小天都水電站氣墊式調(diào)壓室交通洞封堵化學(xué)灌漿設(shè)計(jì)

徐 威， 殷 佳 霞

(1. 中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072；2. 中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021)

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小天都水電站氣墊式調(diào)壓室交通洞封堵化學(xué)灌漿設(shè)計(jì)

徐 威1， 殷 佳 霞2

(1. 中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072；2. 中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021)

小天都水電站是我國(guó)較早采用氣墊式調(diào)壓室的工程之一，該工程氣墊式調(diào)壓室經(jīng)多方論證研究采用“以水幕防滲為主，圍巖防滲為輔，水幕上布置灌漿帷幕”的聯(lián)合防滲結(jié)構(gòu)型式。為更好地解決我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)條件下氣墊式調(diào)壓室高壓氣體滲漏問題，小天都水電站率先在國(guó)內(nèi)氣墊式調(diào)壓室高壓氣體封堵中引入并成功應(yīng)用化學(xué)灌漿技術(shù)，對(duì)化學(xué)灌漿技術(shù)的推廣及氣墊式調(diào)壓室的封堵技術(shù)研究具有重要意義。介紹了化學(xué)灌漿技術(shù)在小天都水電站氣墊式調(diào)壓室交通洞封堵防滲的應(yīng)用設(shè)計(jì)，可供類似工程參考。

化學(xué)灌漿；氣墊式調(diào)壓室；閉氣防滲；設(shè)計(jì)；小天都水電站

1 工程概述

小天都水電站系瓦斯河干流梯級(jí)開發(fā)的第二級(jí)電站，采用引水式開發(fā)，調(diào)壓室采用氣墊式調(diào)壓室。調(diào)壓室區(qū)山體較雄厚，巖體為晉寧～澄江期斜長(zhǎng)花崗巖 [γO2(4)]及少量輝綠巖脈(βμ)，圍巖以Ⅱ類為主。調(diào)壓室交通洞結(jié)合地下廠房進(jìn)廠交通洞布置，長(zhǎng)513.756 m，施工期作為施工通道，施工完建后，設(shè)置混凝土堵頭封堵。調(diào)壓室交通洞原設(shè)計(jì)斷面為4.8 m×5.85 m(寬×高)，城門洞型，堵頭段埋在水墊下以利于堵頭段的閉氣，后因施工原因現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整為寬4.8 m，高5.85～10.82 m的漸變城門洞型，堵頭段亦大部分暴露于水墊以上，開挖揭示調(diào)壓室交通洞靠近氣室的40 m內(nèi)發(fā)育有三條斷層，地質(zhì)條件很不理想，從而大大增加了封堵閉氣的難度。小天都水電站氣墊式調(diào)壓室布置情況見圖1。

圖1 小天都水電站氣墊式調(diào)壓室布置簡(jiǎn)圖

2 采用化學(xué)灌漿的必要性分析

小天都水電站氣墊式調(diào)壓室最大氣體壓力Pmax=4.48 MPa，交通洞的封堵任務(wù)為封堵高壓氣體和高壓水。開挖揭示靠近交通洞氣室的40 m范圍內(nèi)發(fā)育有三條小斷層，從而大大增加了其防滲、閉氣難度。該工程防滲、閉氣設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，經(jīng)分析認(rèn)為：高壓水泥灌漿技術(shù)在封堵高壓水方面經(jīng)驗(yàn)較成熟，但對(duì)封閉高壓氣體效果并不理想；巖石中高壓水泥灌漿處理后未封閉的微小裂隙是氣體滲漏的主要通道?；瘜W(xué)灌漿漿材為真溶液，相對(duì)于水泥漿液具有粘度小，流動(dòng)性、可灌性好等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于水泥灌漿無法封閉的微細(xì)裂縫，化學(xué)灌漿的封閉效果要比前者好許多。因此，采用水泥灌漿與化學(xué)灌漿相結(jié)合的方式對(duì)小天都工程氣墊式調(diào)壓室主要漏氣通道進(jìn)行帷幕灌漿將有效封閉巖石中的微細(xì)裂縫，達(dá)到封閉高壓水、氣體的目的。

3 調(diào)壓室交通洞封堵設(shè)計(jì)

