海南瓊中抽水蓄能電站尾水主洞生產(chǎn)性固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究

王強(qiáng)++陳釗++晉良海

摘要：海南瓊中抽水蓄能電站開挖尾水主洞時(shí)，遇斷層、巖脈、巖體風(fēng)化影響，圍巖穩(wěn)定性差，規(guī)模較大的斷層多，斷層破碎帶膠結(jié)差，影響帶巖體較破碎，在洞壁與其它方向的結(jié)構(gòu)面組合形成可能失穩(wěn)的楔形體，且構(gòu)造部位的涌水量較大，洞室存在可能失穩(wěn)的隨機(jī)楔形體。為此，開展生產(chǎn)性試驗(yàn)，了解工程區(qū)圍巖灌漿特性，檢驗(yàn)洞室襯砌段固結(jié)灌漿措施的有效性；通過(guò)試驗(yàn)選擇適宜的鉆孔施工設(shè)備或機(jī)具、施工方法和施工控制措施；以獲得合適的灌漿程序、高效的灌漿工藝以及合理的灌漿參數(shù)。結(jié)果表明，本次生產(chǎn)性固結(jié)灌漿試驗(yàn)的技術(shù)參數(shù)是合理的，施工工藝是可行的，滲透性呂榮值滿足設(shè)計(jì)要求。

Abstract： During the excavation of the tailrace main tunnel of Hainan Qiongzhong pumped-storage power station， affected by faults， dykes and rock mass weathering， the surrounding rock stability is poor， there are many large scale faults， fault broken zone has poor cementing， a possible instability wedge is formed in the wall and the other direction of the structural plane， and the gushing water of the structural site is large. Therefore productive tests are carried out to understand the surrounding rock grouting characteristics of the project area， and test the effectiveness of grouting measures for lining section of tunnel. Appropriate drilling equipment or tools， construction methods and construction control measures are selected， to obtain suitable grouting procedure， efficient grouting process and reasonable grouting parameters. The results show that the technical parameters of the productive consolidation grouting test are reasonable， the construction technology is feasible and the permeability Lv Rong value meets the design requirements.

關(guān)鍵詞：海南瓊中抽水蓄能電站；尾水主洞；涌水；固結(jié)灌漿；生產(chǎn)性試驗(yàn)

Key words： Hainan Qiongzhong pumped storage power plant；tail water main tunnel；water gushing；consolidation grouting；production test

中圖分類號(hào)：TV543 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）05-0135-03

0 引言

瓊中抽水蓄能電站工程是二等大（2）型工程，主要承擔(dān)海南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動(dòng)等任務(wù)。樞紐建筑物主要由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫(kù)等4部分組成。尾水隧洞開挖時(shí)受斷層、巖脈、巖體風(fēng)化影響，圍巖穩(wěn)定性差；斷層破碎帶膠結(jié)差，影響帶巖體較破碎，斷層部位圍巖類別為Ⅳ類～Ⅴ類，不利于洞壁穩(wěn)定，易在洞壁與其它方向的結(jié)構(gòu)面組合形成可能失穩(wěn)的楔形體，且構(gòu)造部位的涌水量較大，洞室存在可能失穩(wěn)的隨機(jī)楔形體。因此，為提高和改善基巖物理力學(xué)性能，提高巖基的強(qiáng)度和整體性[1，2]，增強(qiáng)防滲效果，減少開挖深度，結(jié)合生產(chǎn)同步開展固結(jié)灌漿試驗(yàn)，選擇適宜的鉆孔施工設(shè)備或機(jī)具、施工方法和施工控制措施，獲得合適的灌漿程序、高效的灌漿工藝以及合理的灌漿參數(shù)[3]，對(duì)尾水系統(tǒng)洞內(nèi)襯砌段灌漿施工提供主要依據(jù)，并對(duì)后期系統(tǒng)固結(jié)灌漿施工起指導(dǎo)作用具有重要意義[4]。

1 固結(jié)灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

試驗(yàn)區(qū)選取在尾水主洞Ⅱ類～Ⅲ類圍巖和Ⅳ類～Ⅴ類圍巖區(qū)域。本次灌漿試驗(yàn)擬結(jié)合生產(chǎn)同步實(shí)施，其試驗(yàn)的主要目的包括[5-7]：

①了解工程區(qū)圍巖灌漿特性，檢驗(yàn)洞室襯砌段固結(jié)灌漿措施的有效性；

②通過(guò)試驗(yàn)選擇適宜的鉆孔施工設(shè)備或機(jī)具、施工方法和施工控制措施；

③通過(guò)試驗(yàn)獲得合適的灌漿程序、高效的灌漿工藝以及合理的灌漿參數(shù)；

④通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)及解決可能遇到的其它施工問題。

1.2 灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)尾水主洞混凝土襯砌的進(jìn)度，結(jié)合固結(jié)灌漿施工的具體情況及地質(zhì)情況，決定固結(jié)灌漿試驗(yàn)部位選取在尾水主洞樁號(hào)為：尾1+044.316～尾1+034.316范圍內(nèi)試驗(yàn)。孔位布置見圖1。

