工程施工 ［文章编号］１００２－－０６２４（２０１４）１ １一Ｏｏ２４一Ｏ３ 东北水利水电 ２０１４年第１１期 钢衬加固在水工隧洞中的应用 王亚莉，李保红，李保英 （湖北大禹水利水电建设有限责任公司．湖北武汉４３００６１） ［摘要］通过对钢衬接触灌浆技术特点介绍，结合工程实例，指出该技术在实际应用中常见问 题及其处理措施、效果，并提出实际应用中应注意的问题。 【关键词］钢衬；接触灌浆；水工隧洞；应用 ［中图分类号】ＴＶ５４３ ［文献标识码】Ｂ １概述 张家嘴水库是一座集发电、灌溉、防洪、养殖 等综合利用的大型水利工程，大坝全长１ １０８ ｍ。 增强后续灌浆效果，更好地将钢管与原混凝土管 粘结。 ３．３管内支撑 坝身下设有东西两条圆形混凝土隧洞，东隧洞为 输水隧洞直径１．５ ｍ，西隧洞为发电引水隧洞直径 ２．０ ｍ，两条隧洞与大坝同期建于１９７６年。 由于当时的技术条件的，混凝土管内壁 经过几十年过水冲刷严重，不少部位出现蜂窝麻 面、裂缝，有的部位裂缝宽度达到２ ｃｍ，严重影响 着运行安全。 钢衬接触灌浆是有一定得灌浆压力的，当浆 液在某一部位集中，会造成内衬钢管向内凸起，俗 称“鼓包”，为了最大限度的减少这种情况的出现， 在灌浆前需要采取一些预防措施。比如张家嘴水 库隧洞灌浆在管内全面设置“米”型木支撑，支撑 间距为１．５ ｍ。 ３．４钢衬分段 衬砌钢管每一节长１．５ ｍ，为了灌浆需要，在 ２方案选择 在讨论处理方案时，曾提出过二种方案：其一 是在现有混凝土管内再衬砌一道混凝土管，其它 是在现有混凝土管内再衬砌一道钢衬同时结合接 触灌浆处理。经过技术方案、经济成本等多方面比 较，认为采用第二种方案施工技术可靠、没有太多 衬砌钢管安装时将隧洞进行了分段，段长度为３０ ｍ左右，目的是为了一旦灌浆期间出现意外也只 要处理本段的问题即可，不会影响到其它灌浆段。 分段的方法是在每段钢衬管的两端用水泥砂浆进 行封堵，防止段间灌浆时漏浆和串浆。 地减少过流面积、且投资少、见效快，比较切实可 行，故最后采用该方案。 ４灌浆施工 ４．１灌浆孔布设 ３灌浆前准备工作 ３．１混凝土表面处理 灌浆孔的布置根据衬砌钢管的直径而定，一 般直径为１．５－２．０ ｍ的钢衬，每环可布设６个孔， 孔间夹角为６０￣，且最高和最低处都应布１个孔。 环间距为４～５ ｍ。 由于原混凝土管表面有严重的蜂窝、麻面裂 缝等渗漏点缺陷，在钢管衬砌前需要对这些缺陷 进行处理，处理的方法包括表面嵌塞、表面封堵、 水泥砂浆灌浆和环氧树脂砂浆等修补。 ３．２钢管外喷砂浆粘结层 灌浆孔可在衬砌钢管上预留，孔径为￣１５￣２０ ｍｍ，孔内有丝扣，便于安装灌浆管和丝堵。在灌浆 管上配安装阀门和灌浆孔口装置（包括压力表、调 压球阀和进回浆管等）。 ４．２串通检查及冲洗 在衬砌钢管进入隧洞焊接前需要对其外壁除 锈后进行喷射一层厚度为３￣５ ｍｍ砂浆，以期为 ・在正式灌浆前需要对灌浆段内进行串通检查 ２４・ ２０１４年第１１期 东北水利水电 工程施工 和冲洗，其目的是：一是清除缝隙内由于焊接过程 留下的污物，二是湿润原混凝土表面，三是检查了 解掌握缝隙的串通情况。检查串通和冲洗遵循水 洗后风吹的顺序。水洗时从底部灌浆管孔通水，看 高处灌浆管是否出水流畅，而后打开最底部灌浆 孔阀门，利用水流将缝隙间的污物带出孔外，同时 将缝隙内的积水排除干净。风吹是也是从低处灌 因素。从理论上来说，使用较大的灌浆压力能使浆 液结石收缩比小，能很大程度上减少出现二次脱 空。但是同时由于钢衬能承受的最大压力有限，超 过则钢衬会拱起。