新型灌浆技术在引水隧洞穿越破碎带中的应用与成效分析

摘要：引水隧洞穿越破碎带所进行的灌浆技术是极具挑战性的一项施工技术。本人结合剑科水电站0#引水隧洞工程穿越破碎带所采用的一种新型灌浆技术的应用。对在施工中采用超细水泥为基础材料，通过掺入纳米二氧化硅及柔性材料，加水经强制搅拌均匀后形成的混合浆液对引水隧洞围岩进行封堵加固，不仅缩短了工期，减少了工程投资，还显著提高了灌浆效果。本文从新型灌浆材料的特性、灌浆施工工艺，深入分析了其在实际工程中的应用成效，为类似工程提供有益参考。

关键词：引水隧洞；破碎带；新型灌浆技术；超细水泥；纳米二氧化硅；柔性材料

引言

引水隧洞作为引水式电站的重要组成部分，发挥着巨大的作用。然而，当隧洞穿越地质条件复杂的破碎带时，常面临围岩稳定性差、涌水、突泥等问题，严重影响施工进度、质量、安全及造价。传统灌浆技术在处理此类复杂地质时存在一定局限性，如普通水泥颗粒较大，难以有效渗透到破碎带的细微裂隙中，导致灌浆加固效果不佳。而新型灌浆技术的研发与应用为解决这些难题提供了新的途径。

一、新型灌浆材料特性

（一）超细水泥

超细水泥，作为一种新型灌浆材料，其颗粒粒径极细，平均粒径可达几微米至几十微米，与普通水泥相比，其比表面积大幅增加。普通水泥的比表面积通常在 300-400m²/kg，而超细水泥的比表面积可高达 1000m²/kg 以上。这一显著特性使得超细水泥在灌浆过程中展现出卓越的性能。在引水隧洞穿越破碎带的灌浆施工过程中，超细水泥能够凭借其微小的粒径，更顺畅地渗透到破碎带那些极其细微的裂隙和孔隙中。而普通水泥颗粒较大，在面对微小裂隙时难以进入。经灌浆稳定后检测，采用超细水泥的固结灌浆比采用普通水泥固结灌浆更能有效提高破碎带围岩的密实度，使原本松散的破碎带岩体更加紧密结合在一起，进而显著增强了破碎带围岩的整体稳定性，保证了引水隧洞的稳定和安全。

（二）纳米二氧化硅

纳米二氧化硅具备独特的纳米级粒径以及高比表面积特性，当将其掺入超细水泥浆体中时，能产生一系列极为关键的作用。从微观结构优化层面来看，纳米二氧化硅的微小粒径使其能够精准地填充于水泥颗粒间的微小孔隙之中。这些孔隙在传统水泥浆体中，往往会成为影响材料性能的薄弱点。纳米二氧化硅的填充作用，如同在建筑结构中填补了关键的缝隙，使得浆体的微观结构更加紧密、均匀，进而能有效提高灌浆材料的早期强度。同时，这种紧密的微观结构极大地减少了外界侵蚀介质进入材料内部的通道，显著提升了材料的耐久性。

从化学反应角度分析，纳米二氧化硅能积极地与水泥水化产物发生火山灰反应。水泥在水化过程中会产生多种水化产物，纳米二氧化硅参与反应后，会生成更多的凝胶物质。这些凝胶物质如同强力的粘合剂，将水泥石与围岩紧密地连接在一起。在本项目的0#引水隧洞穿越破碎灌浆施工中，经质量检测，灌浆材料凝固后其粘结强度显著提高，在引水隧洞穿越破碎带围岩灌浆凝固后的围岩结构更加稳固，对围岩周围涌水、突泥区域能起到更好的封堵效果，确保了引水隧洞的整体稳定性。

二、新型灌浆技术施工工艺

（一）灌浆设计

在0#引水隧洞穿越破碎带段施工过程中，项目部安排专人对引水隧洞围岩进行地质勘察，深入分析破碎带的范围、裂隙发育程度以及地下水渗水情况。借助先进的地质雷达和钻孔探测技术，精准圈定破碎带边界，对回填、固结灌浆的区域进行划分。对于裂隙发育程度，通过岩芯分析与现场测绘，判断裂隙走向、宽度及连通性，从而确定引水隧洞的裂隙范围。在地下水分析方面，结合水位监测数据、涌水量测量结果，明确水流方向与水压大小。结合现场勘查设计资料的综合考量，确定合理的灌浆孔布置方案及最大灌浆压力。

