有压引水隧洞衬砌混凝土防渗漏施工技术.doc

有压引水隧洞衬砌混凝土防渗漏施工技术【内容提要】 有压引水隧洞衬砌混凝土的防渗漏是一项极其严格谨密的工艺措施，这是因为引水隧洞的水头高差大，运行时洞内压力大。它既不能让洞外山体的岩层裂隙水向洞内渗透，又要避免运行后的洞内压力水向洞外渗透，扩展到衬砌体外的岩层裂隙中去。因此衬砌混凝土的渗漏，除影响到结构本身外，还影响到洞外厂房山体边坡的稳定。本文介绍了有压引水隧洞衬砌混凝土防渗漏施工方法和技术要点。【关 键 词】 引水隧洞 衬砌 混凝土 渗水 裂缝处理1 前言有压引水隧洞衬砌混凝土的防渗漏是一项极其严格谨密的工艺措施，这是因为引水隧洞的水头高差大，运行时洞内压力大。它既不能让洞外山体的岩层裂隙水向洞内渗透，又要避免运行后的洞内压力水向洞外渗透，扩展到衬砌体外的岩层裂隙中去。因为衬砌混凝土的渗漏，除影响到结构本身外，还影响到洞外厂房山体边坡的稳定。在黑水河柳坪水电站2#、3#引水隧洞净空直径达9m的单心圆形断面的有压引水隧洞衬砌混凝土施工中，认真执行衬砌浇筑工序，精心设置和加强伸缩缝及施工接缝的防渗漏工艺水平；在衬砌后的回填灌浆、固结灌浆中，分别采用纯水泥浆液，水泥浆水玻璃双浆液，以及在必要时掺入一定比例的附加剂等注浆方法；在压注浆过程中严格把握各道工艺流程和强化工序控制，使洞内衬砌混凝土工程达到设计要求的防渗漏的效果。2 施工特点（1）针对性强，工序严密。衬砌混凝土抗渗固结强度高，对复杂地质条件下的有压引水隧洞和其它水工隧洞衬砌抗渗漏均适用。（2）衬砌与岩体固结紧密，抗渗漏效果显著。注入的浆液通过与经高压水冲洗洁净的岩层缝隙紧密结合，使其与衬砌体一起，形成一个环衬砌体周圈达数米的帷幕层，有力抗击洞内外高压水的渗透。（3）操作工艺简单，质量容易控制。施工不需要大型注压浆设备和特殊注压浆材料，只要按操作工艺严密控制，即能达到应有的效果，满足水工隧洞抗渗漏的要求。3 适用范围本施工方法对有动力承压水的衬砌混凝土，以及岩层破碎抗渗漏条件要求高的衬砌混凝土均可适用。其它类似抗渗漏的混凝土工程也可参照借鉴使用。4 工艺原理由于承压动力水流强度大，为确保水工有压引水隧洞的衬砌混凝土抗渗漏能力，通过严格地敲击岩层裂隙和清除基岩表面的松动石块，保证了衬砌混凝土和注入浆体与岩层的紧密结合。其中，回填灌浆主要是对拱部空腔部位进行加密，以补强衬砌及抗渗漏水作用；固结灌浆是对衬砌体与围岩间空隙及围岩自身裂隙进行注浆加固，改善衬砌与围岩的受力条件，同时也有效防止衬砌混凝土内外渗水，促使衬砌混凝土与岩层形成一道深达数米的环形帷幕层，从而达到抗渗漏的要求。此外，对衬砌混凝土的伸缩缝和施工接缝，通过施工时预埋配件和预留凹槽工艺，分别嵌入紫铜止水片、BW闭孔泡沫板、橡胶止水条，确保接缝密闭，最终使衬砌混凝土和岩体共同形成良好的受力和抗渗漏整体。5 施工工艺5.1工艺流程（见图1）5.2 施工要点5.2.1 施工准备（1） 根据提供的设计文件资料和相关规范的要求，认真进行现场地质调查，掌握准确的第一手地质资料。（2）依据现场调查的地质资料和设计要求，制定衬砌混凝土的防渗漏措施，报业主及监理单位审批。（3）选定衬砌混凝土和注浆使用的材料及配合比，以及相关机具设备的型号。5.2.2 衬砌混凝土防水柳坪电站引水隧洞的衬砌为C20钢筋混凝土，其配比材料及灌筑方式与常规施工基本相同。但其防渗漏措施主要体现在一些特殊工艺及伸缩缝和施工接缝的处治上。5.2.2.1 清基（1）清除基岩表面松动石块。引水隧洞开挖直径为10.2m的圆形断面，掘进时均采用光面爆破，除严格控制超欠挖外，对清完碴后残留在岩层表面的松动石块以及肉眼能看到有裂纹之处，都要用小铁锤进行敲击，彻底清除干净。（2）高压水冲洗。基岩表面松动石块清除干净后，还需用高压水进行冲洗，冲洗过程中还需用钢刷清除粘附在基岩表面的污染物。