【文章內(nèi)容簡介】 張開裂縫之前，液壓使被灌載體可灌性范圍發(fā)生沿鉆孔孔徑方向的位移（ ru ），即壓密變形： )()( 1 2120202021 rrprprrvE vu cgr ???? () 式中 v —— 被灌載體泊松比； E —— 被灌載體的彈性模量， MPa； 0r 、 1r ——灌漿鉆孔半徑及漿液擴(kuò)散半徑， cm； gp 、 cp —— 灌漿壓力及劈裂壓力， MPa。 雅礱江 錦屏二級水電站引水隧洞工程投標(biāo)文件 高壓灌漿施工技術(shù)專題研究報(bào)告 . 15 中鐵十三局集團(tuán)有限公司 北京振沖工程股份有限公司 聯(lián)合體 中國鐵建② 第 2 階段 —— 劈裂流動階段 當(dāng)灌漿壓力（ gp ）施增到一定程度時，此時的壓力稱其為初始開裂壓力，于是漿液則在被灌載體內(nèi)發(fā)生劈裂流 動。這里的初、始開裂壓力即垂直劈裂壓力（ vp ）為 )2)(11( 0 hKNvhp tv ??? ???? （ ） 式中 ? —— 載體重度， t/m3； h ——灌漿段深度， m； t? —— 載體抗壓力強(qiáng)度， MPa； 0K —— 載體側(cè)壓力系數(shù)， vvK ??10 ； N —— 與載體滲透性 k 和漿液粘度 ? 有關(guān)的比例系數(shù)， ?kN? ， N 在 0～ 1 之間變化。 ③ 第 3 階段 —— 二次劈裂階段 裂縫發(fā)展到一定程度，灌漿壓力又重新上升，則載體中大、小主應(yīng)力方向發(fā)生變化，即水平向主應(yīng)力轉(zhuǎn)化為被動載體壓力狀態(tài)，這時需要有更大的灌漿壓力使載體中裂縫加寬或產(chǎn)生新的裂縫。這個更大的灌漿壓力就 是水平向應(yīng)力大于垂直向應(yīng)力并導(dǎo)致出現(xiàn)水平向裂縫（二次劈裂）。于是，水平劈裂壓力（ hp ）為 gth phvv vhp )]1()1(1[ ??? ???? () 被動載體壓力階段是劈裂灌漿加固基礎(chǔ)的關(guān)鍵階段，垂直劈裂后大量灌漿，使小主應(yīng)力有所增加，縮小了大小主應(yīng)力之間的差別，提高了載體的穩(wěn)定性，在產(chǎn)生水平劈裂后形成水平方向的漿脈時，就可能使基礎(chǔ)上抬和糾偏。漿脈網(wǎng)的作用是提高載體的法向應(yīng)力之和，并提高載體的剛度。 實(shí)際灌漿過程中，在地層 很淺時，漿液沿水平剪切方向流動會在地雅礱江 錦屏二級水電站引水隧洞工程投標(biāo)文件 高壓灌漿施工技術(shù)專題研究報(bào)告 . 16 中鐵十三局集團(tuán)有限公司 北京振沖工程股份有限公司 聯(lián)合體 中國鐵建表出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，因此劈裂灌漿的極限壓力值可滿足下式： )245t a n (2)245(t a n 2 ??? ?????? chpu () 式中 up —— 劈裂灌漿的極限壓力， MPa； ? —— 載體的內(nèi)摩擦角。 裂隙巖體的劈裂壓力，直接可用式（ ）和式（ ）二式來表述。為顯現(xiàn)計(jì)，假定泊松比 v=，選取 N 及 K0，代入式（ ）和式（ ）中，則可獲得不同情況的裂隙巖體初始水力劈 裂所需的灌漿壓力（ gp ）。 劈裂灌漿理論核心： ① 在各種被灌載體中，采用劈裂灌漿以防滲、加固及補(bǔ)強(qiáng)均是可能的。 ② 劈裂灌漿如何有效地應(yīng)用于巖溶發(fā)育地區(qū)，需視設(shè)計(jì)與施工要求、灌漿經(jīng)濟(jì)指標(biāo)而定。 ③ 劈裂灌漿既是破壞性的，即表現(xiàn)在要先劈裂被灌載體；又是建設(shè)性的，即表現(xiàn)在劈裂縫內(nèi)擴(kuò)散、流動、填充、壓密和加固補(bǔ)強(qiáng)。所有這些，其關(guān)鍵在于該技術(shù)的適時因地控制。 . 