论卢旺达Mukungwa水电站隧洞灌浆设计

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摘要：本文以Mukungwa水电站的隧洞灌浆设计介绍了化学灌浆与水泥灌浆优缺点和选择方法。阐述灌浆处理方式需要根据不同的渗漏情况选择适合的处理方式才能达到修复作用，灌浆方式方法要根据地质条件及其它特有的信息来选择。

关键词： Mukungwa水电站；灌浆方式设计；灌浆处理选择。

1 工程概述

1.1电站特征

Mukungwa水电站位于卢旺达北部镇旁Ruhengeri，是完全由卢旺达政府规划的第一个水电站。 电站利用儒洪多湖的水源引水发电，该电站于1982年投入工业运行。电站机组装机容量2×6000kw， 年发电量约48 GWh 。是卢旺达第二大水电站。承包模式为EPC总承包，承担工程检修、改造项目的设计、采购、施工，并对承包的工程质量、安全、工期、造价负责。

1.2隧洞特征

隧洞长度 2780.0m，内径2.5m，混凝土壁厚0.3-0.5m，纵坡5.4‰。

隧洞地质岩石特性：mukungwa水电站位卢旺达中部，位于火山地质带，地震活动较为活跃，隧洞周围岩层为火成岩，主要为玄武岩，按产状有4种岩性：枕状玄武岩、块状玄武岩、柱状玄武岩、火山角砾岩。玄武岩中气孔比较发育，裂隙内部充填有矿物晶体、铁质矿物和粘土矿物，单层厚约为0.2-0.5m。Ra组为沉积岩不整合接触，有沉积间断，局部夹有红色的粘土夹砾石，为风化侵蚀产物，Rb组沉积岩岩性有砂岩、泥质砂岩和砂质泥岩。

1.3 隧洞检查情况

隧洞检查总体状况符合要求，功能一般。经过测量，隧洞直径在2450-2550mm之间。在管道满载即为14m3/s的情况下，水流速度为2.85 m/s。

主要问题有以下五点：

（1） 点渗漏：隧洞壁可见少量的单点渗漏，

（2） 线渗漏：裂缝宽约0.5-20mm长0.3-3m，

（3） 面渗漏：十余处面积为3O形状渗漏，主要分布在隧洞顶面。

（4） 隧洞接缝：混凝土分段接缝处部分中空，在壁上出现几十厘米的喷流，有2处。

（5） 压力钢管与主厂房上游混凝土边墙交接部位渗水：可见压力钢管出口的水面处，通过主厂房混凝土边墙形成明显的冲击，检查压力钢管内部无渗漏点，此冲击是由于原混凝土浇筑时基岩面可能没有彻底清理干净或混凝土骨料离析造成的，渗水来自主厂房上游侧自然水。

2灌浆选择

2.1钻孔机械选择

根据法国技术标准和规范，灌浆孔允许使用冲击式或回转式钻机钻进。但本工程Sogreah工程师认为不能采用以风为介质的冲击技术，其原因是采用以风为介质的冲击钻进，钻进过程要产生大量的粉尘，对施工环境与作业人员的健康产生污染和危害，且会对原有混凝土会产生不良影响，要求使用低速低冲击力钻孔设备。

土建工程师Mosca则认为在采用冲击钻钻进过程中，微细粉尘在风的作用下容易堵塞微细裂隙以及对原地质条件产生破坏，使得灌浆孔的可灌性差，灌浆质量得不到保障。从这一点上看，与国内《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）也是相吻合的。

最适合本工程的钻孔机械以电驱动为首，振动伤害小的电锤。

2.2灌浆方式选择

（1）水泥灌浆：水泥作为灌浆材料具有强度高，耐久性好，无毒，无味，材料来源方便，价格低廉等优点，但存在如下缺点：水泥粒径较大，粗颗粒多，最大粒径可达90～100μm.水灰比较大时，浆液的稳定性差，易析水回浓，不能有效灌入细微裂隙；且硬化时伴有析水，固相体积收缩，使硬化结石与被灌基体的粘结强度降低，形成新的渗水通道。

（2）化学灌浆：化学灌浆压力高，稳定可靠，可让化学浆液完全进入砼结构深层微小裂缝内部，止水效果好。

灌浆液技术成熟，品种也比较齐全，质量稳定，开桶即可使用。浆液耐化学腐蚀，固化后无毒、环保、可永久防水。

施工工艺简单、易行，施工速度快，劳动强度小，施工效率高。

因其卢旺达地处东非，国家面积小，资源不足，水泥供给仍相当紧缺。加上wukungwa水电站是卢旺达第二大水电站，供电相当重要，属于国家重点保护单位。因此当地国家电力部要求原来的三个月工期缩短至一个月。

