錦屏二級(jí)進(jìn)水口事故閘門(mén)后滲漏處理的施工技術(shù)措施

陳勝利,許元豪

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)二公司,成都,610091)

1 工程概述

錦屏二級(jí)進(jìn)水口工程主要施工項(xiàng)目有:進(jìn)水口攔污柵土建和金結(jié)設(shè)備安裝、1#～4#引0+000～引0+128m隧洞混凝土襯砌、引0+095m～引0+110m事故閘門(mén)井土建和金結(jié)設(shè)備安裝、縱向圍堰等。進(jìn)水口度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年P(guān)=5%頻率洪水,Q=8850m3/s,進(jìn)水口水位 1653.93m,縱向圍堰設(shè)計(jì)高程為1641m,即為汛期過(guò)水圍堰。根據(jù)進(jìn)水工程總體施工進(jìn)度計(jì)劃安排,2010年汛期(每年5月中旬至11月底)圍堰過(guò)水由事故閘門(mén)擋水,確保1#～4#引水隧洞下游開(kāi)挖、支護(hù)、混凝土襯砌的正常施工。

錦屏二級(jí)進(jìn)水口工程目前施工形象:攔污柵底板墊層全部完成;引水隧洞引0+032m～引0+110m混凝土襯砌全部完成;事故閘門(mén)井高程1649m以下土建及金結(jié)設(shè)備安裝全部完成;事故閘門(mén)室啟閉機(jī)滿(mǎn)足運(yùn)行條件。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料表明,4條引水隧洞進(jìn)水口洞身段圍巖為弱～微風(fēng)化T14綠砂巖和T2z2大理巖,在T14綠砂巖洞段圍巖較破碎,圍巖類(lèi)別Ⅲ類(lèi)為主,局部為Ⅳ類(lèi)。

2 滲漏處理方案

2010年6月4日雅礱江錦屏二級(jí)進(jìn)水口圍堰處水位為1638m,1#～4#事故閘門(mén)順利下閘并開(kāi)始對(duì)基坑充水。充水后1#～4#事故閘門(mén)滲水量均小于設(shè)計(jì)規(guī)定,但由于地質(zhì)原因存在繞滲,即滲水沿基巖繞過(guò)事故閘門(mén)井(引0+032m～引0+110m)已襯砌段,在引 0+110m～引 0+120m段有大量滲水。據(jù)統(tǒng)計(jì),基坑水位為1630m時(shí),每條引水隧洞的繞滲流量為140m3/h～160m3/h;基坑水位為1646m時(shí),每條引水隧洞的繞滲流量為 400m3/h～480m3/h。若水位1653.93m時(shí),其繞滲量會(huì)更大。

針對(duì)進(jìn)水口1#～4#事故閘門(mén)井后繞滲現(xiàn)象,為確保汛期西端引水隧洞洞內(nèi)施工安全,錦屏建設(shè)管理局2010年6月10日組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位召開(kāi)了處理方案討論會(huì),決定在事故閘門(mén)后檢修豎井內(nèi)邊墻及底板布置一道防滲帷幕,帷幕樁號(hào)引 0+106.5m,帷幕灌漿高程 1616m～1646m,灌漿孔入巖15m,間距2.0m(圖1)。

3 施工布置

3.1 排架搭設(shè)

施工排架:用于施工人員操作、鉆孔設(shè)備就位平臺(tái)等。采用腳手架鋼管和扣件搭設(shè),搭設(shè)基本參數(shù)為立桿橫距1.2m、縱距1.2m、步距1.5m,排架寬6m,施工均布荷載為0.37kN/m2。排架搭設(shè)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求,并進(jìn)行驗(yàn)算。

圖1 帷幕灌漿孔布置、分序、分段圖

材料堆放平臺(tái):主要用于存放灌漿所需水泥。采用腳手架鋼管和扣件搭設(shè),搭設(shè)基本參數(shù)為立桿橫距1.2m、縱距1.2m,搭設(shè)高度0.5m,面積不小于50m2。

3.2 水、電系統(tǒng)布置

供水系統(tǒng):從現(xiàn)場(chǎng)已有的主供水管接φ50mmPVC管至用水部位。

供電系統(tǒng):主要用電設(shè)備有地質(zhì)鉆機(jī)、水泥灌漿泵、高速攪拌機(jī)、低速攪拌機(jī)、電焊機(jī)、送漿泵等,總功率為346.7kW,從現(xiàn)場(chǎng)已有供電系統(tǒng)就近引用。

