西南有色昆明勘测设计（院）股份有限公司 昆明 650217
摘要：静压灌浆是一种传统、有效的地基防渗处理工法，广泛应用基础防渗、水库坝体加固处理等防渗止水等工程中，一般在岩石裂隙闭合性差、延展性好的岩石应用效果较好，在粘性土、胶结不完全的岩石中应用很少。但若能大胆探索、拓展静压灌浆工法适用领域，在特殊的地质环境下实施并取得成功，则为以后在特殊地层中的防渗止水提供了宝贵工程经验，使静压灌浆工法发扬广大，为类似工程的设计、施工提供实践经验。
关键词：静压灌浆；半胶结；防渗止水
1 前言
静压灌浆其原理主要是靠浆机压力把浆液注入地层的裂隙中，凝结后与周围的岩（土）体粘结在一起，从而使地层中存在的裂隙被充填、封闭，起到防渗止水的效果。其主要适用于有一定裂隙张开度的岩土体中，对一些虽存在裂隙，但大多被泥质充填的岩层及孔隙较小的粘性土层其适用性差。
在工程实践中我们发现，很多需要防渗处理的工程，在理论上其地层情况往往不适合于利用静压灌浆工法进行处理，而利用其它工法处理不是工程成本较高，就是施工工艺较复杂，如利用处理成本较低的静压灌浆工法进行处理成功，不但节约了工程成本，还可以缩短施工工期。下面就介绍利用静压灌浆工法在第三系泥灰岩膨胀软质岩石地区防渗止水、并取得成功的工程实例，供交流参考。
2 工程概况
工程为城市截污排水输水隧洞施工，输水隧洞全长7908.01m，隧洞断面尺寸3m×3.5m，主隧洞底板高程低于地表高程17.48m，斜井口距离海水西侧173m（图1）。根据《勘察报告》，输水隧洞入口段地下水位较浅，仅0.80m～4.00m, 地层富含基岩裂隙水，水体与临近海水体连通，每日涌水量在750m3以上，若不进行防渗止水处理，施工时涌水量太大，隧洞掘进难于通过，并存在较大的安全隐患。为保证输水隧洞工程顺利实施，拟对输水隧洞入口段斜井先进行防渗止水，再进行隧洞施工。
图2
⑴第四系耕土(Qpd)：主要为旱地耕植层（①层），结构松散。厚度为0.30～0.50m。
⑵第四系坡残积(Qdl+el)粘土（②1层）：红褐或褐黄夹灰及灰白色，含少量铁锰质结核及泥灰岩风化残块，硬塑状态，局部为可塑状态，稍湿；厚度为1.3m。
⑶新第三系(N)泥灰岩（③1层）：灰黄或褐黄夹灰白色，半胶结泥质结构，中厚层状构造，裂隙较发育，岩芯呈土状及碎块状，岩块用手易捏碎。揭示厚度为3.60～7.52m，富含浅层地表水。
⑷新第三系(N)泥灰岩（③2层）：灰或灰白夹灰黄色，半胶结泥质结构，中厚层状构造，裂隙发育，岩芯呈碎块状及短柱状，岩块用手可折断。揭示厚度为9.60～9.90m。富含浅层地表水。
⑸新第三系(N)泥灰岩（③3层）：兰灰或灰白夹灰黄色，半胶结泥质结构，中厚层状构造；中等风化，裂隙弱发育，岩体完整，岩芯呈柱状及短柱状，岩块用锤可击碎，富水性弱。
其中③2层及以上地层为防渗处理目的层。
水文地质条件：
上覆第四系土层（①、②1层）土颗粒松散堆积，含有一定量的孔隙，为地下水的赋存和运移提供了空间及通道；而下伏第三系岩层，由于其地层时代较新，经受的构造运动少，加之其为半胶结柔性岩体，构造运动痕迹不易保留，从岩芯上观察，处于地表浅部的③1、③2层为全～强风化层，风化裂隙发育～较发育，见溶蚀孔发育，它们为地下水的赋存和运移提供了一定条件。
4 坝基防渗设计
根据勘察报告，1#斜井区以第三系全～强风化泥灰岩为主，具弱膨胀性，呈半胶结、致密土块状，力学性质类似于软质岩石，裂隙发育，延展性好，从几米～几十米，裂隙宽度从几毫米～几百毫米，紧临大屯海水体，地下水与地表水联系紧密，补给面广、量大。经现场踏勘，邀请专家进行多次方案论证，认为该区地层具有一定的静压灌浆工艺止水防渗条件，先进行灌浆试验，根据灌浆试验结果，确定防渗处理方案。
4.1灌浆试验
在拟灌浆段选取具代表性的地段设计5个方案进行灌浆试验：第一方案，双排，1.20m排距，2.00m孔距；第二方案，双排，1.20m排距，3.00m孔距；第三方案，双排，1.20m排距，4.00m孔距；第四方案，单排，1.50m孔距；第五方案，单排，2.00m孔距。灌浆试验在处理段位置见图1、灌浆孔试验方案布置见图3。
