隧洞衬砌反缝处理施工工法.docx
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隧洞衬砌反缝处理施工工法
2014 年度参评总公司优秀工法隧洞衬砌反缝处理施工工法
隧洞衬砌反缝处理施工工法
中国铁建大桥工程局集团有限公司
郑鹏飞、衣志勇、唐少强
1．前言
我国是能源大国也是能源小国，随着时代的进步、科技的高速发展，我国对能源的需求越来越
大，越来越迫切，水力发电成为绿色环保能源的上上之选；而在水力发电中，锦屏二级水电站为目
前世界最大的水工隧洞群；在长大隧洞群施工中，我部施工洞段为公共交通洞段，为了保证施工公
共交通且按时充水，衬砌施工不得不采取“先边顶拱，后底板”的反序施工，因此所产生的沿隧洞
纵向通长的施工缝，因重力作用及钢筋混凝土干缩等因素存在质量不确定性，这些裂缝我们称之为
“反缝”。
这类反缝成了全断面衬砌的最薄弱环节，处理不好将会影响衬砌的整体效果；如不对反
缝进行有效处理，后期反缝缝宽将不断增大，将会出现渗水、钙物质析出、开裂及混凝土掉落等质
量缺陷，特别是在引水隧洞中，衬砌将长期受内外水压侵蚀及流水冲刷，反缝将是一个严重的质量
隐患。
如何对反缝进行处理，确保衬砌的整体施工质量，避免质量隐患，成为重大的技术难题。
由中国铁建大桥工程局集团有限公司施工的锦屏引水隧洞群，反缝处理采用后期化学灌浆施工
工艺，得到了良好的效果，在确保了施工质量的前提下还取得了其它丰厚的经济及社会效益等。
2．工法特点
2.1 本工法先对缝表进行清洗打磨，打磨后对反缝进行检测，采用专用环氧胶泥，配置最佳比
例后将裂缝表面附近 50-100cm 区域全部封闭，而不像普通的水泥灌浆仅对缝表进行局部封闭；
2.2 对反缝进行化学灌浆，因为不同裂缝的宽度不同，裂缝分部区域大小不同，新老混凝土区
域会产生很多细小裂缝；采用水泥灌浆无法确保浆材灌入、灌满反缝区域所有裂缝；
2.3 同时化学灌浆具有良好的粘接性，可以起到良好的加固不强，防水防渗作用。
2.4 化学灌浆具备设备占用空间小、材料可操作性时间长、浪费少、利于操作等优点，有利于
交叉作业，节约工期。
2.5 本工法采用的环氧浆材均是目前“新材料”专利产品（无毒、无害），体现了“四新”在施
工当中的应用与推广，有利于企业科技施工的发展。
3．适用范围
本工法适用于水工隧洞、山岭隧道、高地应力隧道、桥梁、大坝等混凝土衬砌施工顺序改变而
产生的反缝及由于各种原因产生的混凝土类似裂缝的修补。
4．工艺原理
化学灌浆堵漏技术就是利用注浆仪产生的持续高压，将化学料液灌注到砼内部的缝隙中，并将
缝中的水完全挤走，将缝隙完全填充满，达到止水的目的。
经多次试验后我们采取用美国固耐克注
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浆仪，将 PSI-501（帕斯卡环氧浆材）合理配比后，灌入缝腔的处理方法。
PSI-501 系改性环氧灌浆材料带有憎水基团和亲水基团，其比重、粘度略大于水，内聚力强，
与混凝土，金属等具有极强的粘结力。
PSI-501 系改性环氧灌浆材料适用于混凝土结构中的细微裂
缝、温度裂缝、施工缝、冷接缝等各类裂缝的加固、补强和防渗灌浆处理工程，能有效恢复结构的
整体性和质密性。
能在水下固化，且固化收缩小，弹性模量低，能适应一定范围混凝土裂缝开合度
变化，与潮湿混凝土有较好的粘接强度，增加裂缝强度、降低混凝土渗透性，保证其施工质量。
5．工艺流程及操作要点
主要施工工艺流程：
缝表清理、描述→凿槽、骑缝孔布置、封缝→灌浆孔布孔、开孔→注浆嘴
及注浆管安装→封孔→通风检查→灌浆→表面修饰→质量检查。
（详见图 5）
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清理反缝、描述
凿槽、骑缝孔布置、封缝
灌浆孔布孔、开孔