1.3 技術(shù)要求

執(zhí)行 DL/T 5148—2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》、設(shè)計(jì)下發(fā)的《尾水主洞結(jié)構(gòu)圖布置圖（1/6～6/6）》、《海南瓊中抽水蓄能電站主體工程灌漿施工技術(shù)要求》、監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的《海南瓊中抽水蓄能電站C4標(biāo)尾水主洞固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)大綱》及其他相關(guān)技術(shù)要求。

1.4 工作程序

試驗(yàn)孔施工次序：環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則進(jìn)行。

施工程序?yàn)椋喊惭b抬動(dòng)觀測(cè)裝置→鉆孔→沖洗（壓水）、灌漿→封孔→灌后檢查孔鉆孔、灌后壓水→灌后檢查孔灌漿及封孔→試驗(yàn)資料分析、提交試驗(yàn)報(bào)告。

2 固結(jié)灌漿試驗(yàn)施工

2.1 抬動(dòng)觀測(cè)裝置

為確保在灌漿過(guò)程中避免出現(xiàn)混凝土及深層基巖抬動(dòng)，在試驗(yàn)區(qū)安裝1個(gè)抬動(dòng)觀測(cè)裝置，孔深為見基巖6.0m。其安裝結(jié)構(gòu)如圖2。

2.2 鉆孔

鉆孔采用YT-28型風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)和孔徑為φ50mm的潛孔鉆?？咨顬樯钊牖鶐r6.0m，一次性鉆至孔底。鉆孔位置偏差不大于10cm，孔深偏差控制在±20cm。鉆孔保證孔向垂直于砼面，嚴(yán)格控制孔斜，采用水平尺控制孔斜。

2.3 灌漿材料

采用業(yè)主指定的華潤(rùn)水泥有限公司普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號(hào)為P.O42.5，其細(xì)度為通過(guò)80um方孔篩的篩余量小于5%。

2.4 裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)

各孔段灌漿前進(jìn)行裂隙沖洗，至回水澄清為止。為獲得灌前尾水主洞巖石的透水率參數(shù)，各孔段在灌漿前進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，簡(jiǎn)易壓水結(jié)合裂隙沖洗同時(shí)進(jìn)行，壓力為0.40MPa，壓水時(shí)間為20min，每5min記錄一次流量，以最終流量計(jì)算該段的透水率。

2.5 灌漿

2.5.1 試驗(yàn)孔布置方案、灌漿壓力及水灰比

試驗(yàn)區(qū)孔位布置：按間排距2.0m*2.0m布置，每環(huán)14個(gè)灌漿孔，孔深6.0m，孔向垂直于巖石表面，沿洞周呈發(fā)射狀布置，奇偶環(huán)呈梅花形布置。

灌漿壓力：Ⅰ序孔0.5MPa、Ⅱ序孔0.5MPa。

水灰比選擇：依次采用3：1、2：1、1：1、0.5：1四個(gè)比級(jí)由稀到濃進(jìn)行灌漿。

2.5.2 灌漿方法及程序

①采用一次循環(huán)式灌漿，孔深入巖6.0m，用HT-Ⅳ型灌漿自動(dòng)記錄儀進(jìn)行記錄，用Φ25PVC管作射漿管，射漿管距孔底不大于50cm。

②漿液比級(jí)由稀至濃，逐級(jí)變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)上升時(shí)，不得改變水灰比。

③漿液變換標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量已達(dá)300L以上或灌注時(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)水灰比漿液灌注。當(dāng)注入率大于30L/min且注入量達(dá)300L以上時(shí)，可根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。當(dāng)孔口灌漿壓力小于0.1MPa時(shí)或漿液大量外漏時(shí)，可直接灌注0.5：1水泥漿液。越級(jí)變濃至0.5：1以后，漿液注入率若仍然無(wú)明顯變化，則采取限流或間隙灌漿措施。

④灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在規(guī)定壓力下，注入率不大于1.0L/min時(shí)，連續(xù)灌注30min，結(jié)束灌漿。

⑤封孔。采用“全孔灌漿封孔法”進(jìn)行封孔。封孔漿液為0.5：1水泥漿液。對(duì)于“全孔灌漿封孔法”其灌漿壓力為設(shè)計(jì)灌漿壓力，持續(xù)時(shí)間為30min。對(duì)于孔內(nèi)漿液凝固后在灌漿孔上部的空腔，采用干硬性水泥砂漿或濃稠水泥漿封填密實(shí)。

2.6 質(zhì)量檢查

①固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查采用灌前灌后巖體波速和檢查孔壓水試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行綜合評(píng)定[8]。

