【摘 要】固結(jié)灌漿是水工巖石隧洞設(shè)計(jì)的重要組成，主要通過(guò)機(jī)械產(chǎn)生的壓力將灌漿材料注入到巖體的裂隙中，以達(dá)到加固圍巖，改善圍巖和混凝土的受力結(jié)構(gòu)，提高巖體的承載能力。文章分析了不同巖石隧洞固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)的不同，為以后的同類巖石隧洞的固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】水工隧洞；超前灌漿；固結(jié)灌漿

1水工隧洞灌漿的重要性

水工隧洞系在地下開鑿而成的輸、泄水建筑物，是水利水電工程中一個(gè)重要組成部分。隨著水利水電事業(yè)的發(fā)展，水工隧洞不論在建設(shè)規(guī)模、技術(shù)水平上都有了長(zhǎng)足進(jìn)步。

新的隧洞設(shè)計(jì)理論把圍巖既看成是荷載又看成是承力結(jié)構(gòu)。為了充分發(fā)揮圍巖承載能力，要求圍巖與襯砌成為整體，既要求圍巖有足夠厚度和強(qiáng)度提供抗力，也要求襯砌本身具有相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度，共同作用抵抗內(nèi)、外水壓力。

有的隧洞在施工過(guò)程中由于施工質(zhì)量差導(dǎo)致超挖過(guò)多，在二次襯砌中超挖部分又未被混凝土填實(shí)，或者襯砌完成后灌漿未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，襯砌與圍巖不能很好的連成整體從而提供足夠的承載力，導(dǎo)致隧洞通水時(shí)，襯砌單獨(dú)承受內(nèi)、外水壓力而被拉裂破壞。因此，隧洞設(shè)計(jì)中灌漿就顯得尤為重要。

2水工隧洞灌漿的分類及用途

水工隧洞的灌漿是從壩基基礎(chǔ)灌漿技術(shù)中演化而來(lái)的，灌漿技術(shù)在隧洞的使用中雖然和大壩灌漿有很多區(qū)別，但基本原理和目的都是相同的，都是通過(guò)機(jī)械產(chǎn)生的壓力將灌漿材料注入到巖體的裂隙中，以達(dá)到加固圍巖，改善圍巖和混凝土的受力結(jié)構(gòu)，提高巖體的承載能力。

在地下洞室工程中，根據(jù)巖石的種類和物理力學(xué)性質(zhì)、襯砌混凝土澆筑及混凝土終凝的收縮等原因，隧洞灌漿主要有：周邊固結(jié)灌漿、頂部或頂拱中心角90°～120°范圍脫空回填灌漿、鋼板與襯砌混凝土接觸面接觸灌漿等。

固結(jié)灌漿的目的是加固隧洞圍巖、封閉隧洞周邊巖體裂隙，提高隧洞圍巖的整體性和均質(zhì)性，提高巖石的抗壓強(qiáng)度和彈性模量，減少巖石的變形和不均勻沉陷，增強(qiáng)圍巖抗?jié)B能力和長(zhǎng)期穩(wěn)定滲透比降，從而減免內(nèi)水外滲，防止相鄰水工建筑物發(fā)生水力滲透破壞。

回填灌漿是在砌體與砌體之間或砌體與圍巖連接部位，對(duì)砌體澆筑未能澆實(shí)留有空隙的部位進(jìn)行灌漿?；靥罟酀{可以使其緊密結(jié)合形成整體，共同抵御外力，防止?jié)B漏。

隧洞的接觸灌漿主要是針對(duì)機(jī)械式預(yù)應(yīng)力襯砌隧洞、采用不同材質(zhì)進(jìn)行襯砌的復(fù)合式襯砌隧洞及需要封堵的隧洞封堵體。對(duì)于隧洞封堵體，除頂部必須進(jìn)行回填灌漿外，還必須在封堵體其他周邊與圍巖間以及由于各種原因張開的縫隙處進(jìn)行全斷面接觸灌漿。

隧洞的回填灌漿及復(fù)合襯砌、封堵體的接觸灌漿在隧洞設(shè)計(jì)中是必須進(jìn)行的，但是固結(jié)灌漿可以根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、襯砌型式、施工對(duì)圍巖的影響程度以及運(yùn)行要求，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較認(rèn)真分析決定。不同巖石隧洞的固結(jié)灌漿則是根據(jù)其不同的地質(zhì)情況分別考慮。下面主要針對(duì)部分已建或在建工程的水工巖石隧洞固結(jié)灌漿談一些體會(huì)。

3水工巖石隧洞固結(jié)灌漿的應(yīng)用及總結(jié)

（1）部分已建或在建工程的水工巖石隧洞固結(jié)灌漿情況

萬(wàn)家寨引黃隧洞工程南干線均為無(wú)壓洞，部分洞段在地下水位以下，且地下水位較高，局部高于洞線以上325m左右，施工開挖過(guò)程中涌水量較大，給設(shè)計(jì)和施工造成較大困難。隧洞尺寸為直徑4.2m圓形斷面，隧洞穿越石灰、砂巖及泥頁(yè)巖地層，巖石強(qiáng)度不高，且軟硬相間。采用超前灌漿充填圍巖裂隙，在隧洞周邊形成不小于4m的封閉式注漿圈，將地下水阻止在注漿圈以外，再進(jìn)行隧洞的開挖。既有效的加強(qiáng)了隧洞開挖過(guò)程中工程的安全又有效的避免了對(duì)工程所在區(qū)域環(huán)境植被的影響。

