比较后，采用右江上轮回布孔、钻孑L。具体是：布孔按灌浆面的分布以牌普通硅酸盐水泥。此种水泥性能稳定，强度高，细开挖线为中心，环线定位；间隔：拱上部问1．3m，两度小，稠度好，初、终凝时间适中，比较适用本工程，边侧壁间1．5m；每回布9～11孔，分2序孔互问。其物理力学性能见表2。同一序的孔，同一次钻成；第1序孔为下内孔，以外偏角10。钻进，第2序孑L为上外孔(包括拱顶中孔)，32 广西水利水电GXWATER~URCF~&HYDROI-Y)WERENGINEERING2010(1)表2右江牌普通硅酸盐水泥物理力学特性表上述孔口灌浆正常压力试验，是用初拟值，经5轮直接灌浆挖洞调整而定。第一轮初拟压力为0．25MPa，结果灌浆量43．5m3，封闭撑子面护壁的混凝土多处压裂漏浆，由于补漏，用时12天，开挖范围布满浆液痕迹，这表明压力过高；第二轮调低压力水玻璃：由于本工程岩土含水量多，裂隙发育，值分拱顶和侧壁，拱顶为2MPa，侧壁为1．5MPa，对控制灌浆范围不利，经试验，在1序孔加人添加剂结果灌浆量为40m3，封闭面混凝土护壁无压裂，开水玻璃，使浆液流动、凝结得到一定控制。水玻璃浓挖范围浆液痕迹略少，开挖时有小掉块，为了安全，度：30Be。把压力略作调高；在第三轮、第四轮把压力略作调高4．3．2浆液的浓度后，结果和第二轮基本相近，但拱顶封闭面发现微小浆液浓度以比重(P)来控制，分1．2，1．5，1．7浆压裂纹，开挖无掉块，开挖顺利；第五轮调至表3共3个等级，以浓浆为主。比重1．2的稀浆主要作值，以后每轮的情况都有一定变化，随机做小调整。开路浆；比重1．7的浓浆主要用于孔的下部，灌浆区下部及吸浆量过大、处理漏浆时；比重1．5的浓浆主要用于孔的上部，灌浆区上部和正常灌浆；如底层孔5质量检查眼遇渗水较多，以及其它情况必要时，用比重1．7的超前灌浆质量，应按灌浆后能否把隧洞挖通来浓浆及按其体积比20％加水玻璃拌灌。浆液用机定论；并辅以开挖面的表观、灌浆范围、灌人浆量(水械拌制，随用随制，少量备用；浆液要不停搅动，保持泥量)和密实度、含水量等来加以证明。稠度均匀不沉淀。5．1总体检查4．4灌浆经过预期170天的超前灌浆施工，隧洞进口处灌浆次序按自下而上，先低后高原则进行。先软弱地质洞段已经挖通，施工顺利。工程共进行13灌两边洞壁后灌拱顶。按先浓后稀，缓慢灌进的原轮回，钻孑L143眼，总进尺565m，灌水泥浆526m3，则灌注。开路浆采用比重1．2的稀浆，按每孔计划用水泥468t，完成软弱地质洞段开挖501TI，工程任注浆量的10％(约0．30～0．36m3)灌注，然后根据务在预定计划中完成。压力情况改换浆液，压力上升时不用改换，压力不升5．2表观检查或升值较小则改用浓浆，改用浓浆时先用1．7比重灌浆后隧洞按1～2m循环支护挖进，每挖进一浆，后用1．5比重浆。改用浓浆后，要同时严格控制次，都经过直观检查无问题后，才进行下道工序。所压力、进浆量和时间，不能操之过急。本工程控制正观察到的情况大体是：潮湿但已无明显渗水，渗水从常进浆量为10～15L／min，每孔灌浆量预计约灌浆区周围及排水孔排出；开挖面的松散围岩大部凝3．6m3，分两次灌完，前后间隔2天。压力要保持连结，灌浆液痕迹分布基本均匀，无坍塌现象，整体密续、缓慢上升，直至达到设计值为止，在压力达标并实，有安全感。但浆液也渗到灌浆区外，对灌浆区控且进浆量为零时，再延续灌5rain即可结束。每次制不够理想；有散落小掉块，有几处要补灌加强的部灌浆用时不宜超过150min，时间过长岩体易劈裂，位，如K0十024、K0十036两桩，开挖前，发现封闭面凝固不好，串浆、漏浆，不利于灌浆质量要求；灌浆左侧渗水有裂缝，为保证安全各加两孔灌浆；K0+040时，封闭撑子面的混凝土护壁，当有压裂漏浆的情况桩开挖后，拱顶出现沉陷裂缝，加4孔灌浆。时即停灌，同时封闭漏洞，2～3天后再灌。5．3灌浆检查4．5灌浆压力【2J计划灌浆量聊=545m3，按下式估算：本工程的围岩，主要是强风化和全风化岩土。=(1一／Gs)‘。K按其岩质参考有关资料、孔位高低和布局，经试验确式中：1——计划灌浆范围体积，2625m3；定孔口正常压力见表3。P——岩土自然干密度；表3孔口灌浆正常压力指标表MPaG——岩土比重；K一一可灌人浆系数，本工程采用0．65(实地试验取得)；K——加大系数，本工程采用1．2。33 牟春传：超前灌浆开挖技术在上盖水电站引水隧洞施工中的应用实际灌浆情况和灌浆量如表4。△=2，084～1．960=0．124t／m3密实度增率：Kp=(P／Pn一1)×100％表4实际灌浆情况及灌浆量表=(2．095／1．96—1)×100％=7％受浆率：AW=／[一／(1+)]=0．135／[1．5—1．5／(1+1．5)]：0．151受浆总量：=XAW=2625x0．151=396．4m3(有效浆量)空隙充填率：=AW／(1一Pd／G．)=0．151／(1—1．96／2．67)=0．57(灌入系数)从表5及计算可以结论：①密实度已加强提高，增加了7％；②空隙充填率0．57比计划的可灌系数0．65略小，试验和实施存在的差别，这是值得以后讨论研究的问题；③每方岩土灌入水泥0．135t，含灰量达6．4％，抗压强度不小于5MPa，可以满足挖洞施工要求。实灌设灌比：Z。=(w／)x100％=(526／545)×100％=96．52％(Z。min=94．2％)6存在问题及探讨实灌设灌差：=Wo—=526—545=从上述灌浆的各项计算得知，灌入浆的有效率一19m=／Wo×100％=396．4／526×100％=75％，围未灌应灌比：zi=(／)X100=(一19／岩的空隙也只充实了57％，这就是一边还未灌满，545)×l00％=一3．