注浆嘴及注浆管安装
孔 口 封 闭
缝 表 加 固
灌 浆 浆 液 制 备灌 浆 设 备 调 试
灌浆
表面修饰
待 强 7 天
质 量 检 查
图 5 施工工艺流程图
5.1 施工准备
反缝灌浆前应做好施工组织设计，明确施工方法、施工工艺、工序流程、人员组织和施工设备、
材料、试验、监测安排及安全、质量管理。
现场施工风、水、电应结合现场施工实际情况进行布置。
使用的灌浆化学材料要到相应机构进
行取样检测。
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查看混凝土浇筑台账，确认混凝土龄期满足反缝收缩及其它影响因素时间（一般 60d～90d），
才可进行反缝灌浆，并做好记录。
根据现场实际要求，可选择有代表性的段落，先进行试验段施工，
来确定灌浆量的大小。
5.2 清理裂缝、描述
首先对混凝土反缝工作面上下各 50cm 范围内采用清水冲洗，冲洗掉表面杂质及泥浆。
再以缝
为中线，采用角磨机打磨，打磨宽度为反缝上下各 25cm～50cm（个别新老混凝土接茬特别完好的
可减小宽度至上下各 10-25cm），去除缝面的钙质、析出物及其他杂物，在裂缝打磨时对裂缝走向
一定要寻找完整并使之露出清晰的混凝土面，再用高压水冲洗干净，使施工缝面（裂缝）完全张开
裸露清晰，并采用光学及电子测缝仪对裂缝进行检测（缝宽、缝内填充物、渗水情况、缝内破损程
度及裂缝发育情况等），并对长度进行描述，填写相应记录。
5.3 凿槽、布孔、开孔
5.3.1 反缝凿槽
由于部分反缝位置表面部位混凝土密实度较差，需将表面松散层进行凿除，凿成“U 或 V”型
槽，槽深及槽宽为凿除混凝土松散层为宜，一般以反缝为中心槽深及槽宽为 3cm～5cm；并将槽内
用高压水清洗干净，采用聚合物砂浆或预缩砂浆封槽。
5.3.2 封缝
采用环氧胶泥对反缝表面封缝，封缝前保证混凝土表面干净无渗水。
如反缝有较小渗水，可采
用烤或高压风吹干后，立即封缝。
如反缝有局部渗水较大，可采用打孔集中引排后再封缝（可作为
排浆管）。
封缝时应注意环氧胶泥需涂刷 2 遍，第一遍在骑缝孔布置好后即刻与封骑缝孔同步进行，
第二遍于灌浆孔布置完成后进行，加固缝表。
总厚度控制在 2mm 左右，宽度为反缝上下各 25-
50cm（新老混凝土结合较好时宽度可调整为上下各 10-20cm）。
保持均匀、平整、防止灌浆时漏浆，
封缝完成后，按照灌浆的顺序对灌浆孔进行编号，编号顺序按从一侧往另一侧、从低处往高处的原
则进行。
5.3.3 骑封孔及灌浆布孔、开孔
骑缝孔布置在反缝位置，用来排气和观察检验压水、灌浆效果的，在反缝凿槽后施工。
灌浆孔
在反缝上下交错布置。
（详见图 5.3.2-1）
所有孔位采用开孔机布孔，孔径为 Ф30mm 的取芯钻头钻孔，骑缝孔间距 50cm ，深 5cm 左右。
灌浆孔分为长孔及短孔，短孔在以穿透混凝土厚度或缝深 1/3 的深度为原则进行钻孔，长孔在以穿
透混凝土厚度或缝深 2/3 的深度为原则进行钻孔，如反缝中布置有止水条等止水材料，长孔需穿过
止水条位置。
两种孔深一般为 35～55cm，短孔角度一般控制在 60°左右，长孔角度一般控制在
45°左右，灌浆孔间距一般按 100cm 布孔。
钻孔采用梅花形布孔，孔在反缝上下方距离反缝
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25cm，长孔或短孔全部布置在反缝上方或者下方。
两孔均穿透施工缝面。
（详见图 5.3.2-2）
交叉斜孔
骑缝孔
砼
短交叉孔
Φ30mm@100cm
反缝
反 缝
长交叉孔
Φ30mm@100cm
交叉斜孔
图 5.3.2-1 钻孔平面布置图图 5.3.2-2 钻孔立面布置图
5.4 注浆嘴及注浆管安装
采用高压风吹干孔内的积水及杂物后安装注浆嘴，注浆嘴直径为 Ф8mm（详见图 5.4-1），人工
