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)

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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

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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.