隆巴迪（ ） 公式 隆巴迪（ ） 公式適合于穩(wěn)定漿液（賓漢姆體）的最大擴(kuò)散半徑、漿液的可灌入量、最大總上抬力的求解，對于在灌漿施工中對各參數(shù)的控制具有較大的參考價(jià)值： c hPR maxmax ? () 232m axm ax 2 c hPV ?? () 223m axm ax 3c hPF ?? () 式中 Rmax最大擴(kuò)散半徑， cm。 雅礱江 錦屏二級水電站引水隧洞工程投標(biāo)文件 高壓灌漿施工技術(shù)專題研究報(bào)告 . 17 中鐵十三局集團(tuán)有限公司 北京振沖工程股份有限公司 聯(lián)合體 中國鐵建 Vmax灌注漿液的最大體積， m3。 Fmax最大總上抬力， MPa。 Pmax最終灌漿壓力， MPa。 h裂縫寬度之一半， mm。 c漿液的粘聚力（屈服點(diǎn)）， MPa。 從上述公式中，我們可以看出，裂縫寬度一定時，灌漿壓力升高，漿液的擴(kuò)散半徑、可灌入量、最大總上抬力都會顯著增大。漿液變稠，粘聚力增大，漿液的擴(kuò)散半徑、可灌入量、最大總上抬力都會顯著下降。這就是我們在灌漿過程中，需根據(jù)實(shí)際情 況，不斷改變灌漿壓力和水灰比的原因。 3. 高壓灌漿設(shè)計(jì) . 引水隧洞灌漿設(shè)計(jì) 引水隧洞灌漿加固圈是保證圍巖保持永久穩(wěn)定，并與支護(hù)體系共同承受圍巖壓力和外水壓力的重要結(jié)構(gòu)。引水隧洞灌漿主要為破碎圍巖固結(jié)灌漿、防滲高壓固結(jié)灌漿以及混凝土襯砌段頂拱的回填灌漿。 . 破碎圍巖固結(jié)灌漿 引水隧洞沿線局部洞段圍巖破碎，需通過高壓灌入的水泥漿液 固結(jié)破碎 巖塊， 改善巖體的力學(xué)性能，提高其承載能力，同時提高圍巖的抗?jié)B性能。引水隧洞破碎圍巖固結(jié)灌漿主要針對綠泥石片巖、砂板巖及白山組大理巖的Ⅳ類圍巖洞段進(jìn)行，灌漿參數(shù)：孔深根據(jù)巖層巖體性狀和埋深，分別取雜谷腦組大理巖和鹽塘組埋深小于 1500m 洞段為 6m，綠泥石片巖、砂板巖和鹽塘組埋深 1500～ 2021m 洞段為 8m，白山組大理巖洞段為 10m，灌漿壓力為 3～ 5MPa，灌漿孔間距 2 2m。 . 防滲高壓固結(jié)灌漿 雅礱江 錦屏二級水電站引水隧洞工程投標(biāo)文件 高壓灌漿施工技術(shù)專題研究報(bào)告 . 18 中鐵十三局集團(tuán)有限公司 北京振沖工程股份有限公司 聯(lián)合體 中國鐵建圍巖是地下工程中主要的承載結(jié)構(gòu)，對于深埋、超高壓裂隙地下水作用下的隧洞工程，這一思想不但仍然適用，并且應(yīng)該得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。水工隧洞防滲高壓固結(jié)灌漿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抗變形能力，增強(qiáng)圍巖抗?jié)B能力和長期穩(wěn)定滲透比降，引水隧洞防滲灌漿加固圈是隧洞圍巖 承載和防滲阻水的主要結(jié)構(gòu)。為了最大程度減小隧洞施工、運(yùn)行對工程區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境的影響，在隧洞施工期封堵主要的集中出水點(diǎn)后，尚需對沿線的出水帶和出水點(diǎn)進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿處理，采用高壓力把水泥漿液充填到巖體裂隙中，通過漿液的凝固結(jié)石，減小裂隙的寬度，增加裂隙的粗糙度，使裂隙面受到灌漿壓力作用而被壓緊，成為閉合狀態(tài)，達(dá)到減小圍巖滲透系數(shù)，降低圍巖滲透性的作用，從而達(dá)到防滲效果，同時防滲灌漿圈又是隧洞高外水壓力的主要承載結(jié)構(gòu)，必須具有一定的厚度和耐久性。 