5％<(±5％)一边却把浆流失的两个问题。它关系着工程的质量如上计算结果：灌浆达计划96．52％，少灌浆19和造价。m3，占计划的一3．5％，在容许值[±5％]范围内。我们认为，既要减少灌浆流失，又要提高灌浆质5．4密实度检查量，关键是在灌浆区内合理布置灌浆孔，考虑方向和质量检查对每一轮灌浆段围岩密实度进行了试密度；采用浓度适中的浆液和合适的压力并互相调验，其试验结果如表5。整配合。根据工程开挖面满布灌浆痕迹的现象，这密实度增量：=P一Pa=2．095—1．960=表明浆液从灌浆区渗流到开挖区，反映了拱顶位置0．135t／m3=(每m3岩土灌入水泥量)的孔位偏低，应该提高孑L位。提高程度(单排孔)以表5密实度试验成果表灌浆区高度上半部1／3中间范围为宜，或以孔口至灌浆区上边和下边压力相等的原理进行计算确定孔口高度位置；如果采用输浆导管灌浆，则管下部1／3长度要少开孔或不开孔。对于布孔密度，列距行距应基本相等，距离不宜超过1．51TI，每一轮布孔要和上一轮重叠交接，重叠长不小于0．8rn。对于灌浆压力，则应视围岩承受能力，以在灌浆压力作用下不塌、不裂、不漏为准；在压力确定后，应依压力尽量把浆液的浓度提高，并以浆液能渗流到灌浆区最远边界为准。压力和浓度，应通过现场试验确定，总体原则：以小压力，密布孔，浓浆液为好。这样可以使浆液不至流得太远、太散和流失，尽量控制在灌浆区内和周围，对质量更为有利。另外灌浆区的水要尽量排干，降低围岩含水量。 广西水利水电GXWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2010(1参考文献2005．(3)：5-6．[1]SL／62—94，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]．[2]林栋材．浅谈岩体灌浆压力的选择IJ]广西水利水电(责任编辑：周群)Applicationofpre-groutingtechniqueindiversiontunnelconstructionofShanggaiHydropowerStationMoUChun—zhuan(MechanicalandElectricalEngineeringInstituteofYulinCity，Yulin537000，China)Abstract：TheShanggaiHydropowerStationexpansionprojectislocatedinNapoCountyofGuangxi．Itsdiver—siontunnelisaccommodatedinsurroundingrockwithpoorengineringgeologicalcondition．Afterconstructionschemecomparison，pre—groutingandexcavationschemewasadopted．Theresultsofconstructiondemonstratethatapplicationofpre—groutingtechniqueiscapableoffixingthesurroundingrockofexcavatedtunnelaccomrno—datedinweakstrata，ensuringconstructionsafety，renderinglesscostandtunnelingwel1．Keywords：Tunnel；weakstratum；pre—grouting；construction(上接第20页)约了70％、同时获得了高精度的1：1000数字化地参考文献形图。通过本项目实践证明：RTK技术在大比例尺[1]刘基余，李征航，王跃虎，等．全球定位系统原理及应用数字化地形测量中应用具有许多优秀的方面，虽然[M]．武汉．测绘出版社，1993．还受到一些技术限制，只要采取一些措施和配合常[2]广西水利电力勘测设计研究院．桂中治旱乐滩水库引水灌区一期工程测量报告[R]．南宁：广西水利电力勘规仪器一起使用是成功的。测设计研究院，2009．随着网络RTK技术的使用推广，RTK技术在[3]SL一197—97，水利水电工程测量规范[S]．各个领域的测量中，将更加稳定、可靠、经济。(责任编辑：周群)ApplicationofRTKtechnologyindigitaltopographysurveyforLetanreservoirirrigationzoneHUANGJun—sheng(GuangxiWaterandPowerDesignInstitute，Nanning530023，China)Abstract：AbriefintroductionwasmadeonthepositioningprincipleofGPSRTK．Combinedwiththesurveyforthe1ststageprojeetofLetanre_servoirirrigationzoneinmiddlepartofGuangxiZhuangAumnomousRe—gion，theauthorpresentsthemethod，qualitycontrolandadvantagesofdigitaltopographysurvey，analyzesitsshortagesandputsforwardsolutions．Keywords：GPS；RTKsurvey；digitaltopographysurvey；qualitycontrol35'