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      溧陽抽水蓄能電站地下廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿施工

      2017-06-23 09:38:12
      四川水力發(fā)電 2017年3期
      關(guān)鍵詞:段長潛孔孔口

      尹 成 福

      (中國水利水電第五工程局有限公司,四川 成都 610066)

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      溧陽抽水蓄能電站地下廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿施工

      尹 成 福

      (中國水利水電第五工程局有限公司,四川 成都 610066)

      溧陽抽水蓄能電站地下廠房區(qū)巖層產(chǎn)狀變化較大,地質(zhì)條件較復(fù)雜,為了保證廠房頂部開挖質(zhì)量和安全,對廠房頂部采取了提前預(yù)固結(jié)灌漿的方法。廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿施工采用潛孔鉆造孔、“孔口封閉灌漿”法灌漿,先將非灌段一次鉆孔到底,低壓濃漿灌注待凝后再進(jìn)行灌漿段施工,灌漿效果較好,改善了廠房頂部的圍巖條件,保證了廠房頂部開挖的質(zhì)量和施工安全。

      溧陽抽水蓄能電站;預(yù)固結(jié)灌漿;成果分析;地下廠房

      1 概 述

      江蘇溧陽抽水蓄能電站地處江蘇省溧陽市,上水庫位于龍?zhí)读謭鑫閱T山工區(qū),與安徽省接壤。樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下發(fā)電廠房系統(tǒng)及下水庫等4部分組成。電站安裝6臺機(jī)組,總裝機(jī)容量為1 500 MW。

      廠房區(qū)地層內(nèi)斷層十分發(fā)育,規(guī)模較大的斷層主要有F10、F32、F54,特別是F54斷層對廠房影響較大,斷層帶寬度為5~18 m,巖體節(jié)理十分發(fā)育且受巖層產(chǎn)狀影響較大,發(fā)育方向分散,規(guī)律性較差,總體圍巖以Ⅲ2~Ⅳ1類為主。

      為了改善廠房頂部圍巖的結(jié)構(gòu),在廠房頂部開挖前,利用主廠房頂拱上部灌排廊道中的固結(jié)灌漿廊道,對其頂拱部分圍巖進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿處理,在兩條灌漿廊道底板布設(shè)了8排灌漿孔,遵循“先外后內(nèi)、分序、逐漸加密”原則進(jìn)行。具體灌漿孔布置情況見圖1。

      設(shè)計固結(jié)灌漿孔距2.5 m,排距0.6 m。其中: 1排孔深36 m,灌漿段長12 m ,角度為-12°;2排孔深31 m,灌漿段長12 m ,角度為-4°;3排孔深28.5 m,灌漿段長12 m ,角度為5°;4排孔深28.5 m,灌漿段長12 m ,角度為15°;5排孔深28.5 m,灌漿段長12 m ,角度為-15°;6排孔深28.5 m,灌漿段長12 m ,角度為-5°;7排孔深31 m,灌漿段長12 m ,角度為4°;8排孔深36 m,灌漿段長12 m ,角度為12°。每個孔只灌注底部常規(guī)固結(jié)灌漿一般采用手風(fēng)鉆或潛孔鉆造孔、孔深較淺,多采用孔口卡塞、全孔一次灌漿法。該項目廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿鉆孔深 度 平 均 在28.5 m以上,且只灌注孔底12 m段,深孔固結(jié)灌漿分為2段灌注,灌漿壓力為3 MPa,介于高壓灌漿與低壓灌漿的臨界值。

      圖1 廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿布置剖面圖

      12 m范圍,其它部位不進(jìn)行灌漿。

      對于灌漿方式,設(shè)計要求采用自上而下分段循環(huán)式灌注,除結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為固結(jié)灌漿要求外,其他均為帷幕灌漿施工要求。

      2 廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿施工方案

      廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿位于上層排水廊道中,排水廊道斷面尺寸為3.2 m×3.8 m,除去兩側(cè)排水溝底板寬2 m,分4排灌漿孔,排距0.6 m,孔距2.5 m,遵循先外后內(nèi)、分序、逐排加密的施工原則進(jìn)行灌注。廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿共664個孔、鉆孔深度為20 584 m、灌漿長度為7 968 m。由于廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿施工制約廠房開工,必須在廠房開工前完成各項施工和檢測任務(wù),因此施工強(qiáng)度非常大。

