壓力鋼管預(yù)埋管灌漿法在錦屏一級(jí)水電站的應(yīng)用

秦永濤，宋 慧，計(jì)海力

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津市 300222）

1 工程概述

錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，是雅礱江干流水能資源最富集的中、下游河段5個(gè)梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)的第一級(jí)，是雅礱江中下游河段的龍頭水電站。壩址位于普斯羅溝與手爬溝之間1.5km長(zhǎng)的河段上，河流流向N25°E，河道順直而狹窄。電站以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等作用。壩址控制流域面積102560km2，多年平均流量1200m3/s。樞紐建筑物為混凝土雙曲拱壩、壩身孔口及壩后水墊塘和二道壩、右岸泄洪洞和右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)的樞紐布置格局。水庫(kù)正常蓄水位1880m，壩高305m，水庫(kù)庫(kù)容77.6億m3，為年調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站裝機(jī)容量3600MW，年發(fā)電量166.2億kWh，工程于2005年9月獲國(guó)家核準(zhǔn)開(kāi)工建設(shè)，目前已投產(chǎn)發(fā)電。

2 壓力鋼管概述

錦屏一級(jí)水電站6條壓力管道平行布置，單條壓力管道長(zhǎng)約500m，內(nèi)徑9.0m，單機(jī)引用流量337.40m3/s，管道末端最大壓力值為3.25MPa。為減少管道滲漏對(duì)壩肩穩(wěn)定影響，管道從大壩防滲帷幕處開(kāi)始采用鋼板襯砌，上平段及部分斜井段采用16MnR鋼板，板厚24～36mm，6條管道16MnR鋼材用量約9700t，斜井段中部開(kāi)始使用低焊接裂紋敏感性600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼，板厚36～62mm，高強(qiáng)鋼總用量約11040t。

1～6號(hào)每條壓力管道鋼襯段中的上平段、上彎段、下彎段、下平段均布置有回填灌漿、接觸灌漿，回填灌漿范圍為隧洞頂部120°區(qū)域2、3孔交錯(cuò)布置，接觸灌漿為管道底部90°區(qū)域2、3孔交錯(cuò)布置。

3 高強(qiáng)鋼段灌漿方案調(diào)整

壓力鋼管下平段為600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，壓力鋼管下平段需要進(jìn)行回填灌漿及接觸灌漿，并在壓力鋼管相應(yīng)部位開(kāi)設(shè)D50灌漿孔。灌漿孔排距1.8m，每排共布置6個(gè)灌漿孔，6條管道開(kāi)孔數(shù)量較多。原設(shè)計(jì)方案高強(qiáng)鋼開(kāi)D50灌漿孔細(xì)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

根據(jù)相關(guān)工程實(shí)例，灌漿孔堵頭的焊接容易產(chǎn)生裂紋，焊接難度大，焊接質(zhì)量難以保證。國(guó)內(nèi)已建電站中出現(xiàn)過(guò)采用焊接法封堵高強(qiáng)鋼壓力鋼管灌漿孔后，壓力鋼管出現(xiàn)不同程度的焊接裂紋，裂紋后期處理難度大。若裂紋未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在高壓水的作用下會(huì)致使內(nèi)水外滲，管道外水壓力增大，給壓力鋼管及地下廠(chǎng)房等的安全運(yùn)行帶來(lái)不利影響。

因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合其他工程施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)工程參建各方充分分析、研究，決定取消壓力鋼管中的灌漿孔，改用在壓力鋼管管壁預(yù)埋DN25鋼管進(jìn)行灌漿來(lái)滿(mǎn)足相關(guān)灌漿要求。壓力管道預(yù)埋灌漿管典型橫斷面見(jiàn)圖2。

圖1 灌漿孔示意圖Fig．1 Grouting hole diagram

圖2 灌漿預(yù)埋管典型斷面Fig．2 Typical section of grouting preburied pipe

4 回填灌漿

回填灌漿在混凝土澆筑完成7天后進(jìn)行，灌漿范圍為管道頂部120°區(qū)域。

4.1 施工工藝

回填灌漿采用預(yù)埋管。

4.2 預(yù)埋灌漿管

灌漿（回漿）主管在標(biāo)準(zhǔn)段布置于鋼管加勁環(huán)外側(cè)，并與加勁環(huán)間點(diǎn)焊鋼筋固定，主管上對(duì)應(yīng)支管位置開(kāi)孔孔徑為DN25。針對(duì)局部超挖較大的部位，單獨(dú)埋設(shè)2根DN25鋼管，一根用于排氣、排水，另一根用于灌漿完成后進(jìn)行灌漿檢查。其中，用于檢查的鋼管管口用橡膠塞堵管，后期檢查時(shí)用壓力漿液將其沖開(kāi)。主管和支管現(xiàn)場(chǎng)定位時(shí)，宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行確定。每4排支管共用1根灌漿主管，所有灌漿主管均引出倉(cāng)外1.0m左右，并進(jìn)行編號(hào)辯識(shí)。