安装，注浆嘴安放于孔内时要保持平稳，嘴口深入孔内 3～5cm，后部连接注浆管（详见图 5.4-2）。
图 5.4-1 化灌注浆嘴图 5.4-2 安装注浆嘴及注浆管
5.5 孔口封闭
注浆嘴及注浆管安装后，用采用聚合物砂浆或预缩砂浆封堵注浆孔并固定好，确保采用聚合物
砂浆或预缩砂浆不会堵塞注浆嘴，再次涂刷环氧胶泥加固缝表。
（详见图 5.5）
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图 5.5 孔口及缝面封闭
5.6 通风检查
通风检测是为了保证反缝与注浆孔是串通的，这样浆液才能灌进充满反缝。
具体步骤如下：
5.6.1 封缝处理完成后，待环氧胶泥强度达到 60～70%（一般为 72 小时）即可进行通风检查。
5.6.2通风检测的具体操作方法：
关闭所有注浆管，留下相邻的同排 2 个注浆管，用其中一个
注浆管接上输风管进行送风，同时将另一个注浆管软管插入肥皂水中，观察水中是否有气泡冒出，
如有，说明这两个注浆管与反缝是串通的，否则为不串通。
对于不串通的灌浆孔，在距原孔 5cm 的
地方补灌浆孔，保证其通风性能，检测如发现注浆孔口有漏风现象，要及时再用聚合物砂浆或预缩
砂处理才能交付下道工序，以此类推完成所有注浆管的通风检测（见图 5.6）。
图 5.6 通风检测
5.6.3 遇到反缝连通性特别差的情况可用灌浆机对缝腔进行灌水，利用水压冲刷反缝腔体，使
其内部混凝土粉末及各种细小杂物从骑缝孔及灌浆孔排出。
5.7 灌浆
5.7.1 灌前准备：
根据反缝作业长度，将灌浆所需的工具、材料、设备准备到位。
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5.7.2 浆液制备：
采取少称勤配、分批配制浆液的原则，避免灌浆材料浪费。
未加固化剂的浆
液盛于密闭的搪瓷或聚乙烯容器中，置于干燥、阴凉通风处。
采用电子称按照设计配合比配置环氧
浆材。
浆液不得因粘度增大而随意掺加稀释剂。
浆液温度应控制在 5℃～35℃范围内，已发生暴聚
现象的浆液及温度超过 35℃的浆液作为弃浆处理。
同时，配置好的环氧浆材需在 3 小时之内进行
灌浆，否则浆材流动性将达不到设计标准。
5.7.3 注浆压力：
注浆起始压力为 0.2Mpa，最大压力不超过 0.6Mpa，屏浆压力均为 0.6MPa。
5.7.4 设备安装：
安装好灌浆设备，连接好输浆管，启动灌浆机，排出设备和输浆管内的空气，
将输浆管接入所需灌注的孔号。
5.7.5 开始灌浆：
灌浆可一个斜交孔或相邻的多个斜交孔同步进行。
先灌长斜交孔，直到相邻
的骑缝孔回浆为止（回浆为浓度相同的浆液），然后封闭已灌浆的长灌浆孔。
再灌注相邻的短灌浆
孔，直到相邻的骑缝孔回浆（回浆为浓度相同的浆液），封闭灌注的短斜交孔和回浆的骑缝孔。
以
此类推，直到灌注整条反缝。
在灌注过程中，可能相邻的长和短斜交孔也同步回浆，将其封闭即可（见图 5.7）。
但必须待
相邻骑缝孔回浆才可结束灌浆，灌注下一个斜交孔。
5.7.6 灌浆结束标准：
一整条反缝最后一个或几个灌浆孔灌满浆液后，封闭已回浆的所有的灌
浆孔，需稳压 20min 屏浆压力不下降，即可结束灌浆。
图 5.7 灌浆施工图
5.8 表面修饰
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在灌浆环氧浆料凝固后（一般为 14 天）铲除注浆管，采用聚合物砂浆或预缩砂对孔口封闭及
表面修补处理。
修补工艺达到与混凝土面齐平，无明显的突出与痕印。
同时对表面渗浆或之前封缝
不平整位置，采用钢丝刷或打磨机磨平处理。
必要时，可以再次涂抹一层调色与混凝土颜色一致的
环氧胶泥，保证混凝土表面平整，美观。
5.9 质量检测
灌浆质量检查采用压水试验和钻芯取样检查法。
