“群孔复合，平压灌注”堵漏新工艺与工程实践

陈安重，胡铁桥，卢贤伟，周运东，钟 忠

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙，410014)

作者简介: 陈安重(1959—)，男，湖南沅陵人，教授级高工，长期从事水泥与化学灌浆及施工技术研究。

【摘 要】 本文介绍了一种“群孔复合，平压灌注”灌浆堵漏新方法，并结合三板溪水电站导流洞堵头高压透水堵漏工程实例，系统地阐述了该堵漏新方法应用于高压透水条件下灌浆堵漏的机理，以及所采用的灌浆材料、工艺参数等，可为今后类似高水头大流量堵漏工程，提供一种全新的技术思路。

【关键词】 高压透水; 高水头; 大流量群孔复合; 平压灌注; 瓦抱式混合器

1 前言

灌浆堵漏在市政、交通、水电、矿山等工程中已广泛应用。目前，对于一些低压小流量渗漏水处理，其灌浆材料、工艺方法已经比较成熟，类比工程经验也比较多。而对于一些特殊的高压力、大流量透水灌浆堵漏，目前国内成功经验相对要少一些。尤其是对于岩溶管道或宽大结构裂缝等集中通道高压透水处理，当水头压力超过100m，且透水量大于1000m3/h时，堵漏灌浆施工难度极大。主要表现在: ①较大的集中透水通道，堵漏灌浆难以形成有效灌浆压力，容易造成灌注的浆液顺水流而下被带出; ②较高的水头压力，堵漏灌浆瞬间凝固的膏状或絮凝状浆液，容易被高压水流所冲蚀或挤出。故此，本文将结合三板溪水电站导流洞堵头结构型宽大裂缝集中通道高压透水处理工程实例，对实施的一种“群孔复合，平压灌注”新工艺，从灌浆机理、设计布孔、堵漏材料、工艺控制等进行了系统介绍，供同行们研究与探讨。

2 工艺简述

所谓“群孔复合，平压灌注”就是针对高水头大流量集中透水工程特性，采用2孔以上群孔，同时灌注水泥、化学等不同特性的组合浆液进行堵漏灌注，借以实现“群孔互补，下阻上护，刚柔结合，平压灌注”。“群孔复合，平压灌注”工艺其关键技术参数主要有:

(1)群孔数量。即同时进行堵漏灌浆孔的数量，原则上结合透水通道分布特性与总透水量大小，以及灌浆材料性能等分析确定。采用群孔灌注，要求能够满足: ①水泥浆液、化学浆液或水泥与化学组合浆液等同时灌注; ②满足堵漏灌注压力的正常实施，特别是上游组孔的灌浆压力应大于透水压力，以便堵漏浆液沿透水水流向上推进，确保下游组孔浆液充分有效凝固。对于特大透水处理，可实施局部分流、分区灌注等措施减少群孔数量。

(2)灌浆材料。灌浆材料原则上按照刚柔结合，快凝环保，经济有效原则合理进行选择。一般情况下可优先选用水泥－水玻璃双液浆液(或水泥砂浆－水玻璃双液浆液)，必要时，上游组孔可同时灌注“以水止水”瞬间发泡固化的聚氨酯化学浆液，以保护下游组孔CS类浆液充分凝固。

(3)灌浆压力。按照“平压灌注”工艺要求，高压透水处理灌浆压力以不小于透水压力的1.5倍为宜，以便灌入的浆液在一定压差作用下迫使其沿透水方向上下左右同时扩散，基本消除高压透水对堵漏浆液的冲蚀影响，确保浆液有效扩散与固化。灌浆压力的实现主要通过调整多种浆液凝固时间，以及采用较大泵量的灌浆设备进行群孔灌注而实现。

3 工程实践

3．1 项目简述

三板溪水电站导流洞封堵设计堵头长40m (导0+301.0～导0+341.0m)，钢筋混凝土结构。因各种原因，在堵头廊道周边回填与接触灌浆尚未完成的情况下，大坝提前实施下闸蓄水。随着库水水位迅速抬升，堵头开始承受库水水头压力，堵头廊道顶拱及周边出现较大的透水，主要沿桩号导0+323.00m施工缝及蝶阀井周边呈高压喷射状流出。现场实测水压约1.0MPa(基本同库水水头压力)，透水汇集流量约0.2m3/s(见图1)，且透水压力与流量随库水位上升而增加，严重影响到堵头结构的稳定。对此，施工单位采用常规化学灌浆工艺实施堵漏处理，但终因水头高、水量大其结果无功而返。

图1 透水汇集图

3．2 技术思路

图2 前化灌处理引流孔

我单位承接该项堵头高压透水处理工程后，现场对堵头透水原因及其性状进行了充分的调查分析，确认透水通道主要为堵头廊道周边新老混凝土施工缝，尤其是廊道顶拱存在脱空，大坝蓄水后，库水直接进入堵头周边缝面与脱空通道后连通与击穿廊道施工缝及其他缝隙高压喷射而出(见图2)。如此“高水头、大流量、射流状”透水，常规的引水埋管、嵌缝封闭、灌浆堵漏工艺很难实施有效封堵。故此，针对该堵头透水特性，并吸收之前施工单位堵漏失败的经验教训，研究提出了一种“群孔复合、平压灌注”新的堵漏灌浆技术思路。