（3）高压风吹干。为确保基岩面的干燥，对冲洗后的表面积水，先用吸水性好的布团吸干，再用高压网管对着岩面进行吹干，然后才能进行衬砌层钢筋的绑扎和混凝土灌筑。5.2.2.2施工配合比衬砌混凝土使用的水泥为普通硅酸盐水泥，粗骨料采用花岗岩或页岩加工，细骨料为中粗河砂。具体选用的施工配合比见表1。表1 引水隧洞混凝土施工配合比设计指标水灰比砂率%外加剂掺量每方混凝土各材料用量（kg）28d强度备 注%kg水水泥粉煤灰砂小石中石大石MPaC200.444.10.93.45153383/823575467/24.7（泵送）5.2.2.3混凝土的拌合运输拌合必须采用设有自动计量系统装置的拌合楼或使用商品混凝土，运输采用输送泵直达浇筑工作面。5.2.2.4振捣需挑选有丰富施工经验的混凝土工进行操作，做到既不漏捣，又不能振捣过头。要认真设置好振捣程序，并随时做好混凝土浇注和振捣过程和各项记录。注浆质量检查布置孔眼水压及灌浆试验（固结灌浆用）（分二次注浆分序疑问注浆准备（分二次）压注浆液施工准备制订方案报批场地布置及备料衬砌前清基注浆防水浇筑振捣衬砌防水配合比设计伸缩缝、施工缝处理回填灌浆固结灌浆渗漏区补注配件加工（分二次）钻 孔冲洗清孔（固结灌浆用）浆液制拌打入注浆管止浆封孔注浆记录进入下一灌区循环合格不合格 图1 衬砌混凝土防渗漏工艺流程5.2.2.5伸缩缝与施工缝的处治（见图2）（1） 设计预留的沉降伸缩缝。嵌入的防渗漏材料主要是紫铜止水片和BW闭孔泡沫板。紫铜止水片厚1.5mm，宽30cm（下料宽40 cm），每片长2.53.0m，在工厂采用专用机械挤压工艺成型，现场根据衬砌断面尺寸焊接成圆弧或半圆弧型，然后在中间弯曲的鼻子槽内浇满沥青麻絮筋。施工时将止铜片的1/2宽预埋在前段衬砌混凝土的端头上，安装时在衬砌端头处用两半幅模板夹牢固定，确保鼻子槽的位置对准端面衬砌厚度圆弧的中心，保证预埋位置准确。拆模后注意保护伸露在外面部分的紫铜片，不使其有过大的变形。在下一段衬砌混凝土浇筑前，用树脂胶或其它材料将BW闭孔泡沫板粘贴到衬砌端面上。若隧洞采用上下断面分两次衬砌，每个伸缩缝处的紫铜止水片还需在现场增加两个接头的焊接。 图2 伸缩缝与施工接缝防水材料安装示意（2）环向施工接缝。嵌入的防渗漏材料主要是紫铜止水片和WB型橡胶止水条。紫铜止水片的预埋安装方法与伸缩缝基本相同，不同的是不设BW闭孔泡沫而增设橡胶止水条。橡胶止水条安装需在前段衬砌端面预留一凹槽，预留方法沿衬砌厚度的中心在挡头板处用钢管或其它材料形成凹槽的模型。凹槽为外口大里口小的梯形状，其具体尺寸根据橡胶止水条确定，一般比橡胶止水小1mm为宜，但所用的橡胶止水条均应选择具备资质厂家生产的合格成品。（3）纵向水平施工接缝。由于本项目K4+660K6+012洞段的洞内衬砌采用先上（边顶拱）后下（底拱）分两个断面的衬砌方法，这样就使每一衬砌段增加了两道纵向的水平施工接缝。纵向水平的施工接缝处只使用BW橡胶止水条，凹槽的预留设在下半断面上，其预留和衔接方法与环向施工接缝基本相同。（4） 所有施工接缝在下段衬砌混凝土浇筑前，对前段衬砌端面必须认真凿毛和清洗干净表面的浮浆浮皮。防渗漏材料中的橡胶止水条也宜在下一衬砌段混凝土浇筑前嵌入。嵌入前对原衬砌混凝土端面及凹槽表面的油渍等污染物清除干净，凹槽局部破损处要用丙乳砂浆或环氧砂浆修复。橡胶止水条要进行试嵌，并对其不密贴处及时修补校正，安装嵌塞时用力不能太猛，以防止水条撕裂或变形。紫铜止水片安装时对其表面的浮皮、锈污、油漆、粉尘等杂物也要清除干净。橡胶止水条可直接采用树脂胶粘贴在预留的凹槽内。（5） 防水材料的搭接处理。紫铜片采用双面黄铜焊条进行气焊接，其搭接长度不应小于2cm，并做到接头面不得有气泡、染渣、沙眼、钉孔和缝隙，以确保不渗水。检查时可采用煤油或其它油脂液体做渗透试验。