压水检查孔的钻进在灌浆施工完成 14 天后进
行，检查孔压水试验其压力采用 0.5MPa，并稳压 20min 后结束，透水率达到 0Lu 为合格标准。
钻
芯取样检查法按照每条反缝取 2 个芯样（28d），首先观察芯样浆液填充密实度，并做好记录。
检测
芯样劈拉强度、粘接强度、抗压强度。
所有检查孔检查完毕后，应采用钻孔周围原材料一致的材料将钻孔封填密实，并将孔口压抹平
整。
5.10 特殊情况处理
5.10.1 “富水裂缝”的施工
由于锦屏二级水电站引水隧洞处于高埋深和高富水环境中，这势必会造成局部水压大水量多的
问题，在衬砌施工前已经对较大涌水点进行了堵水灌浆处理，然而在一些较小的渗水点和出水点在
雨季中水量会有较大变化，因此在解决此类反缝灌浆问题时不能按照常规的设计规范进行处理需增
加和优化灌浆工序。
⑴引排水：
需在准备施工前一周左右，对周边没有裂缝延伸部位进行打孔，孔深入岩，孔径根
据水量大小进行判断，孔数为 2～3 个，以便于隧道岩土内部渗水引排和水压减小。
⑵灌浆时需调整浆液粘稠度和缩短固化时间，化学灌浆的材料为低粘度环氧浆材帕斯卡，材料
性能满足设计相关要求，该浆材由 A、B 两组份构成，配置浆液时以“少量多次勤配”为原则进行
浆液配置，浆液配比为 A:
B=5:
1，现场遇水施工过程中可根据注入率适当调整，浆液配比为
A:
B=5:
1.5～2，增大 B 组份（固化剂）比例，增加粘稠度和缩短浆材固化时间。
⑶调整灌浆压力和提高灌浆时间，灌浆时正常压力 0.2Mpa≤P＜0.6Mpa,在遇水环境中，灌
浆开始时提高灌浆压力至 0.5 Mpa 左右，保持时间至少量浆液溢出时，再降低压力至 0.3 Mpa，让
浆液缓慢侵入混凝土所有裂缝中，至出浆浓度与配浆浓度相同时，进行稳压处理，稳压时间至少为
30min。
5.10.2 灌浆时发生冒浆、外漏时，应采取措施堵漏并根据具体情况采用低压、限流和调整配
比灌注等措施进行处理。
如效果不明显，应停止灌浆，待浆液凝固后重新堵漏复灌。
5.10.3 灌浆应连续进行，因故中断应尽快恢复灌浆，必要时可补灌。
5.10.4 若灌浆达不到结束标准，或注入量突然减小或增大等，应分析原因，及时采取补救措
施。
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序号
工种
单位
数量
备注
1
灌浆工人
人
8
2 台注浆机
2
电工
人
1
3
辅助工
人
4
4
钻工
人
5
5
记录操作人员
人
2
6
质检员
人
2
7
安全员
人
1
序号
检测项目
标准要求
备 注
1
环氧胶泥
抗压强度（MPa）
7d
≥50
2
抗拉强度（MPa）
7d
≥10
3
粘结强度（MPa）
7d
≥2.5
4
配合比
A:
B=10:
3（质量比）
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5.10.5 若反缝与混凝土内部的预埋件或埋设孔发生串通时，应采取阻隔、限压、限量等方式
进行控制。
5.10.6 如反缝内部或反缝与基岩面有较大空腔，可先灌注水泥砂浆回填，在进行反缝化学灌
浆。
5.11 劳动力组织
本工法所用主要人员配备见表 5.11。
表 5.11 主要人员配备表
6．材料与设备
化灌浆材及其他原材料必须使用国家认定厂家生产，并具有出厂鉴定书、合格证的产品，附有
生产厂的质量证明书和产品使用说明书。
所有化灌材料按供货单位或制造厂家推荐的方法装运、储
存和使用；化灌材料放置在低温、干燥、避光和通风良好的仓库内，设专人保管；对易燃、易爆、
有毒和有腐蚀作用的材料采取安全防护措施。
6.1 环氧胶泥
环氧胶泥主要用于反缝灌浆表面封缝处理，具体性能指标及配合比详见表 6.1。
表 6.1 环氧胶泥性能指标统计表
6.2 环氧浆材