3.3 制漿系統(tǒng)

制漿平臺(tái)搭設(shè):兩個(gè)制漿站平臺(tái)均采用腳手架鋼管和扣件搭設(shè),搭設(shè)基本參數(shù)為立桿橫距1.2m、縱距 1.2m,搭設(shè)高度 1m,面積不小于36m2。

制漿站:在1#閘門(mén)和3#閘門(mén)豎井頂部位置設(shè)2個(gè)制漿站。由于供漿線(xiàn)路較長(zhǎng),供漿難度大,為減少材料損耗和確保供漿管路暢通,在距離制漿站30m～50m處再修建兩個(gè)水泥漿液中轉(zhuǎn)站。

制漿站設(shè)備:每個(gè)制漿站布置1臺(tái)高速攪拌機(jī)和1臺(tái)BW200/40泥漿泵。

3.4 污水處理系統(tǒng)

施工現(xiàn)場(chǎng)附近修建沉淀池和集水池。沉淀池和集水池采用M7.5漿砌塊石砌筑,底板及側(cè)墻厚均為30cm,其容量不小于15m3。

采用污水泵將施工過(guò)程中產(chǎn)生的泥、漿和廢水抽排至沉淀池,經(jīng)沉淀處理滿(mǎn)足達(dá)標(biāo)排放要求的廢水,用排污泵排放。沉淀池應(yīng)定期清理,沉淀池內(nèi)的水泥結(jié)塊用挖掘機(jī)或人工手風(fēng)鉆鑿出,并運(yùn)至指定棄碴場(chǎng)。

4 灌漿孔位布置

4.1 抬動(dòng)觀(guān)測(cè)孔布置

在每個(gè)檢測(cè)豎井底部布置1個(gè)抬動(dòng)觀(guān)測(cè)孔,鉆孔方向?yàn)榇怪毕?在每個(gè)檢測(cè)豎井兩側(cè)高程1618m～1632m范圍分別布置2個(gè)抬動(dòng)觀(guān)測(cè)孔,鉆孔方向?yàn)樗较颉Ｃ總€(gè)檢測(cè)豎井共計(jì)5個(gè)抬動(dòng)觀(guān)測(cè)孔,4個(gè)豎井總計(jì)20個(gè)抬動(dòng)觀(guān)測(cè)孔。抬動(dòng)觀(guān)測(cè)孔鉆孔深度為19m,鉆孔孔徑φ91mm,抬動(dòng)觀(guān)測(cè)裝置按照?qǐng)D2結(jié)構(gòu)型式安裝。

圖2 抬動(dòng)觀(guān)測(cè)孔結(jié)構(gòu)

鉆孔達(dá)到預(yù)定孔深后,在孔內(nèi)下置內(nèi)徑φ25mm的內(nèi)管,之后注入1m高度的濃水泥漿,接著在內(nèi)管外套一根內(nèi)徑φ50mm的外套管,待凝24h后在φ50mm的外套管與鉆孔孔壁之間填入粉細(xì)砂至孔口,將φ50mm保護(hù)管與上部混凝土蓋板固定,最后將各管之間管口部分用麻絲填實(shí),用水泥砂漿將孔口密封,以免水泥漿進(jìn)入各管之間將各管鑄死。在φ25mm鋼管上端安裝千分表支架及千分表,另在千分表旁的混凝土蓋板上鉆設(shè)一小孔,插入1根φ20mm 鋼筋,再在豎筋上焊上一橫桿,使橫桿與千分表變形傳感器接觸后,調(diào)試千分表讀數(shù)歸“0”,則系統(tǒng)安裝完成。

4.2 灌漿孔布置

每個(gè)豎井布置灌漿孔33個(gè),間距2.0m,入巖深度15.0m,混凝土襯砌厚度為2.0m,每個(gè)孔總深度為17.0m。孔位布置、鉆孔方向及深度孔位布置見(jiàn)圖 1。鉆孔孔徑灌漿孔孔徑不小于φ75mm。

4.3 灌后檢查孔布置

為了檢查灌漿效果,根據(jù)監(jiān)理和設(shè)計(jì)要求,在灌漿區(qū)內(nèi)布置灌后檢查孔,鉆孔孔徑φ75mm,孔深同灌漿孔。

5 灌漿施工

5.1 鉆灌施工次序

先施工底板5個(gè)孔,再施工檢測(cè)豎井井壁兩側(cè)的灌漿孔。灌漿按逐序加密的原則進(jìn)行施工,灌漿分兩序(詳見(jiàn)附圖1),先施工Ⅰ序孔,再施工Ⅱ序孔。灌漿結(jié)束14d后,施工灌后檢查孔。