而较浓的浆液流动性能较差，易 引起堵塞，需要相对较大的灌浆压力才能使得浓 浆流入较小的缝隙。张家嘴水库隧洞钢衬接触灌 浆压力不超过０．１ ＭＰａ，对于无法使用较大灌浆压 浆管孔通风，但从高处灌浆管孔排出污物积水。 ４．３灌浆方式和顺序 接触灌浆环内分三次进行，先灌底部，接着灌 下腰部，最后灌上腰部和灌顶部。环间从高程低处 向高处依次推进。无论是环内还是环间，下部的灌 浆管在灌浆时将高处的管孔作为排气孔、排水孔 和出浆孔。 首次灌浆尤为重要，如果灌入浆液过多，下腰 部灌浆管排出浓浆封堵后仍继续灌注，则可能会 引起衬砌钢管在压力和浆液作用下发生漂浮事 故。因此首次灌浆待下腰部灌浆管一旦排出水泥 浆，则立刻停止灌浆待凝２４ ｈ。而后再将下腰部灌 浆管改为进浆管改继续灌注，直到上腰部灌浆管 排出水泥浆，与首次灌浆一样待凝。最后灌注上腰 部和顶部灌浆管，直至灌浆结束。 ４．４灌浆浆液 浆液质量好坏是直接影响灌浆效果的重要因 素之一。配制浆液使用的水泥要满足ＤＬ／Ｔ５１４８— ２００１＜水－Ｆ建筑物水泥灌浆施工技术规范＞的要 求。所用水泥的出厂日期不得超过３个月，水泥标 号不低于４２．５，细度宣为通过８０ ｍ方孔筛的筛 余量不大于５％。 一般来说钢衬与混凝土间缝隙较小，当灌入 太多的稀浆失水凝结后会留有较多缝隙，因此应 多灌入浓浆，也就是只要进浆顺畅多灌入水灰比 较小的浆液，同时为了保持浆液的流动性，必要时 还可加入减水剂。水灰比控制在０．８：１～０．５：１，遇到 较大的缝隙，可在水泥浆中掺入一定量的细沙，其 掺量可为水泥质量的３０％￣２００％，掺沙量可根据施 工情况进行调整。 水泥浆从制备到使用完成不超过４ ｈ，超过应 予以废弃。 ４．５灌浆压力 灌浆压力的大小是影响灌浆效果的另一重要 力的小缝隙，为使得浆液充填密实，施工中采用了 一台灌浆泵同时接４个灌浆管，并延长了屏浆时 间，以保证灌浆质量。 ４．６灌浆 １）灌浆期间观测。安装在灌浆管口压力表应 完好准确，同时在脱空区段安装２～３个千分表，用 以监测钢衬在灌注浆液过程中的变形情况。压力 表和千分表都有专人观测，并每隔２～３ ｍｉｎ向泵 站送浆人员读报一次数值，以供泵站人员决定是 否停止送浆。同时巡查人员注意支撑有无异常变 形或响动。 ２）灌浆过程控制。灌浆过程中派专人敲击震 动钢衬，按照预定的灌浆方式和顺序待顶部管孔 分别排出浓浆后将其孔口阀门关闭。由小到大逐 级提升灌浆压力，在浆液灌入量正常情况下不增 加压力，浆液的输送保持均匀连续，不随意加大送 浆量，防止脱空区已经灌满的情况下，后续仍有大 量浆输送过来，引起钢衬“鼓包”。 严格控制供浆的连续性，杜绝发生灌浆中断， 导致出现进浆管孔堵塞的现象。张家嘴隧洞灌浆 为防止发生突然停电、机械故障等导致灌浆中断 事故，另外配备了柴油发电机等备用设备，还制备 了足够的浆液以确保灌浆畅通。 当脱空区未灌满而发生灌浆中断时，则采用 风水＞中洗该灌区段，将脱空区内已灌进的浆液全 部清除，以便重新灌浆，坚决杜绝出现因灌浆中断 导致灌浆管孔堵塞需要进行二次布孔的状况。 ３）灌浆结束。张家嘴隧洞钢衬接触灌浆结束条 件：在设计给定的灌浆压力（不大于Ｏ．１ ＭＰａ）下， 灌浆管孔停止吸浆，用比重称测得出浆孔排出的 浆液浓度与进浆孔进入的浆液浓度相同，延续灌 注５ ｍｉｎ，即结束灌浆。 灌浆结束后继续稳压、延续灌注３０～６０ ｒｎｉｎ， 进行屏浆，为防止钢衬拱起，此时虽然灌浆结束但 ・２５・ 工程施工 是不可拆除支撑。 ４．