环氧浆材是反缝灌浆的浆材，起到恢复结构整体性，并达到防渗、补强、加固之目的的灌浆材
料。
具体性能指标及配合比详见表 6.2。
表 6.2 环氧浆材主要物理力学性能指标统计表
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序号
设备名称
型 号
单位
数量
备注
1
灌浆机
固耐克 LZ-900
台
2
2
开孔机
抽芯钻孔机
台
5
3
手持式砂轮机
台
5
4
电动空压机
K2.5HP
台
2
5
钢丝刷
个
8
6
角磨机
台
5
7
运输车
0.5 吨皮卡
台
1
8
冲洗机
GZ-58
台
1
9
电锤
Z1C-SZ-26
台
2
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序号检测项目标准要求备 注
1将夜密度（g/cm3）≥1.00
2起始粘度（mPa·s）<30
3可操作时间（mPa·s），min≥180
4
HK-G-2
抗压强度 （MPa） 28d ≥40
5抗拉强度（MPa）28d≥10
6
粘结强度 （MPa）
干粘结 28d ≥3.0
湿粘结 28d ≥2.0
7配合比A（环氧浆材）：
B（固化剂）=5:
1（质量比）
6.3 预缩砂浆
预缩砂浆用于灌浆孔及凿槽的封闭，配合比为：
水：
水泥：
砂：
外加剂（m3/kg）
=215：
671：
1430：
4.026，7d 抗拉强度≥1.3Mpa，7d 粘接强度≥0.9Mpa。
6.4 聚合物砂浆
聚合物砂浆用于灌浆孔及凿槽的封闭，配合比为：
水：
水泥：
：
砂：
外加剂
=0.8：
1：
2：
0.3～0.5，7d 抗拉强度≥1.3Mpa，7d 粘接强度≥0.9Mpa。
6.5 主要设备
本工法所用的主要机械设备见表 6.5。
表 6.5 主要设备配备表
7．质量控制
7.1 本工法遵循以下质量技术规范：
7.1.1《水工建筑物化学灌浆施工规范》（DL/5406-2010）。
7.1.2《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》（JC/T 1041-2007）
7.1.3《混凝土结构加固技术规范》（CECS 25）
7.1.4《水电水利基本建设工程单元工程质量等级评定标准第 1 部分：
土建工程》
（DL/T5113.1-2005）
7.1.5《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL31-2003
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7.2 质量保证措施
7.2.1 开工前编制详细的施工措施计划报监理工程师批准。
措施中包括施工布置、设备和材
料、工艺和程序、质量保证措施、作业人员配置、施工进度计划等内容；按照批准的措施计划组织
实施，明确质量控制点和控制办法、标准。
7.2.2 在施工前对施工人员进行全面的技术交底和培训工作，施工过程中对刚从事基础处理
工作的人员也要进行相应的培训考核工作，要求熟悉施工过程，施工标准等内容，对培训人员经考
试（考核）合格者，方可从事施工工作。
7.2.3 施工设备、材料定期进行检查，对精度要求高的设备、仪器定期进行校检，对不符合
要求及带病作业的设备及时检修，保证施工设备的正常运转；电力驱动的设备，在接地良好并经确
认能够保证施工安全时方可使用；对不合格和已损坏的仪表、仪器严禁使用；施工前对所用水泥等
原材料进行质量检测，不合格不能使用；各种材料须有出厂合格证即检验报告单。
7.2.4 施工过程中严格执行准灌证制度，在每一单元施工前，施工准备完毕，具备施工条件
时，必须经三检检查合格，向监理工程师申请开工。
在施工中，对灌浆压力及浆液比重应随时进行
量测并应做好记录。
7.2.5 施工过程中采用现场三班技术指导、质检员跟班的方式管理。