3．3 堵漏布孔

堵漏灌浆孔分别于0+320.00m、0+317.00m两个断面各布置1排，灌浆孔垂直外穿周边缝，环内孔距2.0m，环间排距3m; 另沿蝶阀井上下游方向布置1组(3孔)堵漏灌浆孔，用于对蝶阀井的透水处理。

堵漏灌浆采取每组多孔分组钻灌，即两排纵向直线对应为一组，分别采用刚、柔两种不同特性的灌浆材料同时灌注，目的在于上下互补，下阻上护，以确保组孔灌入的浆液在高压透水环境下能有效扩散与凝固。

3．4 灌浆材料的选用

按照上述“群孔互补，下阻上护，刚柔结合，平压灌注”堵漏灌浆技术思路，其灌浆材料分别选用水泥－水玻璃和聚氨酯(油溶性)两种材料。

3.4.1 水泥－水玻璃浆液

水泥－水玻璃浆液配比与主要性能见表1。

表1 水玻璃－水泥浆液配比及主要性能表

3.4.2 聚氨酯(油溶性)

聚氨酯是一种遇水快速发泡固化、以水止水的化学堵漏材料。按照水溶性与油溶性分类，油溶性聚氨酯遇水快速反应时能产生很大的膨胀力，可促使浆液二次膨胀扩散，且透水压力越大，其浆液形成的凝固体强度越高，这无疑对“高水头，大流量”透水堵漏处理较水溶性更具有优势。油溶性聚氨酯主要性能指标见表2。

表2 油溶性聚氨酯材料技术性能指标

3．5 施工技术

3.5.1 设备与机具选用

按照“群孔复合，平压灌注”工艺要求，本堵漏灌浆直接采用多台3SNS高压灌浆泵进行聚氨酯浆液和CS浆液的复合灌注。为确保CS浆液孔内均匀混合，专门研制了一种单向隔离瓦抱式混合器(见图3)。

图3 瓦抱式CS浆液灌注器

3.5.2 钻孔工艺

钻孔采用地质钻造孔，开孔直径φ75 m (安装φ73m孔口封闭器)，灌浆孔径φ59mm。钻孔分组上下对应交替进行。由于钻孔穿过透水通道时即会出现高压喷射水流(见图4)，一方面造成施工现场环境恶劣，同时对后续堵漏灌浆很难按常规的下塞方案实施，为此，钻孔穿过透水通道前，先安设好设有旁流开关的孔口管，便于钻孔与灌浆的正常实施。

图4 钻孔穿缝突发喷射水

3.5.3 灌浆工艺

(1)聚氨酯浆液采用“孔口封闭、单向单液、赶灌同步、纯压灌注”工艺。

(2)水泥－水玻璃浆液灌浆采用“孔口强制混合，双液纯压灌注”工艺。

3.5.3.1 灌浆前准备

(1)同一组孔灌浆前先安装孔口封闭器(化学)和特制混合器(双液灌注)。

(2)测定透水量和透水压力。

(3)估算起压灌入量，准备足够的灌浆设备、材料。

3.5.3.2 堵漏灌浆控制

(1)结合两种浆液特性，上游孔灌注聚氨酯浆液，下游孔灌注CS浆液。两种浆液同时灌注，借以达到“刚柔结合，前阻后推”堵漏灌注。

(2)灌浆尽可能采用较大的灌浆压力，确保了浆液有效扩散。为达到拟定的灌浆压力，必须保证足够的供浆量，必要时采用相邻多组孔同时灌注，现场最多采用4孔4泵群孔灌注，实际灌浆压力达到2.0MPa以上。

(3)灌浆按照“上阻为辅，下堵为主”的原则，在确保下游孔灌注CS浆液能正常起压条件下，尽可能减少上游聚氨酯灌入量。

3.5.3.3 灌浆结束标准

根据本堵头透水通道结构特征及透水性状，若按照常规的灌浆控制思路，很难确定灌浆结束标准。为此，本次堵漏灌浆控制主要根据灌浆压力实施情况，结合组孔灌浆注入率及透水缝水量变化情况综合分析判断进行控制。

4 效果检查分析

本堵头高压透水灌浆处理共历时5d圆满结束，经现场观测原透水缝基本滴水不漏; 7d后于灌浆区进行穿缝钻孔检查，观测可见缝面完全充填与胶结; 堵头廊道内完全干化。

5 后语

针对“高水头，大流量”透水堵漏工程特性，我公司推出了“群孔复合、平压灌注”新工艺，并成功应用于三板溪水电站导流洞堵头所出现的高水头、大流量、喷射状透水处理工程，其效果基本滴水不漏，确保了堵头结构稳定。“群孔复合，平压灌注”堵漏新工艺，其技术思路开拓创新，可为今后类似高水头、大流量堵漏工程，提供一种全新的技术思路。