（二）灌浆材料制备

采用灌浆新型材料，在设计灌浆配比材料中加入适量经特殊分散处理的纳米二氧化硅，确保其能在水泥浆体中均匀分布。常用的分散方法包括超声分散与机械搅拌。超声分散利用超声波的高频振动，有效打破纳米二氧化硅的团聚体，使其均匀分散于水泥浆体中；本项目主要通过强力搅拌机，在特定转速下持续搅拌，促使纳米二氧化硅与超细水泥充分混合，保障混合效果。

在搅拌后期缓慢加入加入柔性材料橡胶粉持续搅拌，使橡胶粉在浆体中均匀分散，避免出现局部团聚或分布不均的现象。

最后，按照经实验室配制的配合比加入适量的水，进行充分搅拌。搅拌过程严格控制搅拌时间和速度，确保灌浆材料均匀混合，浆液材料性能具有良好的均匀性和稳定性。

三、新型灌浆技术在工程中的应用成效

（一）围岩稳定性提升

本项目通过新型灌浆技术的实施，以超细水泥为基础材料，与纳米二氧化硅、柔性材料按照特定设计比例混合，形成的复合灌浆体呈现出卓越性能。灌浆新型材料不仅能够高效且精准地渗透至破碎带错综复杂的裂隙和微小孔隙中，发挥其填充作用，而且随着灌浆进程推进，破碎带内原本松散的围岩体结构逐渐稳固，围岩的密实度大幅提升，颗粒间的粘结强度显著增强。在0#引水隧洞部分破碎带开挖施工过程中，围岩坍塌现象从频繁发生转变为偶有出现，顶拱和边墙的变形量被控制在极小范围内，经专业测量设备监测，各项变形数据均满足既定设计要求。这不仅减少了施工人员安全隐患，而且保证了工期。（二）防渗效果显著

新型灌浆材料凭借其卓越的渗透性能，在破碎带中成功构建起连续且致密的防渗帷幕。在施工过程中，通过现场抽水试验严格检测，结果显示引水隧洞穿越破碎带段的渗水量显著降低，已精准达到设计所要求的防渗标准。这一成果有效降低了地下水对隧洞施工及后续运行的干扰，避免了因涌水造成的施工进度受阻、安全隐患增加等困难，减少了因长期受水侵蚀而引发的衬砌结构损坏、隧洞坍塌等工程病害，为引水隧洞的安全、稳定运行提供了坚实保障。

（三）经济效益与工期保障

与传统灌浆技术相比，新型灌浆技术优势显著。经过先进的材料配方和精准的压力控制，不仅提升了一次灌浆成功率，而且显著减少了引水隧洞围岩重复灌浆次数。而传统技术下，因地质复杂，常需多次进行灌浆，耗费大量材料与人力；新型灌浆技术则通过设备超前探测，精准直击，减少资源浪费，极大降低了施工成本。在引水隧洞灌浆穿越破碎带施工难题上，传统技术力不从心，进度迟缓；新型技术通过优化灌浆流程，增强了破碎岩体的稳定性，经过围岩封闭，减少了引水隧洞洞内积水和局部坍塌，节约了洞内排水成本，加快了引水隧洞施工进度，有效的控制了施工成本，确保了洞内施工人员的安全。

结论

新型灌浆技术在剑科水电站0#引水隧洞穿越破碎带中的应用取得了良好的成效。以超细水泥为基础，掺入纳米二氧化硅及柔性材料的新型灌浆材料，凭借其优异的渗透性能、高强度、柔韧性和耐久性，有效提升了破碎带围岩的整体稳定性和防渗性能。在施工工艺方面，通过合理的灌浆设计、科学的材料制备和严格的施工操作，确保了新型灌浆技术的成功实施。该技术为引水隧洞及其他地下工程穿越复杂破碎带提供了可靠的技术方案，具有广阔的推广应用前景。在未来的工程实践中，还可进一步深入研究新型灌浆技术的优化和创新，以满足不同地质条件下的工程需求。

参考文献

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作者简介：李胜，男，四川成都人，工程师，全国一级注册建造师，从事建筑工程施工技术与管理工作。