5.2 鉆孔

鉆孔采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)、金鋼石鉆頭,清水鉆進(jìn)。鉆孔孔口位置與設(shè)計(jì)位置的偏差原則上不大于10cm,但根據(jù)閘門(mén)檢測(cè)豎井混凝土內(nèi)鋼筋布置情況,可適當(dāng)調(diào)整鉆孔孔位。鉆孔深度與設(shè)計(jì)深度偏差不大于20cm。防滲灌漿孔開(kāi)孔孔徑為φ91mm,終孔孔徑為φ75mm,灌后檢查孔孔徑為φ75mm。開(kāi)孔時(shí)嚴(yán)格控制孔位,利用羅盤(pán)和水平尺校正鉆孔角度,確保鉆孔孔位和鉆孔方向符合設(shè)計(jì)要求。

在鉆孔過(guò)程中,遇有掉塊或塌孔難以鉆進(jìn)時(shí),可先進(jìn)行灌漿處理,再行鉆進(jìn)。

鉆孔段長(zhǎng)的劃分,各帷幕防滲灌漿孔的接觸段深至基巖內(nèi)孔深3m,灌漿孔和灌后檢查孔段長(zhǎng)初步劃分見(jiàn)表1,特殊情況下可適當(dāng)縮短或加長(zhǎng);基巖完整段每孔可按照兩段進(jìn)行施工(第一段3m、第二段12m);第二段基巖3m深至基巖15m深。

表1 灌漿分段長(zhǎng)度

5.3 裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)

5.3.1 裂隙沖洗。各孔段灌漿前均采用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗,沖洗時(shí)間可至回水清凈時(shí)止或不大于20min,孔內(nèi)沉積厚度不大于20cm。沖洗壓力為灌漿壓力的80%,且不大于1.0MPa。

5.3.2 壓水試驗(yàn)。灌漿前做簡(jiǎn)易壓水,可結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行,壓力為灌漿壓力的80%,并不大于1.0MPa,壓水時(shí)間 20min,每5min測(cè)讀一次壓入流量,取最后的流量值作為計(jì)算流量,其成果以透水率q(Lu)表示。

灌后檢查孔壓水自上而下分段進(jìn)行,采用單點(diǎn)法。單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80%,且不大于1MPa,在穩(wěn)定的壓力下每3～5min測(cè)讀一次壓入流量,連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%,或最大值與最小值之差小于1L/min,壓水試驗(yàn)即可結(jié)束,取最終值計(jì)算透水率。

5.4 水泥灌漿

5.4.1 灌漿材料

灌漿水泥采用 P.O.42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。灌漿水泥的品質(zhì)必須符合GBI75-05的標(biāo)準(zhǔn),并對(duì)提供到現(xiàn)場(chǎng)的P.O.42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥進(jìn)行抽樣檢測(cè),不合格者不得使用。水泥漿液一般使用純水泥漿液,在滲透性強(qiáng),吃漿量大的部位,在灌漿過(guò)程中可在水泥漿液中摻入速凝劑等外加劑。速凝劑擬選用水玻璃。

5.4.2 漿液制備

灌漿漿液優(yōu)先采用純水泥,漿液水灰比0.5～0.8∶1,漿液結(jié)石強(qiáng)度不小于25MPa。當(dāng)純水泥漿灌注效果有限或遇到出水孔道時(shí),可采用水泥——水玻璃雙液漿灌注,漿液水灰比 0.5～0.8∶1,水玻璃模數(shù) 2.4m～3.0m,濃度 30～45波美度,水泥漿與水玻璃體積比1∶1～1∶0.5,漿液結(jié)石強(qiáng)度不低于20MPa。

漿液制備采用ZJ-1000高速攪拌機(jī)制漿,BW200/40泵送漿,3SNS灌漿泵灌漿。灌注漿液攪拌時(shí)間不少于30s,漿液攪拌結(jié)束后,直接由送漿泵送入低速攪拌機(jī)的攪拌桶中,供灌漿使用。