７检查与补灌 东北水利水电 ２０１４年第１１期 由于西隧洞为发电引水之用，业主对简单的 敲击检查法不放心，施工单位又聘请专业的检测 单位利用物探法对整个隧洞灌浆质量进行检查， 灌浆结束３ ｄ后，通过锤击敲打法检查，发现 仍有对面积大约为１．５￣３．０ ｍ２的８处脱空区需要 各参数描述分析结果与敲击法基本一致。 补灌。脱空区集中在衬砌顶部，分析主要是由于浆 液收缩导致。在脱空区布置不少于２个孔，且最低 处和最高处都布了孔，进行补灌。钻孔采用磁座电 钻，孔径１２ １＂１＂１１１＇１，内攻丝，安装灌浆管，按照正常的 ６结语 水工隧洞钢管衬砌接触灌浆项目较多，加强 其施工技术管理有现实意义，由于钢衬接触灌浆 很难保就达到预期要求，加强灌浆前的 准备工作是减少脱空区的有效措施。 在不能保证钢衬不“鼓包”的情况，不要过分 程序再次灌浆，一边灌注一边在灌浆范围内敲击 震动，并采取稳压、延时屏浆，先后补灌二次。 ４．８封孔 灌浆孔灌浆结束后，应用丝堵加焊或填焊法 封孔，孔口用砂轮打磨平整。封孔焊接质量随机抽 的追求大的灌浆压力，只要灌浆压力能够保证将 浆液顺畅送达脱空区并从出浆管流出即可。尤其 是在补灌时，灌浆压力可根据脱空区的性状而进 行调整。 取２０％，经过需超声波探测检查合格后，涂刷防锈 材料。 钢衬接触灌浆的质量合格标准没有一个硬性 ５质量检查及效果 灌浆结束后，业主、设计、监理与施工一道对 整个钢衬内壁面进行检查，没有发现明显的凸起， 总体上比较流畅，结合对施工期间安设的千分表 观测数据分析，认为外观满足设计要求。 灌浆结束７ ｄ后，采用锤击法对灌浆质量进行 检查，经查９８％的部位敲击回声密实，仍有个别部 位虽然经过二次补灌仍有脱空的感觉，但是其脱 规定，根据现行规范的解释说明：有的工程经过３ 次以上灌浆，仍有脱空感。所以每一个项目依据自 身需求确定合格标准，但是建议须满足局部脱空 区不大于０．５ ｍ２，且部位不要集中的要求。 目前对钢衬接触灌浆检查的方法是敲击法，有 的项目已开始采用物理仪器探测法，虽然其自身也 有一定的误差，但是将二者结合起来综合对灌浆质 量进行检查分析，也是一个好的选择，值得推广。 【收稿日期】２０１４－０５－１１ 空面积小于０．５ ｍ２，根据规范可认为脱空程度不 严重，灌浆质量合格。 ｊ － ｋｊ 妇ｊｊ｝ｊ‘｝夸；｝ ｊ‘｝ｊ■｝ ，；｝ ｊ‘｝ ；｝ｊ ‘｝ ｉ｝， ‘ 盥业ｊ ｊ；｝ Ｉ ；拿ｊ；｝ｊ‘｝业’ ；｝ｊＩ拿 ｊ； Ｉｌｅ ｊ ｊ （上接第２Ｏ页） 处理分三个步骤进行，波形处理、预报计算、预报 输出。 成熟之处，因此需在实践过程中不断总结和提高。 本工程中地质素描、超前钻孔及ＴＳＰ２０３等超前地 ３结语 在该工程中通过实施超前预报应首先收集和 熟悉已有资料，提出预报探测的计划和重点；然后 质预报手段的结合应用，有效的完成了该工程超 前地质预报的效果，及时准确的指导工程施工。 ［参考文献］ ［１］齐姓．隧道地质超前预报技术与应用［Ｍ］．北京：气象出 版社，２０１０．９５—１５０． 配合施工进程，开展地表补充调查和洞内地质素 描，以施工地质调查资料为依据，接着选择一种对 施工干扰少、探测时间短的有望达到预报目标的 物探技术，即ＴＳＰ超前地质预报系统。最后组成地 质、物探及相关工程专业人员的分析组，对地质和 ［２］白雪飞．大相岭隧道超前地质预报研究［Ｊ］．西南交通大 学，２００９．４６—５７． ［３］中铁隧道集团．吉林引松供水四标施工组织设计［ｚ］． 引松供水工程项目部，２０１３． 【收稿日期】２０１４一ｏ４—１２ 物探资料进行系统处理和综合分析，提出预报意 见。由于隧洞工程超前预报工作目前尚有许多不 ・２６・
