某水電站超高壓引水隧洞滲水處理淺析

劉紅志，劉正文

（北方國際合作股份有限公司，北京100040）

1 工程概述

某水電站位于老撾賽松本省Phoun區(qū)，為長引水式電站，主要任務(wù)是發(fā)電，額定水頭700 m，設(shè)計引用流量14.45 m3/s，工程規(guī)模為二等大（2）型工程。引水系統(tǒng)由引水隧洞與壓力管道組成，其中引水隧洞由3段平洞（上平段、中平段、下平段），2段豎井（上豎井、下豎井）組成。

引水隧洞下平段位于樁號T4+940.300～T6+495.560 m之間，段長1555.260 m，隧洞進(jìn)口底板高程654.458 m，出口底板高程629.879 m，綜合底坡約1.58%；隧洞垂直埋深289.0～450.0 m，所屬洞段地下水位均高于隧洞洞頂。引水隧洞下平段的靜水頭487.03～513.61 m、考慮水擊壓力在內(nèi)的作用水頭522.40～575.72 m，屬于超高壓引水隧洞。隧洞下平段開挖半徑2.25 m，底板襯砌厚度40 cm，部分洞段底板襯砌厚度50 cm，襯砌混凝土標(biāo)號C30，二級配，鋼筋保護(hù)層厚度50 mm。

2 工程地質(zhì)條件

引水隧洞下平段隧洞圍巖巖性以“中厚層凝灰?guī)r”為主，局部間夾薄層黑色板巖或薄層凝灰?guī)r，巖體質(zhì)量以Ⅲ類為主，少量Ⅳ類，據(jù)開挖統(tǒng)計，Ⅲ1類圍巖約占24.2%、Ⅲ2類圍巖約占66.6%、Ⅳ類圍巖約占9.2%。下平段多數(shù)為弱風(fēng)化～微風(fēng)化巖體，圍巖穩(wěn)定性總體上較好，少數(shù)沿斷層帶或破碎帶有帶狀強(qiáng)風(fēng)化巖體為IV類圍巖，地下水很活躍，滲水點(diǎn)較發(fā)育，局部滲水量較大。

3 滲水問題發(fā)現(xiàn)及初步處理

引水隧洞下平段樁號T5+283～T5+303處開挖期存在大量地下滲水，滲水從洞壁右側(cè)冒出，根據(jù)開挖期地質(zhì)素描分析，滲水較多主要受到F26斷層裂隙組影響，F(xiàn)26斷層裂隙走向NW295°，傾向NE∠78°，裂隙寬度10～30 cm，裂隙填充物為：巖塊、巖屑、巖粉，未膠結(jié)，斷層面較平直光滑。沿斷層面及兩側(cè)影響帶40 m范圍內(nèi)均有滲水點(diǎn)出現(xiàn)，其大部從洞壁右側(cè)滲出，局部滲水較大，根據(jù)現(xiàn)場估算斷層帶及其影響帶滲水量約300 m3/h、且具有承壓特性，斷層帶圍巖遇水性能減弱，屬Ⅳ類圍巖。

受到施工條件限制，該斷層帶所屬洞段混凝土襯砌前未進(jìn)行灌漿處理，洞身混凝土襯砌時在滲水集中部位設(shè)置排水孔，并預(yù)埋1個喇叭口狀的排水管將水引出后，再進(jìn)行了混凝土襯砌施工。在混凝土襯砌強(qiáng)度達(dá)到要求后，按設(shè)計要求進(jìn)行該部位回填及固結(jié)灌漿施工，灌漿孔布置見圖1，灌漿采用高壓淺孔固結(jié)灌漿，孔深5 m，并按照分序分段的灌漿方法進(jìn)行，最大壓力7.0 MPa。

在灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)T5+284.6～T5+291.1段各灌漿孔存在嚴(yán)重的串漿現(xiàn)象，由于部分混凝土結(jié)構(gòu)存在缺陷和地下水水壓較大，在達(dá)到設(shè)計灌漿壓力時，混凝土表面出現(xiàn)局部掉塊、裂縫、滲漏漿液的現(xiàn)象，無法形成封閉環(huán)境及蓋重強(qiáng)度，不具備高壓灌漿施工條件，初步的灌漿處理無法達(dá)到灌漿質(zhì)量要求。

圖1 引水隧洞下平段Ⅳ類圍巖灌漿布置

由于庫區(qū)正常蓄水位高于該洞段埋深，采用預(yù)留永久排水孔的方案對工程安全不利，且該洞段靜水頭很高（約490 m），隧洞充水后存在內(nèi)水外滲的可能性，更加不利于洞內(nèi)圍巖的穩(wěn)定，且外部山體的滲透穩(wěn)定性可能存在一定的安全威脅。因此，該滲水段的處理需采取進(jìn)一步的加強(qiáng)方案。

4 滲水處理方案的確定

為保證整體處理質(zhì)量，該斷層裂隙帶滲水處理范圍向上下游延伸，處理范圍定為T5+278～T5+298段（20 m），采用“深孔排水，缺陷修補(bǔ)，化灌封堵，淺孔灌漿”的處理方案[1-2]。具體做法如下：①先在該洞段邊、頂拱和底板范圍內(nèi)形成深度10 m左右的深孔泄水帷幕，使斷層裂隙帶有充分的泄水通道，以便減少滲水壓力；②完成該洞段表面混凝土襯砌缺陷處理；③根據(jù)實(shí)際造孔記錄的出水位置進(jìn)行局部化學(xué)灌漿處理，在圍巖圈外形成一道阻水層，為灌漿創(chuàng)造封閉條件；④布置固結(jié)灌漿孔，采用由淺層到深層、逐漸升壓的方式，先混凝土接觸灌漿再圍巖固結(jié)回填灌漿，使襯砌混凝土和圍巖逐漸形成灌漿蓋重達(dá)到灌漿標(biāo)準(zhǔn)要求；⑤采用“自下游往上游，由低處向高處”灌漿的方式逐級進(jìn)行各灌漿孔灌漿。灌漿壓力根據(jù)實(shí)際內(nèi)水壓力情況調(diào)整；⑥灌漿完成后對排水孔進(jìn)行封堵灌漿。