水泥漿液溫度應(yīng)保持在5℃～40℃,否則予以廢棄;灌注漿液自制備至用完時(shí)間不超過(guò)4h,超過(guò)4h應(yīng)予廢棄。

制漿材料使用前經(jīng)稱(chēng)量,稱(chēng)量誤差小于5%。水泥等固相材料采用重量稱(chēng)量法,制漿用水等采用體積稱(chēng)量法。

水泥漿液采用比重計(jì)校準(zhǔn)其濃度是否與應(yīng)配濃度相同。制漿站、中轉(zhuǎn)站應(yīng)每30min測(cè)定一次漿液比重,灌漿站每10min測(cè)定一次漿液比重并記錄備查。

5.4.3 施工工藝

采用孔口封閉,孔內(nèi)循環(huán)的灌漿施工方法。具體施工工藝流程如圖3。

圖3 孔內(nèi)循環(huán)、孔口封閉灌漿法施工流程

5.4.4 灌漿壓力

灌漿泵與灌漿孔口均安設(shè)有壓力表,使用壓力應(yīng)在壓力表極限刻度的1/4～3/4范圍內(nèi),灌漿壓力以孔口壓力表中值壓力為準(zhǔn),且壓力表波動(dòng)不超過(guò)灌漿壓力的20%。各孔段灌漿壓力參照表2執(zhí)行。

表2 各灌漿孔壓力

5.4.5 變漿原則

灌漿漿液應(yīng)由稀至濃逐級(jí)變換。漿液變換原則為:

(1)當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時(shí),或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí),不得改變水灰比。

(2)當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量已達(dá)300L以上,或灌漿時(shí)間已達(dá)30min,而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí),應(yīng)改濃一級(jí)水灰比漿液繼續(xù)灌注。

(3)當(dāng)注入率大于30L/min時(shí),可根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。

5.4.6 灌漿結(jié)束條件

在最大設(shè)計(jì)壓力下,注入率不大于 1L/min后,繼續(xù)灌注 30min結(jié)束。灌漿結(jié)束后,采用0.5∶1的濃漿“全孔灌漿封孔法”封孔。

5.4.7 特殊情況處理

(1)灌漿過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí),應(yīng)視具體情況采取嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝等方法處理。

(2)相鄰孔串漿時(shí):若被串孔正在鉆進(jìn),應(yīng)立即停止鉆孔;當(dāng)串漿量大時(shí),如條件允許,如串漿孔具備灌漿條件,可一泵一孔對(duì)互串孔進(jìn)行并聯(lián)灌漿,各孔灌漿壓力要求接近,此時(shí)防止混凝土抬動(dòng)超過(guò)允許值,否則可用漿塞于串孔被串部上方1m～2m處,待灌漿孔灌漿結(jié)束后再對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗,再后繼續(xù)鉆進(jìn)或灌漿。若串漿較遠(yuǎn),可采用濃漿施灌。若無(wú)效,結(jié)束灌漿,必要時(shí)在附近鉆孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

(3)當(dāng)灌漿壓力或注入率突然改變較大時(shí),立即查明原因,采取相應(yīng)的處理措施。

(4)當(dāng)采用最大濃度漿液施灌但吸漿量很大而不見(jiàn)減少時(shí),可采用間歇灌漿法,同時(shí)可摻入速凝劑,如因加入速凝劑而使吸漿量突然減少則應(yīng)停止使用摻合料。

(5)灌漿過(guò)程中如遇到耗漿量特大的孔段,當(dāng)耗灰量大于500kg/m時(shí),則采取間歇或限壓、限流等措施;當(dāng)耗灰量大于1000kg/m時(shí),則待凝8h后掃孔復(fù)灌。

(6)灌漿必須連續(xù)進(jìn)行,若因故中斷,按下述原則處理:盡快恢復(fù)灌漿。中斷超過(guò)30min應(yīng)立即沖洗鉆孔,再恢復(fù)灌漿;若無(wú)法沖洗或沖洗無(wú)效,則應(yīng)進(jìn)行掃孔,再恢復(fù)灌漿?；謴?fù)灌漿時(shí),使用開(kāi)灌比級(jí)的水泥漿灌注,如注入率與中斷前相近,即可采用中斷前水泥漿的比級(jí)繼續(xù)灌注;如注入率較中斷前減少較多,逐級(jí)加濃漿液繼續(xù)灌注;如注入率較中斷前減少很多,且在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿,進(jìn)行掃孔和沖洗后再灌或采取其他補(bǔ)救措施。