陜西省引紅濟(jì)石調(diào)水工程輸水隧洞，針對(duì)不同的地質(zhì)情況對(duì)同一個(gè)工程中的巖石隧洞采用不同的固結(jié)灌漿方式。輸水隧洞洞子尺寸為2.8m～3.0m，圓拱直墻型，洞室一般埋深100～300m，最大埋深450m，其圍巖類型以Ⅱ～Ⅲ類黑云母片麻巖及斜長(zhǎng)片麻巖為主，夾有云母石英片巖及云母片巖，巖石較完整，穿越石溝河斷層帶巖體為極不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖。洞室地下水較豐富，約在洞頂以上100m左右。由于斷層規(guī)模較大，寬度約30～70m，施工過(guò)程中易突發(fā)涌水。工程采用在穿越斷層帶采取超前灌漿結(jié)合排水措施加固圍巖；對(duì)其它巖石較完整洞段采用在開挖過(guò)程中加強(qiáng)地質(zhì)編錄，對(duì)地下水豐富的冒水點(diǎn)先打超前排水孔進(jìn)行排水，再在襯砌完成后對(duì)該段進(jìn)行固結(jié)灌漿加強(qiáng)堵水的方法，灌漿孔為每3m一排，每排6孔，灌漿孔深入巖石3m。

新疆下坂地水利樞紐工程地處高海拔、高寒、高地震、深覆蓋層地區(qū)，具有一定的地域特性，導(dǎo)流泄洪洞采用一洞三用型式布置在河道右岸、水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)，由導(dǎo)流底洞和側(cè)槽表孔組成，底洞采用壓力進(jìn)口并在豎井后接明流隧洞，表孔與底洞采用龍?zhí)ь^型式相接。隧洞洞長(zhǎng)約1.4km，底洞洞底板位于庫(kù)水位以下約60m，圍巖類別為Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ類角閃片巖及角閃片麻巖，洞斷面尺寸7m×10.25m～11.25m，到兩洞交匯處可高達(dá)7m×17.05m，尺寸較大，并且隧洞在施工期為導(dǎo)流洞，在運(yùn)行期為樞紐唯一的泄洪設(shè)施。所以設(shè)計(jì)時(shí)采用全斷面進(jìn)行固結(jié)灌漿，間排距3m×3m，灌漿孔孔深4.0m，錯(cuò)開布置。

陜西省咸陽(yáng)市亭口水庫(kù)樞紐工程根據(jù)布局的合理性、運(yùn)行的安全性等方面綜合考慮，泄洪排沙洞（兼導(dǎo)流洞）、輸水洞、溢洪道等主要建筑物均布置在大壩右岸。泄洪排沙洞地下水位線基本位于洞底板以下，洞室圍巖以砂巖、頁(yè)巖為主，圍巖類別屬不穩(wěn)定的Ⅳ類和穩(wěn)定性較差的Ⅲ類，以Ⅲ類為主，占85%，最大埋深70m。亭口水庫(kù)屬多泥沙水庫(kù)，泄洪排沙洞是調(diào)控水庫(kù)水位和排除取水口前泥沙的主要建筑物，具有作用重要、使用頻繁高、流速高的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)采用Ⅳ類圍巖段全斷面進(jìn)行固結(jié)灌漿，Ⅲ類圍巖段頂拱及側(cè)墻進(jìn)行固結(jié)灌漿，在洞頂120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，灌漿孔間排距3.0m×3.0m，梅花型布置。

（2）水工巖石隧洞固結(jié)灌漿的總結(jié)

巖石隧洞固結(jié)灌漿是解決隧洞圍巖完整性，特別是解決隧洞的突水、涌水和防滲問(wèn)題的重要手段。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，按照圍巖工程地質(zhì)特征和地下水狀態(tài)所決定的圍巖穩(wěn)定程度，我國(guó)將水工地下洞室的圍巖分這種為五類。