3.1 封堵防滲方案

該工程調(diào)壓室交通洞封堵防滲方案設(shè)計(jì)主要依據(jù)相關(guān)計(jì)算成果并結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn)及工程實(shí)際地質(zhì)條件，綜合穩(wěn)定與防滲、閉氣要求，堵頭封堵及襯砌段總 長(zhǎng) 度 為 86.76 m，即 樁 號(hào)TJ0+513.756～TJ0+427.000。筆者對(duì)各分段設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述如下：

(1)TJ0+513.756～TJ0+503.756段先進(jìn)行全斷面系統(tǒng)無蓋重高壓固結(jié)灌漿，再進(jìn)行全斷面素混凝土封堵，之后進(jìn)行回填灌漿；在堵頭兩端各設(shè)置一排傘狀有蓋重高壓固結(jié)灌漿及一排傘狀化學(xué)灌漿(灌漿孔孔深分別為8 m和10 m)。

(2)TJ0+503.756～TJ0+483.756段先進(jìn)行灌漿廊道混凝土襯砌施工，再進(jìn)行回填灌漿及全斷面系統(tǒng)高壓固結(jié)灌漿。在距氣室20～25 m處布置四排常規(guī)帷幕灌漿和三排化學(xué)灌漿以提高閉氣效果，帷幕灌漿孔深入基巖20 m，排距1.5 m，梅花型布置，待灌漿結(jié)束后對(duì)該段灌漿廊道進(jìn)行二期混凝土封堵。

(3)TJ0+483.756～TJ0+427.000段先進(jìn)行灌漿廊道混凝土襯砌施工，再進(jìn)行回填灌漿及全斷面系統(tǒng)高壓固結(jié)灌漿。

(4)氣室交通洞灌漿壓力均為5 MPa，灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)采用灌后滲透系數(shù)小于1Lu(通過壓水試驗(yàn)檢查)，灌漿方案見圖2。

3.2 化學(xué)灌漿材料的選取

圖2 氣墊式調(diào)壓室交通洞縱剖面及灌漿布置簡(jiǎn)圖

目前，國(guó)內(nèi)外化學(xué)灌漿材料品種較多，性能各異，最常用的化學(xué)灌漿材料可分為兩大類：一是防滲類，有水玻璃、丙烯酸鹽、水溶性聚氨酯、彈性聚氨酯和木質(zhì)素漿等；二是加固補(bǔ)強(qiáng)類，有環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸甲脂、非水溶性聚氨酯漿等。根據(jù)該工程對(duì)化學(xué)帷幕灌漿的實(shí)際要求(即封閉水泥灌漿效果不理想的微細(xì)裂縫通道)，所需要的灌漿材料既能防滲，又要具有很高的強(qiáng)度。因此，經(jīng)分析研究后決定采用環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行化學(xué)灌漿。所采用的環(huán)氧系列漿材需達(dá)到的主要性能指標(biāo)見表1。

另外，在水庫蓄水發(fā)電后，對(duì)交通洞混凝土襯砌表面裂縫的封堵采用了聚氨酯等防滲類漿材。

3.3 化學(xué)灌漿技術(shù)要求

在選擇了適合工程實(shí)際要求的灌漿材料后，設(shè)計(jì)單位對(duì)化學(xué)灌漿的實(shí)施也提出了一定的技術(shù)要求，主要要求如下：

表1 化學(xué)灌漿材料主要性能指標(biāo)表

(1)一般規(guī)定。

①化學(xué)灌漿應(yīng)在水泥灌漿施工完成72 h后進(jìn)行。

②灌漿壓力為5 MPa。

③灌漿前應(yīng)采用丙酮、稀漿等趕水。

④化學(xué)灌漿采用自孔口向內(nèi)分段鉆灌、孔口封閉、純壓式灌漿。

⑤設(shè)計(jì)壓力下灌漿滿足注入率每m小于0.01 L/min時(shí)，延續(xù)灌注時(shí)間不小于60 min，灌漿即可結(jié)束。環(huán)氧系列漿材灌漿結(jié)束后分兩個(gè)階段待凝，第一階段以灌漿結(jié)束時(shí)的壓力屏漿約4 h，第二階段閉漿直至漿液固化。