灌漿分段進(jìn)行，具體視混凝土澆筑分塊長(zhǎng)度而定，一般12～24m為一段。在混凝土澆筑過(guò)程中，應(yīng)采取必要措施，保證預(yù)埋支管不位移，其縫隙保護(hù)不破壞，防止堵塞。

4.3 灌漿方法

灌漿采用自頂部?jī)蓚?cè)低處孔向高處孔灌。灌漿順序?yàn)椋合裙囗敳績(jī)蓚?cè)的2、3號(hào)管，在上部的1號(hào)管回漿量、濃度與進(jìn)漿量、濃度相同時(shí)，再將1、2、3號(hào)管并管灌注（灌漿管編號(hào)為頂部為1號(hào)管，兩側(cè)45°范圍處分別為2、3號(hào)管）。

4.4 灌漿壓力

按設(shè)計(jì)文件要求采用0.3MPa的壓力進(jìn)行灌注。

4.5 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)規(guī)定壓力下，當(dāng)灌漿孔停止吸漿時(shí)，延續(xù)灌注10min即可結(jié)束。回填灌漿和檢查孔作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)使用水泥砂漿將鉆孔封堵密實(shí)，孔口壓擠齊平。

4.6 質(zhì)量檢查

根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5148—2001），鋼襯部位回填灌漿工程質(zhì)量檢查可采用預(yù)埋專(zhuān)用灌漿管的無(wú)鉆孔方式，在該部位灌漿結(jié)束7d或28d以后進(jìn)行。檢查孔布置在頂拱中心線(xiàn)和脫空較大的部位。

回填灌漿工程質(zhì)量檢查的合格標(biāo)準(zhǔn)為：?jiǎn)慰鬃{試驗(yàn)，向檢查孔內(nèi)注入水灰比為2的水泥漿，壓力與灌漿壓力相同，初始10min內(nèi)注入漿量不大于10L為合格。

經(jīng)檢測(cè)，回填灌漿工程質(zhì)量符合規(guī)范要求。

4.7 效果對(duì)比

采用預(yù)埋管法回填灌漿，可以在塌方區(qū)或者大范圍超挖區(qū)單獨(dú)設(shè)置灌漿管或提升回填灌漿管高度，確?？涨惠^大區(qū)域回填密實(shí)。

回填灌漿在混凝土澆筑完成7天后進(jìn)行，采用預(yù)埋灌漿管法回填灌漿可隨壓力鋼管制安、混凝土澆筑進(jìn)行施工。

相對(duì)傳統(tǒng)管壁開(kāi)孔灌漿法，采用預(yù)埋管進(jìn)行回填灌漿，既避免了高強(qiáng)鋼開(kāi)孔問(wèn)題，又對(duì)空腔較大區(qū)域灌漿質(zhì)量更有保證，且可以減少施工干擾、縮短施工工期。

5 接觸灌漿

接觸灌漿在混凝土澆筑完成60d后進(jìn)行，灌漿范圍為隧洞底部90°區(qū)域。

5.1 施工工藝

接觸灌漿采用預(yù)埋管。

5.2 預(yù)埋灌漿管

灌漿（回漿）主管在標(biāo)準(zhǔn)段布置于鋼管加勁環(huán)外側(cè)，并與加勁環(huán)間點(diǎn)焊鋼筋固定，每4排支管共用一根灌漿主管，所有灌漿主管均引出倉(cāng)外1.0m左右，并進(jìn)行編號(hào)辯識(shí)。

灌漿主管上對(duì)應(yīng)支管位置開(kāi)孔并焊接DN25鋼管引到壓力鋼管外壁，加勁環(huán)之間均布設(shè)2根灌漿支管。為確保灌漿效果和灌漿孔的通暢性，灌漿支管用∠50mm×50mm角鋼保護(hù)。角鋼與鋼管外壁預(yù)留5mm縫隙，縫隙處外涂工業(yè)肥皂，防止混凝土澆筑時(shí)堵塞。角鋼在加勁環(huán)之間全長(zhǎng)布設(shè)，灌漿時(shí)有利于漿液擴(kuò)散。