(7)在有涌水的孔段灌漿,當(dāng)涌水壓力超過(guò)0.2MPa時(shí),一般采取下列措施:灌漿前測(cè)定涌水壓力與涌水量;盡量縮短灌漿段長(zhǎng);灌漿結(jié)束后屏漿時(shí)間不小于60min;待凝時(shí)間不得少于48h。

當(dāng)涌水壓力小于0.2MPa時(shí),也可參照上述措施處理。

(8)抬動(dòng)變形控制。當(dāng)發(fā)生抬動(dòng)變形時(shí),若抬動(dòng)值小于0.1mm且增長(zhǎng)緩慢,正常灌注;若抬動(dòng)值在0.1mm～0.2mm之間時(shí),采用低壓力小流量灌注,灌注一定時(shí)間后,再緩慢升壓并最終達(dá)到設(shè)計(jì)壓力;若抬動(dòng)值增長(zhǎng)迅速,超過(guò)允許值0.2mm時(shí),立即降低灌漿壓力,并報(bào)告值班工程師,研究采取有效補(bǔ)救措施。

5.4.8 灌漿效果檢測(cè)

(1)灌漿結(jié)束后及時(shí)會(huì)同監(jiān)理進(jìn)行質(zhì)量檢查。灌后檢查孔施工在該灌區(qū)灌漿全部結(jié)束14d后進(jìn)行。

(2)灌后檢查孔施工采用XY-2鉆機(jī)、雙管單動(dòng)鉆具鉆進(jìn),并按設(shè)計(jì)、監(jiān)理要求進(jìn)行取芯。鉆孔時(shí)合理控制回次鉆進(jìn)長(zhǎng)度,按取芯次序統(tǒng)一編號(hào),填牌裝箱,芯樣拍照,繪制鉆孔柱狀圖并進(jìn)行巖芯描述。檢查結(jié)束后進(jìn)行灌漿和封孔。

(3)灌漿質(zhì)量以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主,并結(jié)合對(duì)施工記錄、成果資料和檢驗(yàn)測(cè)試資料的分析,進(jìn)行綜合評(píng)定。

(4)檢查孔的數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的10%,一個(gè)單元內(nèi),至少布置一個(gè)檢查孔,擬在每個(gè)檢測(cè)豎井布置2個(gè)檢查孔,檢查孔孔徑75mm。灌后檢查孔巖芯采取率大于85%。

(5)檢查孔壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法,壓水壓力為相應(yīng)灌漿段灌漿壓力的80%。

(6)灌漿質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)要求透水率q≤3lu?；炷僚c基巖面及以下一段壓水檢查合格率為100%,其余各段合格率在90%以上,不合格試段的透水率不超過(guò)規(guī)定值的150%,且不合格試段分布不集中。

(7)經(jīng)檢查合格的檢查孔,按照灌漿孔要求進(jìn)行封孔灌漿。

6 資源配置

6.1 人員配置

施工人員配置按照4個(gè)鉆灌施工機(jī)組、1個(gè)輔助組,按兩班作業(yè)的工作方式進(jìn)行考慮。

輔助組主要包括制漿站、電工、供水等人員,后勤組主要包括現(xiàn)場(chǎng)值班技術(shù)人員、質(zhì)安人員、內(nèi)業(yè)技術(shù)人員、物資材料人員、修配等。

本次施工,總計(jì)需要各類(lèi)施工人員146人(見(jiàn)表3)。

表3 施工人員計(jì)劃

6.2 施工主要機(jī)械設(shè)備

主要施工機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表4。

表4 主要施工機(jī)械設(shè)備

7 實(shí)施效果

根據(jù)《水利水電工程鋼閘門(mén)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(DL/T5018-2004),“閘門(mén)在承受設(shè)計(jì)水頭壓力時(shí),通過(guò)任意1m長(zhǎng)止水范圍內(nèi)漏水量每秒不應(yīng)超過(guò)0.1L”的規(guī)定計(jì)算,1#～4#事故閘門(mén)每扇寬 10.92m、高11.8m,則(10.92m+11.8m)×2×0.1=4.544L/s,每小時(shí)滲水量為4.544L/s×3600s=16358.4L/h,即 16.3584m3/h。采取以上方法處理后,對(duì)1#～4#每個(gè)豎井的滲流量進(jìn)行檢測(cè),1#豎井為 15.64m3/h,2#豎井為13.21m3/h,3#豎井為 15.83m3/h,4#豎井為12.18m3/h,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。