橡胶止水条的搭接长度应大于15cm，接头内也不得有汽泡、夹渍等容易造成渗水的隐患。（6） 当浇注的混凝土到达接缝处时，应指定专人负责振捣，以确保该区域的混凝土密实。同时要避免粗骨料集中，或产生汽泡及泌水聚集现象。另外对混凝土浇筑过程中发现的所有缺陷要及时修补或更换，在拆模后要注意对衬砌端面进行有效的保护。5.3 注浆防水引水隧洞在衬砌混凝土完成后进行的注浆有回填灌浆、固结灌浆。其中，回填灌浆主要是保证衬砌层与基岩结合得更紧密，以弥补基岩表面因爆破震裂部分的缺陷，以及衬砌混凝土收缩时与岩面产生的部分空腔，故此钻孔深度只需进入基岩10cm即可；固结灌浆作用主要是扩大浆液在岩层的冲塞密度和扩散范围，以使衬砌层与其背后的注浆岩层结合成一圈满足抗压要求的坚固抗力层，最终达到彻底堵截渗漏之目的。5.3.1 注浆前准备（1）注浆管加工。注浆管采用无缝钢管按图3、图4的尺寸和要求加工，其中回填灌浆采用独头管，其长度是根据衬砌厚度及脱空深度确定，管前端20cm范围按照图中间隔尺寸对打两个小孔，孔位按梅花形布置，但管的后端70cm内不钻孔；固结灌浆用袖阀式套管，以适用于孔内循环注浆工艺（图5）；压力钢管段后期的接触注浆则是在原磁座钻的小孔上用丝接或焊接方法，接一小段同孔径的短钢管，注浆结束后再焊补磨平。图3 回填灌浆管加工图样图4 固结灌浆管加工尺寸 图5 “孔内循环法”固结灌浆工艺（2）布孔。为了避免施钻注浆孔时遇到钢筋，衬砌混凝土浇筑时根据设计的孔位，在衬砌内预埋50PVC管。钻注浆孔前由测量人员依据预埋的PVC管位置，用红油漆在衬砌面上标出孔位和编号。对拱部较高的孔位，可使用自行加工的简易台车进行操作。5.3.2 钻孔钻孔可用钻孔采用YT28型手持风动气腿式凿岩机钻头42mm及50mm一字型合金钻头。施钻时先用电钻开一个23cm的引导孔，钢衬段则直接旋开钢管预留的孔盖，然后再用凿岩机实施钻孔。开钻时钻速宜低些，等钻入孔深达20cm后再调至正常钻速，钻孔的角度尽量与衬砌面保持径向的垂直度。回填灌浆孔深以达到入岩10cm为宜，固结灌浆孔的入岩深度则视岩层情况而定，一般入岩为57m，且孔底偏差应不大于1/40孔深。钻孔过程中对其入岩的深度，可凭钻速变化和钻出的粉沫状态来判断，必要时也可用标有尺度的圆棒来量测。隧洞断面较大时可采用自制的钻孔台车进行操作，当在台车上钻孔时，台车应支撑牢固，要防止过大的震动，影响孔的角度，所有钻完的孔应用木楔子将孔口堵塞。5.3.3冲洗浆孔固结灌浆的浆孔在压注浆液前均应用高压水进行冲洗（回填灌浆可不需冲洗），以冲出残留孔内和岩层裂隙中的粉尘、碎碴等粘附杂物。其冲洗的标准，要一直冲至的回流水澄清达10min才能结束，且总时间单孔不少于30min，患通的孔不少于2 h，处于下倾的浆孔，其孔内残存的沉积物厚度不得大于20cm。冲孔达标后，再用高压风进行吹干。冲洗孔的压力为注浆压力的80%且不大于1MPa，吹洗风压的压力为注浆压力的50%且不大于0.5MPa，对于处在破碎带和断层夹泥的孔位，可采用脉冲法或风水联冲的方法进行冲洗。5.3.4 压水试验及注浆试验固结灌浆的孔在裂隙冲洗后应抽出不少于5%的孔数进行压水试验，试验采用单点法。其试验按水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T 5148-2001）浆附录A（灌浆工程水压试验）的规定执行。注浆试验按施工图纸或监理工程师指定的孔位和要求在一个灌段内进行，通过试验取得可靠技术参数及相应施工工艺，以指导全面的施工。5.3.5注浆施工(1) 浆液制拌注浆用的浆液主要是纯水泥浆和加入一定氯化钙的水泥浆，对于效果不明显或注浆后仍然还出现渗漏水的局部区域，才使用水泥十水玻璃的双浆液。水泥浆液使用的水泥为硅酸盐水泥，其水泥强度：回填灌浆为32.5MPa，固结灌浆为42.5MPa。