接觸灌漿分段進(jìn)行，具體視混凝土澆筑分塊長(zhǎng)度而定，一般12～24m為一段。在混凝土澆筑過(guò)程中，應(yīng)采取必要措施，保證預(yù)埋支管、角鋼不位移，其縫隙保護(hù)不破壞，防止堵塞。接觸灌漿管路布置圖詳見(jiàn)圖3、圖4所示。

圖3 接觸灌漿管大樣圖Fig．3 Contact grouting pipe drawing

圖4 接觸灌漿管布置Fig．4 Arrangement of contact grouting pipe

5.3 灌漿前準(zhǔn)備

灌漿前應(yīng)用潔凈的壓縮空氣檢查預(yù)埋灌漿管的串通情況，同時(shí)打開(kāi)固結(jié)灌漿塞，檢查固灌管口與空腔之間的關(guān)系，并用風(fēng)吹除灌漿管路和鋼襯空腔內(nèi)的污物和積水，風(fēng)壓應(yīng)小于灌漿壓力。

5.4 灌漿方法

灌漿采用自低處孔向高處孔灌，由于接觸灌漿的輸漿管及排水、排氣管都埋設(shè)了2根支管，底部灌漿管分別為1、2管，兩側(cè)的灌漿管分別為3、4、5、6管，灌漿順序?yàn)椋合裙嗟撞康?、2管，觀(guān)測(cè)上部?jī)蓚?cè)管路的回漿情況，若底部的1、2管與上部?jī)蓚?cè)的3、4、5、6管沒(méi)有貫通，則1、2管，3、4管，5、6管可形成各自單個(gè)獨(dú)立的循環(huán)灌漿管路進(jìn)行灌漿，當(dāng)灌漿管中回漿量、濃度與進(jìn)漿量、濃度相同時(shí)，再將1～6管并管灌注。接觸灌漿管路布置詳見(jiàn)圖5。

灌漿過(guò)程中，安排專(zhuān)人對(duì)壓力鋼管進(jìn)行敲擊，確保漿液將縫隙充填密實(shí)。

圖5 接觸灌漿管順序布置圖Fig．5 Sequence layout of contact grouting pipe

5.5 灌漿壓力

按設(shè)計(jì)文件要求采用0.2MPa的壓力進(jìn)行灌注，灌漿過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制灌漿壓力，防止鋼管變形。

5.6 漿液配比

漿液水灰比（重量比）采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1共3個(gè)比級(jí)，使用漿液濃度視預(yù)埋管通風(fēng)的串通情況而定，在貫通條件好的情況下，可從最濃級(jí)漿液開(kāi)灌，原則上盡可能灌注濃漿。

5.7 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)壓力下，灌漿孔停止吸漿，繼續(xù)灌注5min，灌漿即可結(jié)束。灌漿結(jié)束后應(yīng)將所有灌漿引管、排氣引管及支管灌滿(mǎn)，將多余灌漿管切除，用砂漿進(jìn)行人工封孔，將孔口磨平。

5.8 質(zhì)量檢查

接觸灌漿前，采用錘擊法對(duì)6條壓力管道下平段進(jìn)行了第一次脫空區(qū)檢查及脫空面積記錄，繪制出脫空范圍圖，便于灌漿后進(jìn)行對(duì)比檢查。接觸灌漿結(jié)束14d后采用錘擊法檢查，經(jīng)檢查經(jīng)過(guò)預(yù)埋管接觸灌漿后灌漿前的脫空區(qū)均被充填，無(wú)明顯二次脫空，符合規(guī)范要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

錦屏一級(jí)水電站壓力鋼管高強(qiáng)鋼段采用預(yù)埋管代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼板開(kāi)孔方式進(jìn)行回填灌漿和接觸灌漿，經(jīng)質(zhì)量檢查，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

采用預(yù)埋管對(duì)壓力鋼管灌漿，可確保施工質(zhì)量、縮短施工工期、簡(jiǎn)化施工工序，有效地避免了高強(qiáng)鋼開(kāi)孔后封堵焊接產(chǎn)生裂紋給后期電站運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。該方法尤其適用于操作空間有限不利于焊接過(guò)程鋼板加熱或者施工期存在地下水影響灌漿孔封堵焊接的情況。

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