⑥全孔結(jié)束并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)采用“置換或壓力灌漿法”進(jìn)行壓力灌漿封孔，封孔灌漿壓力為5 MPa。對(duì)于上仰孔，應(yīng)采用可靠的排氣措施，以保證灌漿封填密實(shí)。封孔采用加入微膨脹劑的、水灰比為0.5∶1的水泥漿液做好封填工作；孔口未封滿部分，采用標(biāo)號(hào)不低于C25的水泥沙漿抹平。

(2)特殊情況的處理。

① 化學(xué)灌漿過程中若發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿，應(yīng)根據(jù)具體情況采用換水泥漿液灌注、嵌縫、表面封堵、低壓、限流、限量、加濃漿液等方法進(jìn)行處理。

② 灌漿過程中發(fā)生串漿時(shí)，若串漿孔具備灌漿條件，可以同時(shí)進(jìn)行灌漿，但應(yīng)一泵灌一孔，否則應(yīng)立即在串漿孔內(nèi)串漿部位以上用灌漿塞塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，串漿孔再繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿。

③ 灌漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，須按以下原則進(jìn)行處理：

a.盡可能縮短中斷時(shí)間，盡早恢復(fù)灌漿；

b.若中斷時(shí)間較長(zhǎng)(接近漿液固化時(shí)間)，應(yīng)立即沖洗鉆孔并換新漿；

c.恢復(fù)灌漿時(shí)，應(yīng)采用開灌比級(jí)的漿液進(jìn)行灌注。若吸漿量與中斷前相似，即可采用中斷前的漿液配比；若吸漿量較中斷前減少不多，則漿液應(yīng)逐漸加濃；

d.恢復(fù)灌漿后，若吸漿量較中斷前減少很多且在極短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，應(yīng)重新在附近開孔灌漿，新孔位置應(yīng)征得工程師同意并按封孔要求將原孔封好。

④大量耗漿孔段的處理。

首先應(yīng)酌情采取降低灌漿壓力、提高漿液濃度或縮短固化時(shí)間等措施予以解決。若耗漿量仍較大且無漏漿現(xiàn)象，則應(yīng)停止化學(xué)灌漿，改用水泥漿液灌注后再進(jìn)行化學(xué)漿材的灌注。

(3)化學(xué)帷幕灌漿。

①化學(xué)帷幕灌漿按分序加密的原則進(jìn)行。該工程采用先進(jìn)行上游排施工，接著進(jìn)行下游排施工，最后進(jìn)行中間一排施工的方式進(jìn)行化學(xué)帷幕灌漿。

②化學(xué)帷幕各灌漿段應(yīng)采用逐級(jí)加壓的方法達(dá)到設(shè)計(jì)允許壓力。

4 結(jié) 語

小天都水電站于2003年5月開工，2005年12月實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，在實(shí)施以上設(shè)計(jì)方案后，閉氣效果滿足設(shè)計(jì)要求，至今氣墊式調(diào)壓室運(yùn)行正常。化學(xué)灌漿技術(shù)在小天都水電站氣墊式調(diào)壓室交通洞封堵中的成功運(yùn)用，證明了我國(guó)現(xiàn)有化學(xué)灌漿施工設(shè)備及灌漿材料已能夠滿足封堵高壓氣體的要求，達(dá)到了水泥灌漿很難達(dá)到的閉氣標(biāo)準(zhǔn)，為氣墊式調(diào)壓室在我國(guó)的推廣應(yīng)用起到了一定作用。我們有理由相信：隨著毒性低(甚至無毒)、粘度小、價(jià)格低廉的化學(xué)灌漿材料研究的不斷進(jìn)步，化學(xué)灌漿技術(shù)在高壓水氣封堵工程中是具有發(fā)展與應(yīng)用前途的。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-03-08

TV7;TV22;TV543+.2;TV543+.3;TV554

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1001-2184(2016)05-0074-03

徐 威(1977-)，男，遼寧鞍山人，副主任，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事水工設(shè)計(jì)及勘測(cè)設(shè)計(jì)管理工作；

殷佳霞(1978-)，女，重慶長(zhǎng)壽人，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事水工設(shè)計(jì)工作.