水为普通饮用水即可。在回填灌浆时，对脱空较大部位还可在水泥浆中掺入一定比列的细砂。各种配料的称量误差应小于5%。水泥浆配制情况如表2和表3。表2 纯 水 泥 浆 配 比水灰比水泥（kg）水（L）制成浆量（m3）0.5:112006001.0000.6:111006601.0260.75:19507121.0291:17507501.0001.25:16508121.0291.5:15508251.0082:14509001.050表3 加入3%氯化钙水泥浆配比水灰比水泥（kg）50%氯化钙溶液（kg）水（kg）制成浆量（m3）0.5:112501135701.100.6:111501106351.130.75:19501006651.081.0:1750907051.041.25:1650887701.081.5:1550837431.012.0:1450818601.09（2）回填灌浆。回填灌浆是在拱顶部的120范围内实施，且在衬砌混凝土达到设计强度的70%后进行，方式采用单液单管孔口封闭式注浆法。每一注浆区段一般分两个次序进行，施注时由较低一端向较高一端推进，并在距灌区下方端部30cm处，环向设若干个孔径20mm的排水孔，排水孔的位置比注浆孔低11.5m，孔内填塞海绵条。注浆所需的排气孔则可利用上方或最高处的尚未注浆的孔代替。注浆时要备好止浆装置，当其它孔有浆液流出迹象时，立即用止浆塞封堵，以确保浆液回填密实。注浆孔口的止浆，可使用常规的橡胶塞，也可用橡胶绸制成的套装袋，方法是打管前将其套在注浆管末端，用铁丝绑牢后随浆管一起打入，注浆时利用浆液或气体的压力使其鼓起挤密孔壁而达到止浆的效果。注浆管可利用改装的风枪或风镐进行打入，也可以用大锤直接打管。注浆压力按0.30.5MPa控制，浆液按表2和表3选用0.6:1或0.5:1这两个级比，当孔的吸浆量较大，需用水泥砂浆时，其掺砂量根据现场实验确定，原则是按不超出水泥重量的200%进行控制，同时注意加快注浆速度。一个灌区和一个孔的注浆应连续进行，一般不得中断。当第二次序注浆时，如果出现因中断复注不再进浆的孔，则应重新扫孔补注。注浆过程出现其它孔位串浆时，应待其排出浓浆再进行堵塞。回填灌浆单孔扩散半径为1.5m，其结束的标准是在正常压力下不再吸浆并延续5 min为止。（3）固结灌浆固结灌浆是在全断面进行，其钻孔的入岩深度，一般地段为5 m，特殊地段达到7 m。由于其孔位深，开孔的直径一般达到50 mm，除孔底按不大于1/40孔深控制外，角度误差按偏差不大于50进行控制。但对于一些钻孔过程孔口不返水的孔位，则应停止钻进，待按正常注浆方法结束一段时间后，再继续钻进。同一灌区的固结灌浆一般应在回填灌浆结束后7天进行，注浆方法按照“环间分序，环内加密”的原则，采用“孔内循环注浆工艺”（见图5）及一泵一孔进行压注，其顺序由下而上，由里向外。初始压力一般为0.3MPa，中途为0.71. 2 MPa，终止压力为1.21.5MPa。每区段的注浆顺序也是先由低处向高推进，有时根据需要分序孔进行（相应地钻孔也需分多次施钻），以获得最好的注浆效果。每次终止注浆时，所有不再用的注浆孔要采用高标号水泥配制的高强砂浆（最好是采用膨胀水泥配制高强砂浆）对其进行填塞封堵，并捣固密实，以防后续注浆时造成串漏浆现象。浆液水灰比参照表2和表3，以1:1、0.75:1和0.6:1三个级别为主，由稀到浓逐步变换，变浆的原则：a、当注浆压力不变，注入浆率递减时，或是注入浆率不变而注浆压力均匀上升时，应持续注浆并不能随意改变水灰比；b、如果遇到注入浆量很大而注浆压力又长时间不起压时，则需加入速凝剂或早强剂，用此来缩短浆液的凝结时间。