图3
4.2试验结果
灌浆试验结果如表4-1。
从表4-1，灌前压水和灌后检查孔压水透水率对比可见，第一方案灌前压水透水率为23.28～33.83lu，灌后检查压水仅3.99lu，透水率减小率达86%，灌浆效果显著外，其它灌浆孔灌后检查与灌前压水透水率略有一定效果，但止水效果明显劣于一方案。
根据灌浆试验，该区选用静压灌浆工法可以达到止水防渗目的。选用第一方案进行本次斜井帷幕灌浆。
4.3灌浆方案确定
灌浆孔布置：
斜井口位置按双排2.0米、排距1.20米布置灌浆孔，井口按双排2.0米、排距1.20米布置灌浆孔封闭；主隧洞按单排2.0米孔距布置灌浆孔，主隧洞部位东侧边界按单排2.0米布置灌浆孔进行封闭（图4）。
图4
灌浆方法：
灌浆方法采用自上而下纯压式灌浆的方法，灌浆段长一般为5米。分三序进行灌浆施工。施工时先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔，采用逐级加密的方式进行灌浆。
灌浆压力：
灌浆压力按P=P0+MD公式进行计算，其中：P为灌浆压力，单位为Mpa；P0为初始压力，定取0.1Mpa，M为灌浆压力增率，定取0.01Mpa/m；D为灌浆段段底埋深，单位为米。套管下第一段灌浆压力采用0.25～0.3 Mpa，灌浆采用一次升至设计灌浆压力。
浆液水灰比：
灌注纯水泥浆，灌浆浆液水灰比采用4:1、2:1、1.5:1、1:1、0.8:1五个比级，逐级加浓的原则灌浆。
帷幕底界：
斜井底板在③3层以上的地段两排孔均进入③3层以下3.0米为帷幕底线；斜井底板在③3层以下的地段内排控制到③3层顶界以下3.0米，外排控制到③3层顶界即可。在主隧洞段按单排2.0米孔距布置灌浆孔，灌浆孔深度控制在隧洞底板以下3.0米（图5）。
图5
4.4灌浆效果
宏观观察：从检查孔钻孔岩心观察，岩心风化裂隙中普遍见水泥浆液结石充填，充填密实。
压水试验：参照灌浆试验灌前压水资料，斜井段地层平均透水率为32.57lu，灌后施工检查孔共15孔，压水试验57段，透水率0.73~11.20Lu，平均3.78Lu，比灌前减少88.4%。
2006年5月开始斜井部分的开挖施工，开挖断面见大量水泥浆液结石，开挖后斜井内没有呈股状流水现象，都以渗水形式出现，帷幕 灌浆后涌水量减少了580～680m3/d，从开挖前后涌水量分析灌浆效果十分明显。现输水隧洞已运行多年。
4.5小结
在新第三系泥灰岩膨胀软质岩石中，首次利用静压灌浆工艺防渗止水取得成功，填补了省内在新第三系泥灰岩软质岩石中利用静压灌浆防渗止水的空白，拓宽了传统灌浆工法的适用范围，工程采取了科学客观，求真务实，技术可靠，经济合理的岩土设计理念，改变了水工项目传统意义上，防渗帷幕体力求“滴水不漏”的传统设计思想，确定了本次防渗以“控制管道式涌水，允许少许面状渗水，简单抽排不影响斜井及主隧道施工的设计初衷。在施工中摸索、总结出一套在浅覆盖层区如何进行浆液压力合理控制，宽大裂隙密集发育区有效止水，高水位区水泥浆液不易凝结、强度不高的控制、改良等系统的工艺、工法和经验，对类似地层防渗止水有极其重要的借鉴、推广作用。
参考文献：
[1]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）
[2]《滇南中心城市大屯海截污排水工程1#斜井帷幕灌浆施工管理工作报告》（云南西勘建设工程总公司2006.8）
作者简介：
吕建中（1981～ ），男，云南省建水县人，工程师，主要从事水工环地质勘查工作。
朱永平（1972～），男，云南省罗平县人，高级工程师，主要从事于岩土工程勘察，岩土施工等。
论文作者:吕建中,朱永平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年1月下
论文发表时间:2017/5/8
标签：隧洞论文; 斜井论文; 裂隙论文; 静压论文; 泥灰岩论文; 防渗论文; 浆液论文; 《建筑学研究前沿》2017年1月下论文;