结合众多因素，一致同意采用化学灌浆技术。

本工程选择了Lw灌浆材料、环氧树脂灌浆材料、903聚合物水泥砂浆防水胶三种化学灌浆材料，根据不同的处理方式选择其不同的灌浆材料。

3 灌浆处理方式

根据不同的渗漏形式采取不同的处理方式：

3.1点、线、面渗漏处理

3.1.1钻孔

1）点渗漏处理

用电锤在点渗漏的周围10～20cm处倾斜向该点钻孔，直径为14mm，孔深为20cm，布孔数量为2～3个孔左右。

在渗漏点处钻1个孔，孔深为20～30cm，此孔目的主要是达到该点处渗漏水能从所钻的孔中排除为止。如果该渗漏点较大，将渗漏点凿内小外大处理，以便堵漏剂能和砼很好的粘接在一起。

2）线型（裂缝）渗漏处理

用电锤沿线（裂缝0.5～5mm） 两侧10～20cm处倾斜该裂缝钻孔，直径为14mm，孔深为20cm，孔距15cm。裂缝两边各一排灌浆孔。

用电锤沿线（裂缝6～20mm）两侧10～20cm处倾斜该裂缝钻孔，直径为14mm，孔深为30cm，孔距20cm。裂缝两边各两排灌浆孔，排距20cm，交错布置。

在渗漏裂缝处布置1～3个钻孔，孔距视该裂缝渗水大小确定，孔深为20～40cm，此孔目的主要是达到该裂缝深处，将渗漏水从所钻的孔中排除为止。如果该裂缝渗漏量大，：凿成宽5cm深5cm宽的V型槽。以便堵漏剂能和砼很好的粘接在一起。

3）面渗漏处理

面渗漏的区域用电锤垂直钻孔，并呈梅花型布置，孔径为14mm，排距15cm，孔矩为15cm，孔深为20cm（渗漏严重时深度为30cm）。

3.1.2洗孔

钻孔完成后，用水泵清洗孔内的石渣及污物，并采用0.7MPa的压力水冲洗干净，直至回水清净为止。

3.1.3压水（风）试验

一是为了增加了解各灌浆孔之间的串通情况及压水量，为灌浆提供参考资料；二是为了检查有无外漏现象，压水试验有其它地方渗水时，做出记号，待压水结束后进行封闭修补，修补后再压风一次。确定渗漏处无渗水后，再进行灌浆。

在实际操作中，有不少情况是开始灌浆时不漏，在灌注中出现漏浆，有的是边灌边漏边堵，最后越漏越多，被迫中断灌浆。这种情况主要是封堵和试压两道工序未做好，为严防这种情况的出现，修补后再次进行压风试验，因为此时压风可以吹出裂缝中冲洗后的积水。

压风吹干缝内积水或用丙酮赶水：缝内积水过多，会使Lw固化快，浆液不能扩散很远，难以向裂缝纵深处扩散，影响灌浆效果。因此，在灌浆前，要用风将缝内的积水吹出，从最上面孔压风，水从下面孔出水。如果没有风或者是渗水裂缝，即在灌浆前先灌丙酮（灌多少丙酮根据缝的大小、压水量的多少而定）赶水，紧接着灌化学灌浆材料。

3.1.4安装止水针头

待渗漏水处的带水速凝堵漏济凝固后，将埋设的排水管拔出，将止水针头安装在用电锤钻的砼孔内5～8cm处，并用配套的专用工具固定紧。此目的是保证不让高压化学灌浆冲出，使灌浆孔填充密实，更好的是为了防止化学灌浆材料伤到自己及别人。