      由于該項目地質(zhì)條件復(fù)雜,根據(jù)前期灌漿試驗成果得知,采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔較慢,而且易出現(xiàn)卡鉆情況;底部12 m灌漿卡塞困難,易出現(xiàn)繞塞返漿,甚至造成孔內(nèi)事故;加之施工場地狹小,地質(zhì)鉆機(jī)擺放和移鉆困難,故采用地質(zhì)鉆機(jī)自上而下分段阻塞式循環(huán)灌漿根本不能滿足廠房開工要求。

      經(jīng)綜合考慮和論證,最終確定采用100B潛孔鉆機(jī)鉆孔,其能很好地適應(yīng)各種復(fù)雜地層,卡鉆情況少,鉆孔效率大大提高。但由于巖層性質(zhì)而造成鉆孔孔壁不規(guī)則、分段卡塞難度大,為減少卡塞時間并滿足灌漿壓力,灌漿采用了“孔口封閉灌漿法”,即先埋設(shè)孔口管,非灌段用潛孔鉆一次鉆孔到位,先進(jìn)行低壓、濃漿預(yù)灌后,待凝12 h,預(yù)灌對孔壁進(jìn)行了保護(hù)并減少了下一步灌漿段灌漿時非灌段的吃漿量,再用潛孔鉆對灌漿段鉆孔、灌漿,既提高了鉆孔效率,也避免了孔內(nèi)事故的發(fā)生且施工簡單。

      3 廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿的施工程序和方法

      3.1 灌漿程序

      孔口管段鉆孔→預(yù)埋孔口管→非灌段鉆孔→裂隙沖洗→壓水試驗→非灌段灌漿→待凝→非灌段掃孔→第一段鉆孔→裂隙沖洗→灌前壓水試驗→灌漿→非灌段掃孔、第一段掃孔→第二段鉆孔→裂隙沖洗→灌前壓水試驗→灌漿→封孔。

      3.2 鉆孔與灌漿方法

      通過單因素試驗和正交試驗,確定了紫薯酥性餅干的最佳配方為:紫薯粉40%,白糖25%,黃油40%,全蛋液10%、食鹽0.5%、泡打粉1%,檸檬酸0.4%,水適量。在180℃/170℃、10 min焙烤條件下得到的紫薯餅干感官品質(zhì)最佳,餅干色澤呈淡紫色,具有紫薯特有的香味,酸甜可口,營養(yǎng)豐富。

      采用100B潛孔鉆鉆孔,孔徑為φ110、φ90兩種,鉆孔依據(jù)灌漿原則,按“圍、擠、壓”由外向里逐排加密,分兩序施工。先鉆灌外圍1、8、4、5排(Ⅰ、Ⅱ序),再鉆灌3、7、2、6排(Ⅰ、Ⅱ序)。

      根據(jù)設(shè)計要求,廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿的目的主要是保障廠房頂部12 m范圍內(nèi)能有效的灌注并滿足設(shè)計壓力和減少事故,故采用“孔口封閉灌漿法施工”。對非灌段采取一次性鉆孔,用1∶1水泥漿灌注,待凝12 h,再向下進(jìn)行灌漿段鉆灌施工。

      3.3 灌漿施工參數(shù)

      (1)灌漿壓力見表1。

      表1 設(shè)計灌漿壓力表 /MPa

      (2)固結(jié)灌漿水灰比。

      廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿漿液采用普通水泥灌注,主灌段水灰比為3∶1、1∶1和0.5∶1三個比級,開灌比采用3∶1,非灌段開灌水灰比為1∶1。

      (3)固結(jié)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

      (4)固結(jié)灌漿檢查標(biāo)準(zhǔn)。

      壓水試驗檢查:采用單點法壓水,透水率不大于2 Lu為合格,孔段合格率應(yīng)在85%以上;不合格孔段的透水率值以不超過設(shè)計規(guī)定的150%且不集中時,灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。