或者是采取间断注浆的方式来保证孔位的注浆质量；c、 当某一级水灰比的浆液注入量达到400L，而注浆压力及吸浆量均无改变或变化不大时，才能改换更浓一级的浆液；d、当吸浆量每分钟大于30L时，可视具体情况适当越级变浓浆液；e、如果变浆后遇到压力突增或浆率突减的情况时，则应尽快查明原因，并报监理工程师后再另作处理，现场不能随意变更浆液。注浆过程中遇有其它衬砌点漏冒浆现象时，可采取嵌补、降低压力、加浓浆液或间歇停注待凝，然后再继续注入的方法处理。若出现邻孔串浆时，一般是采取临时封堵，有条件时最好采用并联对称注浆的方式来解决。注浆结束的的标准是在设计压力下，浆液注入率每分钟大于0.4L时，再持续30分钟即可。对有地下水涌出的注浆孔，在注浆结束后，还必需有关闭孔口闸阀待凝不小于1小时的屏浆措施。（4）渗漏区补注每一灌区的固结灌浆结束后，当检查发现还有少量渗漏之处，或对因基岩松散破碎使用水泥浆液效果不明显地段，则根据工程实际需要，一般都要加入附加剂来调节水泥浆液的性能或改用水泥水玻璃双浆液进行注浆。当采用水玻璃十水泥混合浆液时，其配浆主要材料：水泥用42.5MPa以上的硅酸盐水泥；水玻璃用4245be，比重1.421.45，模数为2.42.8；拌合水必须符合JG6389的标准，且水温不得高于400c；在施工配合中，水灰比0.8:1.0，水玻璃稀释浓度1020 be，双浆液体积比（c/s）1:0.50.7。对于双浆液注浆质量控制，为满足浆液扩散半径的要求，采用注浆量与注浆压力值进行双控。在具体实施时，在双浆液，水灰比，水玻璃三大要素中，每次可固定两项要素，改变其中一项要素，这样可分为三种情况进行控制：a 水灰比和水玻璃浓度不变，改变双浆液比例，这时水玻璃溶液的比重越大，胶凝时间越短，初终凝的时间也越快。b 水玻璃浓度和双浆液比例不变，改变水灰比，这时水灰比越大，胶凝时间越长，初终凝的时间也越慢。c 水灰比和双浆液比例不变，改变水玻璃浓度，这时水灰比越大，胶凝时间越长，初终凝的时间也越慢。（5） 注浆施工技术要点a 注浆过程应将注浆孔附近的的两排孔进行堵塞，若遇串浆或跑浆较大，则可酌情采用间隔一孔或数孔的方法进行压注。b 注浆量和注浆压力是注浆过程的两个关键参数，其一般规律是：初始阶段压力低时，注浆量会增大；在正常阶段这两个参数也有一些起伏，但基本是呈波浪式的，幅度不大；在浆液接近压密注满阶段，浆液注入量会迅速递减和压力迅速增高。c 对于拱部回填灌浆，由于局部的基岩裂隙和空腔较大，有时会遇到吃浆量大而注浆压力上不去的情况。此时以控制注浆量为主。当达到注浆量后一定要稳压几分钟才可停止注浆。d 固结灌浆孔冲洗后若超过8小时还没有施注，下次注浆时应再冲洗一次；还有注浆因故中断在半小时内不能恢复注浆的，下次复注时也就先冲孔扫孔后再复注。e 配制水泥浆时，必须在加水搅拌的情形下才能加入水泥，若要掺入附加剂也需待浆液搅拌均匀后方能加入。使用普通搅拌机时，拌制时间不能少于3分钟，如使用高速搅拌机时，拌制时间也不能少于30秒钟，且浆液在注入前应过筛，并从搅拌开始到用完不能超过4小时。f 当邻近有正在注浆的孔，或附近有刚注过浆不足24小时的孔位时，不得进行该孔位的裂隙冲洗。（6）注浆记录注浆过程记录的内容主要是注浆的实施日期、注浆持续时间、注浆压力、注入浆量和各孔排出浆液的浓度等。6 质量控制6.1 执行的标准（1）硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的各项指标（GB178-85）；（2）混凝土拌合用水标准（JGJ 63-1989） 第3.0.4条；（3）水工混凝土施工规范（DL/T5144-2001）；（4）水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T 5148-2001）；（5）混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-2002）