3.1.5灌浆

1）灌浆原则：“自下而上，从一端往另一端”或两端往中间，多点同步灌浆。

2）灌浆压力：注浆压力为0.4～0.6Mpa。在某一级压力下吃浆量大于0.5L /min时，不升高压力；但当开灌注浆量为0时压力可直接提高到0.6Mpa。

3）单嘴灌浆时间：单嘴灌浆时间为8min/嘴。

4）灌浆方法：现场具备灌浆条件时，向监理工程师申请灌浆。其主要步骤是

将1号注浆嘴接上进浆管开始灌浆，临孔排水、排气。当灌浆时间没有达到规定时间而临近注浆嘴已开始冒浆时，关闭临近出浆的注浆嘴，继续灌浆。

当灌浆时间达到规定时间后，接上临近的注浆嘴开始灌浆，依次类推，直到最后一个注浆嘴。当最后一个注浆嘴单孔吸浆量趋于0时或最后三个注浆嘴吸浆量小于0.2L/min时，继续稳压灌浆20min后结束。

3.1.6浆液的贮存

1）浆液贮存在阴凉干燥处，避高温、潮湿。

2）现场使用，桶盖打开后，取出工作需要的适量浆液，对未用完的应当及时密闭，防止水气进入桶内，影响浆液贮存稳定性。因为浆液对水气（空气中的）很敏感。对取出未灌完的剩余浆液，用空桶收集起来，集中处理，不得乱放乱倒影响生态环境。

3.1.7灌后处理：

1）及时清洗灌浆机械设备及管路，防止机械设备及管路堵塞。凿除超高封堵材料和灌浆管，并用砂轮打磨至与混凝土面平齐为止。

2）为保证处理区域与混凝土面光滑过渡，用透用胶带粘贴打磨面两侧，然后用调配好的ECH环氧涂摸二遍，第二遍以第一遍涂摸后不粘手为准，以达到表面平整光滑标准。最后拆除透明胶带。

3.1.8质量检查及验收：

化学灌浆结束，养护1周后，分段进进钻孔压水检查验收，检查孔深与灌浆孔深基本相一致，采用单点法压水，压力为0.5Mpa，透水率≤0.1Lu为合格，否则返工处理。

3.2隧洞接缝处理

1）接缝处中空处理

隧洞经过长时间冲刷，混凝土接缝处背后细小岩石碎片被大量淘空。主要采取加固补强措施。

2）开凿

用混凝土切割设备将接缝处一边的混凝土凿开宽50cm高1m的缺口，目的是对里面岩石碎片进行清理和换填高强度聚合物水泥砂浆。

3）洗孔

钻孔完成后，用水泵清洗凿开部位的混凝土及松散的石渣及污物，并采用0.7MPa的压力水冲洗干净，直至无碎片掉落为止。

4）加固补强

埋管：埋设注浆管于清洗后岩层面，目的是对补强砂浆完成后进行Lw灌浆处理。

钢筋：在原有钢筋基础上只对一端进行钢筋廷长处理，另一端则设置止水片。目的是为了让加固补强聚合物水泥砂浆与原有混凝土更好的得到保持。

填充：采用拌制903聚合物水泥砂浆对其进行填充密实，等固结后立即进行LW灌浆。

5）Lw灌浆：程序同点、线、面渗漏处理方法相同，此处不在重复阐述。

3.3压力钢管与厂房上游混凝土边墙交界部位渗水处理

1）接缝处中空处理

压力钢管与主厂房上游混凝土边墙交界处由于长时间高速振动，使混凝土边墙包裹压力钢管部分出现渗漏现象；由于此部分为压力钢管外面不存在高速冲刷力及压力，主要采取加固补强措施。

2）开凿

用电锤在压力钢管周围15cm处倾斜（至少保证距压力钢管5cm，以防伤及压力钢管）压力钢管方向钻孔，直径14mm，孔深30cm，孔距15cm。

3）洗孔

钻孔完成后，用水泵清洗孔内的石渣及污物，并采用0.7MPa的压力水冲洗干净，直至孔内和压力钢管与主厂房上游混凝土边墙接触面回水清净为止。

4）灌浆：同点、线、面渗漏处理方法相同，此处不再重复阐述。

4 总结

隧洞裂缝经过化学灌浆处理后，渗水现象得到了有效控制，外观与混凝土基本一致。通过钻孔压水试验得知，透水率均≤0.1Lu，所有施工均一次性满足设计质量要求。裂缝化学灌浆不仅起到止水堵 漏的效果，而且对薄弱部位结构起到了补强的作用，为隧洞结构和安全运行发挥了积极的作用。

隧洞灌浆要根据地质条件及其它特有的信息，选择不同的灌浆方式、方法。在灌浆前应对灌浆孔进行两次压水或压气检查是否有其它渗漏点，这样有利于在灌浆过程中减少漏浆量、减少新增漏浆点，提高灌浆速度和质量。