      巖體聲波檢查:測試在該部位灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行,巖體縱波波速不小于4 000 m/s為合格。

      4 質(zhì)量檢查結(jié)果

      (1)壓水檢查:廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿共664個孔,布設(shè)了35個檢查孔,占總孔數(shù)的5.3%,符合規(guī)范要求。最大透水率為1.7 Lu、最小透水率為0.26 Lu,符合設(shè)計<2 Lu要求。

      (2)聲波檢測:灌后聲波檢測78段,灌后聲波最大值為6 060 m/s,最小值為4 170 m/s,平均值為5 109 m/s,均滿足設(shè)計不小于4 000 m/s要求。

      (3)檢查孔取芯檢查:灌后檢查孔取芯率均大于80%,部分巖芯有明顯的水泥結(jié)石,膠結(jié)良好。

      5 灌漿成果分析

      廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿主要對廠房頂部12 m范圍內(nèi)的圍巖進(jìn)行有效固結(jié),筆者對廠房頂部12 m范圍內(nèi)的固結(jié)灌漿情況進(jìn)行了分析。

      5.1 灌前透水率分析

      為了解灌段巖體灌前的透水性及其透水率隨孔序的變化情況,各灌段灌漿前均進(jìn)行了簡易壓水試驗。

      統(tǒng)計結(jié)果:廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿灌前壓水共1 328段,其中<2 Lu 的87段,占總段數(shù)的6.55%;2~3 Lu的110段,占總段數(shù)的8.28%;3~5 Lu的331段,占總段數(shù)的24.92%;5~10 Lu的553段,占總段數(shù)的41.64%;>10 Lu的247段,占總段數(shù)的18.60%。最大透水率為1 068.33 Lu、最小透水率為0.02 Lu、平均透水率為18.63 Lu。

      5.2 單位注入量分析

      廠房頂部區(qū)域共施工664個灌漿孔,12 m范圍累計灌漿長度為7 968 m,灌注水泥705.44 t,平均單位耗灰88.53 kg/m。最大單位耗灰1 323.1 kg/m,最小單位耗灰1.93 kg/m。

      主廠房頂拱12 m范圍斷面積約180 m2,灌漿范圍長度為150 m,頂部12 m范圍每m3巖體灌注水泥量為:705 440/(180×150)=26.13(kg)。

      表2 廠房頂部12 m范圍內(nèi)單位耗灰注入量區(qū)間成果表

      由表2可見:廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿共1 328段,<10 kg/m計48段,占總段數(shù)的3.61%,10~30 kg/m計343段,占總段數(shù)的25.83%,30~50 kg/m計 298段,占總段數(shù)的22.44%,50~100 kg/m 計332段,占總段數(shù)的25%,>100 kg/m 計307段,占總段數(shù)的23.12%。單位注灰量頻率曲線見圖2。

      圖2 單位注灰量頻率曲線圖

      6 結(jié) 語

      溧陽抽水蓄能電站由于地質(zhì)條件復(fù)雜,為了保證地下廠房頂拱的安全,設(shè)計要求在廠房頂拱開挖前預(yù)先進(jìn)行固結(jié)灌漿、改善圍巖條件后再進(jìn)行開挖。由于進(jìn)度、場地和圍巖的特殊性,廠房頂部預(yù)固結(jié)灌漿采用潛孔鉆鉆孔,灌漿方法采用“孔口封閉灌漿法”,即先埋設(shè)孔口管,非灌段用潛孔鉆一次鉆孔到位,先進(jìn)行低壓、濃漿預(yù)灌后,待凝12 h,再用潛孔鉆對灌漿段鉆孔、灌漿的施工工藝,取得了較好的效果。從實際開挖情況看,灌漿效果較好,漿液充填密實,達(dá)到了設(shè)計要求,保證了廠房頂拱部位開挖的質(zhì)量和施工安全,說明采用此種處理方法和施工工藝是可行的,其他類似工程可以參考借鑒。

      (責(zé)任編輯:李燕輝)

      2017-04-23

      TV7;TV554;TV52;TV544;TV743

      B

      1001-2184(2017)03-0013-03

      尹成福(1979-),男,黑龍江林甸人,工程師,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

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