Ⅰ類圍巖為穩(wěn)定圍巖，整體結(jié)構(gòu)及層間結(jié)合良好，巖性新鮮或微風(fēng)化，地質(zhì)構(gòu)造影響輕微，節(jié)理裂隙不發(fā)育，無(wú)塌落塊，能長(zhǎng)期穩(wěn)定，洞壁干燥或潮濕或僅有微弱滲水。Ⅱ類圍巖為基本穩(wěn)定圍巖，塊狀結(jié)構(gòu)巖體的巖性新鮮或微風(fēng)化，受地質(zhì)構(gòu)造影響一般，節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水活動(dòng)微弱，沿裂隙滲水、滴水。Ⅲ類圍巖為穩(wěn)定性差的圍巖，具有碎裂結(jié)構(gòu)或鑲嵌結(jié)構(gòu)的微風(fēng)化或弱風(fēng)化的堅(jiān)硬巖體、具有塊狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的微風(fēng)化或弱風(fēng)化的中硬巖、具有微風(fēng)化的層狀結(jié)構(gòu)軟巖，地下水活動(dòng)顯著，有大量滴水、線狀流水或噴水。Ⅳ類圍巖為不穩(wěn)定圍巖，具有碎裂狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝钏榱呀Y(jié)構(gòu)的弱風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化的破碎硬巖或中硬巖；具有薄層狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝钏榱呀Y(jié)構(gòu)的弱風(fēng)化軟巖，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，并有一定滲透壓力和小量涌水。Ⅴ類圍巖為極不穩(wěn)定圍巖，呈散體結(jié)構(gòu)，強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化，地下水活動(dòng)劇烈，滲透壓力較大，巖體無(wú)抗沖刷能力。

4通常情況下，對(duì)于無(wú)壓流水工巖石隧洞：

1）當(dāng)?shù)叵滤控S富，地下水位高于洞頂約50m，隧洞為巖石裂隙發(fā)育、屬不穩(wěn)定的Ⅳ、Ⅴ圍巖時(shí)，除必須做好回填灌漿外，可在隧洞開挖掌子面先進(jìn)行超前灌漿，超前灌漿是在隧洞開挖掌子面的縱向分段、逐級(jí)加壓灌漿，這種灌漿能使工作面末端得到很好的漿液充填，灌漿孔布置一般沿開挖方向呈傘狀輻射分布，直到隧洞開挖松動(dòng)圈以外，形成整體阻滲、封閉巖石裂隙。并且有利于在隧洞軸線方向的下一個(gè)相鄰掌子面形成阻水帷幕，以提高巖石的堵水能力。

當(dāng)隧洞為穩(wěn)定性好的Ⅰ、Ⅱ類圍巖及穩(wěn)定性相對(duì)較好的Ⅲ類圍巖隧洞，可以采用超前灌漿或在開挖過(guò)程中加強(qiáng)地質(zhì)編錄，對(duì)地下水豐富的冒水點(diǎn)在開挖過(guò)程中采取先打超前排水孔進(jìn)行排水，再在襯砌完成后對(duì)該段進(jìn)行固結(jié)灌漿加強(qiáng)堵水效果，還可避免影響區(qū)域環(huán)境。

2）當(dāng)?shù)叵滤肯鄬?duì)貧乏，地下水位低于洞頂約50m或地下水位先位于洞底以下，隧洞為巖石裂隙發(fā)育、屬不穩(wěn)定的Ⅳ、Ⅴ圍巖隧洞，一般在隧洞襯砌完成后對(duì)隧洞開挖過(guò)程中周圍被擾動(dòng)的相對(duì)破碎巖體進(jìn)行加固并起到一定的阻水作用，通常灌漿方向?yàn)樗矶磸较?，灌漿孔法向分布。當(dāng)隧洞為穩(wěn)定性好的Ⅰ、Ⅱ類圍巖及穩(wěn)定性相對(duì)較好的Ⅲ類圍巖隧洞，當(dāng)開挖過(guò)程中光面爆破控制較好時(shí)，一般不考慮或根據(jù)工程具體情況及開挖的實(shí)際情況少考慮襯砌后的固結(jié)灌漿。

3）對(duì)于位于水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)的樞紐水工隧洞，多為用于導(dǎo)流施工期洪水、暢泄突發(fā)或事故洪水、排泄水庫(kù)淤積及用于引水發(fā)電等的功能性水工隧洞，一般在樞紐中作用重要，且隧洞斷面較大，由于庫(kù)水位常年存在，為防止水庫(kù)內(nèi)外水內(nèi)滲所以必須做好襯砌后的回填及固結(jié)灌漿。

4）對(duì)于長(zhǎng)距離引水工程中的輸水隧洞，一般為無(wú)壓流隧洞，線路長(zhǎng)，地質(zhì)情況復(fù)雜，且斷面尺寸通常較小，所以其固結(jié)灌漿的必要性應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況及地下水位高低分段進(jìn)行考慮。需要注意的是回填灌漿必須做好。

對(duì)于有壓流的巖石隧洞，由于隧洞襯砌本身除了抵御外力以外還必須防止隧洞內(nèi)內(nèi)水外滲，所以目前已有的水工壓力隧洞，除必須做好回填灌漿外，一般都進(jìn)行固結(jié)灌漿。

5結(jié)束語(yǔ)

水工隧洞是一個(gè)隱蔽工程，特別是長(zhǎng)距離輸水隧洞，地質(zhì)情況十分復(fù)雜，本文主要針對(duì)水工巖石隧洞固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述了一些體會(huì)，隨著工程施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，還需要更進(jìn)一步研究不同巖石隧洞固結(jié)灌漿方法的可行性，同時(shí)還應(yīng)該對(duì)高水頭水工巖石隧洞進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)及研究，為隧洞設(shè)計(jì)提供依據(jù)。