隧洞防滲固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)考慮充分利用在滲透水壓力作用下，結(jié)構(gòu)滲透系 數(shù)與所受滲透壓力成反比的滲流力學(xué)基本原理，通過合理的圍巖固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)隧洞外層圍巖固結(jié)灌漿圈滲透系數(shù)較小，相應(yīng)承擔(dān)的外水滲透壓力大，內(nèi)層固結(jié)灌漿圈滲透系數(shù)較大，相應(yīng)承擔(dān)的外水滲透壓力小，即達(dá)到隧洞圍巖滲透系數(shù)由外到內(nèi)逐層遞增，滲透水壓力由外到內(nèi)逐層遞減的效果。 基于上述技術(shù)思路，在以往單一固結(jié)灌漿防滲結(jié)構(gòu)以及圍巖結(jié)構(gòu)的滲透系數(shù)一般由外到內(nèi)逐步遞減的基礎(chǔ)上，錦屏 二級 引水隧洞防滲高壓固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)提出多層固結(jié)灌漿防滲結(jié)構(gòu)的概念和結(jié)構(gòu)型式，在隧洞開挖面以外圍巖，通過設(shè)計(jì)分層次的固結(jié)灌漿參數(shù)形成兩層、或者多層不同 滲透系數(shù)的圍巖灌漿圈，并使隧洞周邊各層圍巖灌漿圈的滲透系數(shù)由外到內(nèi)逐層遞增，讓作用于各層圍巖灌漿圈的超高壓裂隙地下水壓力相應(yīng)逐層遞減，使圍巖灌漿圈成為承載高外水壓力的主要結(jié)構(gòu)，減小作用雅礱江 錦屏二級水電站引水隧洞工程投標(biāo)文件 高壓灌漿施工技術(shù)專題研究報(bào)告 . 19 中鐵十三局集團(tuán)有限公司 北京振沖工程股份有限公司 聯(lián)合體 中國鐵建在靠近開挖面的內(nèi)層圍巖灌漿圈處，特別是減少作用在隧洞混凝土襯砌結(jié)構(gòu)上的外水壓力和滲透梯度，達(dá)到保護(hù)隧洞圍巖與砼襯砌結(jié)構(gòu)、提高承載外水壓力能力的目的。 本防滲固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)方案的具體實(shí)現(xiàn)方式如下（以圓形隧洞、兩層圍巖灌漿圈為例，參見圖 2）： (1) 為了保證隧洞周邊圍巖形成分層承載結(jié)構(gòu)，可以充分運(yùn)用鉆孔灌漿的分段灌漿施工工藝，使 得在外層圍巖固結(jié)灌漿時，采用比內(nèi)層固結(jié)灌漿更高的灌漿壓力，并可以采用更細(xì)的水泥漿液甚至化學(xué)灌漿，以及更密的灌漿孔間排距等，形成外層圍巖固結(jié)灌漿圈滲透系數(shù)相對較小，把高壓地下水盡可能阻隔在遠(yuǎn)離隧洞臨空面的外圈，而鄰近隧洞臨空面的內(nèi)圈圍巖，在保證圍巖滲透穩(wěn)定的前提下，適當(dāng)加大滲透系數(shù)而自然減壓，保證隧洞近臨空面結(jié)構(gòu)外壓承載安全。即內(nèi)外層圍巖灌漿圈可以分別采用不同的灌漿孔密度、灌漿壓力、灌漿漿液的水泥細(xì)度或漿液種類等來實(shí)現(xiàn)灌漿圈密實(shí)度由外到內(nèi)由大變小的分層效應(yīng)。 (2) 首先針對隧洞設(shè)計(jì)一定間排距的固結(jié)灌漿孔， 對隧洞周邊圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，通過調(diào)整確定灌漿孔內(nèi)灌漿塞的位置，如把灌漿塞布置在半徑 r2 處進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿，為了形成相對更為密實(shí)的外層灌漿圈，以便承載較大比例的地下外水壓力，外層圍巖固結(jié)灌漿可以采用比內(nèi)層灌漿圈更高的灌漿壓力 P1，采用顆粒比表面積（ n1）更大的灌漿漿液，如超細(xì)水泥或化學(xué)灌漿漿材等。當(dāng)達(dá)到灌漿結(jié)束設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并閉漿封孔后，就可以形成半徑為 r1~r2 的隧洞外層密實(shí)度較大的圍巖灌漿防滲承載圈。 (3) 然后移動調(diào)整灌漿塞的位置到半徑 r3 處，進(jìn)行內(nèi)層二序固結(jié)灌漿，在隧洞圍巖內(nèi)層灌漿過程中，可以加大固結(jié)灌 漿孔的間排距，參見圖 331，可以沿徑向間隔一個或兩個孔進(jìn)行灌漿，中間不灌漿的孔可以在相鄰孔固結(jié)灌漿之前，直接用高標(biāo)號水泥砂漿進(jìn)行壓力封孔，并降低灌漿壓力為 P2（即 P2P1）、調(diào)整減少灌漿漿液的顆粒比表面積為 n2（即雅礱江 錦屏二級水電站引水隧洞工程投標(biāo)文件 高壓灌漿施工技術(shù)專題研究報(bào)告 . 20 中鐵十三局集團(tuán)有限公司 北京振沖工程股份有限公司 聯(lián)合體 中國鐵建n2 n1），如常規(guī)水泥灌漿漿液等，當(dāng)達(dá)到灌漿結(jié)束設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并閉漿封孔后，就可以形成半徑為 r2~ r3 的隧洞內(nèi)層密實(shí)度較小的圍巖灌漿防滲承載圈。 (4) 作用于兩層圍巖灌漿圈的外水壓力和某處的水力梯度可以按照式 1 和式 2 計(jì)算： 式 1：32200303122112323201lnlnln。lnlnlnrrKKrrrrHHrrKKrrrrHH???????? 式 2 ：? ? ? ? ? ? ? ?323322122123221211032211ln2。ln2ln2ln2 rr rrrrHHJrrrrrrHHrrHHrrHHJ?????????????????????????????? 式中： J1——為外層灌漿圈半徑為 r 處的水力梯度 J2——為內(nèi)層灌漿圈半徑為 r 處的水力梯度 Hi、 ri、 Ki——見圖 2 定義 通過上述公式可以根據(jù)隧洞所處工程區(qū)的外水壓力值以及圍巖的穩(wěn)定滲透水力梯度，合理的設(shè)計(jì)出各層灌漿圈厚度以及滲透系數(shù)水平。 (5) 必要時可以遵循上述方法，通過增加灌漿孔深度和鉆孔內(nèi)灌漿的分段數(shù)來增加圍巖灌漿圈層數(shù)?；蛘咴诨炷烈r砌結(jié)構(gòu)中布置排水減壓鉆孔，以進(jìn)一步保證隧洞結(jié)構(gòu)的安全。 雅礱江 錦屏二級水電站引水隧洞工程投標(biāo)文件 高壓灌漿施工技術(shù)專題研究報(bào)告 . 21 中鐵十三局集團(tuán)有限公司 北京振沖工程股份有限公司 聯(lián)合體 中國鐵建圖 2 二層圍巖固結(jié)灌漿示意圖 圖 3 二層圍巖固結(jié)灌漿圈結(jié)構(gòu)圖 Hi——作用于砼襯砌和各層灌漿圈邊緣的地下水壓力； 雅礱江 錦屏二級水電站引水隧洞工程投標(biāo)文件 高壓灌漿施工技術(shù)專題研究報(bào)告 . 22 中鐵十三局集團(tuán)有限公司 北京振沖工程股份有限公司 聯(lián)合體 中國鐵建ri——砼襯砌和各層灌漿圈半徑； Ki——砼襯砌和各層灌漿圈的滲透系數(shù)。 根據(jù)隧洞沿線的滲水狀態(tài)及外水壓力，初擬防滲固結(jié)灌漿孔深 6～15m，間排距 3～ 2m，并根據(jù)灌漿孔深度采用兩段和三段灌漿，深部孔和中部孔采用設(shè)計(jì)壓力和超細(xì)水泥進(jìn)行灌漿，淺層孔采用低一級的壓力和普通 水泥進(jìn)行灌漿。 4. 錦屏二級水電站 引水隧洞 高壓灌漿施工方法和措施 根據(jù) 國內(nèi)外高壓灌漿的理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合錦屏二級水電站引水隧洞地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)，詳細(xì)研究各種施工方法，選擇適合錦屏的施工方案，確保灌漿質(zhì)量。 根據(jù)招標(biāo)文件引水隧洞灌漿施工一般順序?yàn)椋撼肮酀{→堵水灌漿→破碎圍巖固結(jié)灌漿和