②用巖體波速法進(jìn)行質(zhì)量檢查時(shí)，檢查工作宜在該部位灌漿結(jié)束14天后進(jìn)行，檢查孔的數(shù)量及孔位的布置由監(jiān)理工程師指定。

③固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤3Lu。

④檢查孔巖體波速測(cè)試結(jié)束后，按正常灌漿孔要求進(jìn)行灌漿和封孔。

3 固結(jié)灌漿試驗(yàn)成果分析

3.1 壓水資料分析

尾水主洞Ⅳ類～Ⅴ類圍巖試驗(yàn)區(qū)灌前簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)成果分析統(tǒng)計(jì)見圖3。

從灌前透水率分布區(qū)間情況看，I、II序孔中均無(wú)透水率<1Lu的段次，表明該部位巖層較破碎，巖體的完整性較差。I序孔透水率>50Lu的段次占5.7%，II序孔透水率>50Lu的段次占2.9%，表明試驗(yàn)區(qū)個(gè)別部位有很大的裂隙及破碎巖石。

從灌前簡(jiǎn)易壓水的透水率對(duì)比情況看，隨灌序的增加，各次序的透水率值分布上遵循遞減的規(guī)律。灌漿孔中巖體透水率<5.0Lu的頻率，I序孔為77.1%，II序孔為94.3%，說(shuō)明隨著灌漿次序的增進(jìn)，地層逐漸被灌注密實(shí)，地層的透水性得到明顯的改善。

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)灌漿成果分析及灌后檢查孔試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)區(qū)共布置4個(gè)檢查孔，透水率分別為0.66、0.82、1.27、1.12，檢查孔壓水符合小于3Lu要求。說(shuō)明該試驗(yàn)部位固結(jié)灌漿效果是顯著的，達(dá)到了相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 灌漿資料分析

試驗(yàn)區(qū)自2016年9月18日灌漿以來(lái)，截止10月10日，共計(jì)完成灌漿420m，灌漿水泥16.1t。單位注入量與灌漿次序關(guān)系見圖4。

從單位注入量的統(tǒng)計(jì)情況看，隨灌序的增加，各次序的單位注入量值分布上遵循遞減的規(guī)律。灌漿孔中單位注入量<10kg/m的頻率，I序孔為11.4%，II序孔為60.0%，說(shuō)明隨著灌漿次序的增進(jìn)，地層逐漸被灌注密實(shí)，地層的滲透性得到明顯的改善。

從單位注入量均值的對(duì)比情況看，隨灌序的增進(jìn)，試區(qū)各次序孔的單位注入量呈現(xiàn)明顯的遞減規(guī)律。I序孔單位注入量為46.1kg/m，II序孔單位注入量為30.6kg/m，II序孔比I序孔遞減33.6%。

從地層情況看，尾水主洞試驗(yàn)區(qū)部分孔段巖石寬縫及大裂隙多，巖體卸荷裂隙比較發(fā)育，試驗(yàn)區(qū)總平均注入量為33.7kg/m。

3.3 灌漿壓力與注入率及抬動(dòng)關(guān)系分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工觀測(cè)情況及資料統(tǒng)計(jì)，從總體上看，除地質(zhì)條件變化的影響因素外，隨著灌漿壓力的增大，灌漿注入率相應(yīng)增大，但隨著壓力增大，試驗(yàn)區(qū)個(gè)別孔段會(huì)出現(xiàn)一定范圍的抬動(dòng)。在灌注Z2-8-5與Z2-8-9號(hào)孔時(shí)，壓力0.50MPa，注入流量20.0L/min時(shí)，發(fā)生抬動(dòng)累計(jì)變化65μm，灌漿按0.5MPa正常屏漿結(jié)束。按現(xiàn)行施工工藝，依試驗(yàn)大綱批復(fù)的0.5MPa壓力，在確保不發(fā)生破壞性抬動(dòng)的情況下，能滿足該部位施工質(zhì)量要求。

4 結(jié)論

①尾水主洞Ⅳ類～Ⅴ類圍巖固結(jié)灌漿采用分兩序，全孔一次性鉆孔，孔口卡塞循環(huán)式灌漿的施工方法是可行的，雖然有部分孔段因地質(zhì)原因存在注灰量有一定的差異，但并沒影響整體灌漿效果。

②經(jīng)灌后檢查孔壓水試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，壓水指標(biāo)均滿足小于3Lu的技術(shù)要求，在施工工藝及施工流程相同的情況下，采用3：1、2：1、1：1、0.5：1四個(gè)比級(jí)由稀到濃進(jìn)行灌漿可滿足設(shè)計(jì)要求。

③試驗(yàn)區(qū)灌漿改善了巖體裂隙發(fā)育及破碎巖石，提高了巖體的整體性和抗變形能力。結(jié)果表明，本次生產(chǎn)性固結(jié)灌漿試驗(yàn)的技術(shù)參數(shù)是合理的，施工工藝是可行的，呂榮值滿足設(shè)計(jì)要求。

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