加强施工现场技术管理和质量控制工作，施工过程必须严格执行“三检制”，三级质检人员执
行现场值班制度，对重要工序必须经质检人员检查合格并签字后方可进行下道工序的施工。
三检人员要对一检、二检人员的工作进行检查，同时应对各工序进行随时检查，检查合格后方
可进行下一道工序的施工，对重要施工过程必须在现场跟班作业。
必须保证施工过程满足设计要求：
1）注重施工过程控制，做到工序间的移交必须经检查合格后，方可移交下一工序。
2）对于施工过程中发现的问题，按照“三不放过”原则进行处理，对于经检查发现的问题，
按照“返修、再验收”处理。
8．安全措施
8.1 安全生产保证措施
8.1.1 认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针。
加强全员教育和培训，编印安全防护手册发
给全体职工，工人上岗前进行安全操作的考试和考核，合格者才准上岗。
把安全生产纳入计划管理
目标，当施工进度与安全发生矛盾时，坚持施工进度服从安全生产。
8.1.2 建立健全安全管理制度。
主要包括安全教育和考核制度，安全月活动制度，安全检查评
比制度，班组安全活动制度等。
同时，根据工程特点和不同施工阶段，提出不同的安全重点和要求。
若发生事故，严格按照“三不放过”原则进行处理。
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8.1.3 建立起有效的安全保障体系。
形成横向到边、纵向到底的安全网络，配备满足工程安全
监察需要的专职安全人员。
制定相应的管理措施，并保证有效实施。
8.1.4 合理确定堆放材料和施工机械的位置，根据现场实际制定安全防范措施，并使之落到实
处。
8.1.5 按照现场有关规定，设立“安全色标”，工地上将安全色标挂在醒目的位置，按照工程
师的要求，设置信号确保安全施工。
8.1.6 针对危险作业，加强安全检查，建立专门监督，并在危险作业区附近设置醒目标志，以
引起施工人员注意。
8.1.7 管水线路的合理布置、固定牢固；加强洞内照明，潮湿环境采用安全电压照明，洞内照
明采用低压（36V），确保人员施工安全。
8.2 安全防护措施
灌浆施工时应注意做好以下防护工作：
8.2.1 应加强作业场地的通风检查和消防措施。
8.2.2 在洞内灌浆作业时，应布置鼓风、排风设备，作业人员应在上风处操作。
8.2.3 灌浆过程中产生的弃浆、废浆及废水不得随意排放，应集中储存，待灌浆结束后，集中
处理。
对废弃的罐（桶）、废水按照相关规定处理。
8.3 施工全过程的安全
8.3.1 工地设置各种安全标志，在需要的地方设置保护设施。
8.3.2 注意用电安全，搭火时要由专人操作。
8.3.3 按时发放、正确使用劳保用品。
8.3.4 所有员工进入施工现场必须配戴安全帽。
8.3.5 施工作业前，安全员须根据现场地形地貌、地质条件、环境情况，采取安全作业措施，
对存在不安全因素的施工项目在隐患未消除前不得允许施工。
8.3.6 每周至少进行一次安全大检查，积极查找安全隐患，并针对查出的安全隐患制定整改和
预防措施。
9．环保措施
9.1 化学灌浆时配置好的浆液有一定的挥发性，现场作业人员需配戴口罩，防护镜，橡胶手套，
专用服装等劳动保护用品，施工现场应保证通风良好。
9.2 化学灌浆材料储存在低温、干燥、避光和通风条件良好的仓库内，密封存放，配置浆液时
有专业人员指导控制。
9.3 施工现场严禁堆放易燃、易爆物品，严禁进食和吸烟（防止有害物质进入人体内部，对人
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造成更大的伤害），配备必要的防火设施，非工作人员不得
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