5 滲水處理

5.1 排水孔施工

采用圓盤鉆進(jìn)行排水孔施工，排水孔由大漏水點(diǎn)為中心，沿洞軸線分別往上下游按排距2 m呈梅花形布置，孔徑Φ50 mm，孔深10 m左右[3-4]。每環(huán)由邊墻向頂拱延伸布置4～6孔，鉆孔時應(yīng)先鉆取隧洞右側(cè)方向的排水孔，左側(cè)無出水面的洞壁在完成右側(cè)排水孔施工后再結(jié)合出水情況隨機(jī)進(jìn)行鉆孔施工。每個排水孔完成鉆孔后，在孔口預(yù)埋Φ40 mm鋼管排水并加裝球閥開關(guān)進(jìn)行排水控制。排水孔的布置見圖2。

圖2 排水孔孔位布置圖

5.2 混凝土結(jié)構(gòu)缺陷處理

對該斷層帶的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、迸口、掉塊部位，采取以下處理方法：在缺陷部位鑿以U形槽，除掉松散物質(zhì)，用水浸漬基面，讓水浸透混凝土，然后去掉表面上的明水，在U形槽內(nèi)填PENEPLUG環(huán)氧灰漿的半干料團(tuán)，攪拌均勻，呈膠泥狀，填滿U型槽并與表面平齊，然后牢牢地壓實(shí)。完成U型槽填充后，縫槽頂部及兩側(cè)表面涂刷PENETRON滲透結(jié)晶型防水涂料作表面處理[5]?；覞{材料及防水材料參數(shù)指標(biāo)見表1、2，缺陷處理方法見圖3。

表1 PENEPLUG灰漿料參數(shù)指標(biāo)表

表2 PENETRON涂料參數(shù)指標(biāo)表

圖3 混凝土結(jié)構(gòu)缺陷處理縫面填補(bǔ)示意圖

5.3 化學(xué)灌漿

完成混凝土結(jié)構(gòu)缺陷處理后，進(jìn)行化學(xué)灌漿施工，使用電錘作為化學(xué)灌漿鉆孔設(shè)備，在每環(huán)排水孔之間呈梅花形布置灌漿孔（化學(xué)灌漿孔及固結(jié)灌漿孔均布置在此環(huán)內(nèi)），化學(xué)灌漿孔鉆穿混凝土結(jié)構(gòu)與原回填灌漿層并進(jìn)入基巖10～20 cm。使用DH-512微型高壓電動注漿機(jī)進(jìn)行化學(xué)灌漿，使用聚氨酯作為灌漿材料?；瘜W(xué)灌漿儀器性能見表3。

表3 DH-512微型高壓電動化學(xué)灌漿泵性能參數(shù)

5.4 固結(jié)灌漿鉆孔

在每環(huán)排水孔之間呈梅花形布置4～6個灌漿孔，使用圓盤鉆進(jìn)行鉆孔施工，孔徑Φ50 mm，鉆孔應(yīng)根據(jù)灌漿需求分段鉆進(jìn)，第1次鉆孔段長以鉆至出水點(diǎn)后再向深處鉆進(jìn)1 m為標(biāo)準(zhǔn)，之后逐級鉆進(jìn)至終孔深（8～10 m）[6]。灌漿孔的布置見圖4。

圖4 灌漿孔布置示意圖

5.5 固結(jié)灌漿

在完成排水孔施工達(dá)到滲水泄壓條件后，以“自下游往上游，由低處向高處”的灌漿方式逐級進(jìn)行灌漿。灌漿采取基巖內(nèi)由淺入深分段鉆進(jìn)分段灌漿的方式（鉆1段灌1段），基巖段采取設(shè)置灌漿塞的方式進(jìn)行灌漿，孔口段最后采取灌漿尾管進(jìn)行全孔封孔灌漿。灌漿壓力根據(jù)實(shí)際內(nèi)水壓力情況確定，逐級逐層加壓[7]。具體方法參照表4。

表4 分段固結(jié)灌漿方法參照表

5.6 排水孔封堵

排水孔作為固結(jié)灌漿孔II序孔施工，灌漿方法參照灌漿孔，排水孔與灌漿孔均采取全孔灌漿法進(jìn)行封孔灌漿。

5.7 處理效果

通過系統(tǒng)的灌漿處理，滲水得到治理，洞壁滲水由原成股、大量滲水變?yōu)榫植康嗡?、局部少量面滲，同時，灌漿處理加固了隧洞圍巖圈的強(qiáng)度。在后續(xù)的質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)，此處洞段也達(dá)到了正常的設(shè)計要求，處理效果良好。

6 結(jié)論

通過對該水電站工程引水隧洞下平段斷層帶滲水處理效果的分析總結(jié)，以“深孔排水，缺陷修補(bǔ)，化灌封堵，淺孔灌漿”的四個重點(diǎn)環(huán)節(jié)對大滲水洞段進(jìn)行特殊處理，處理效果明顯，達(dá)到了封堵涌水，加固圍巖圈的施工效果。該工程針對斷層帶滲水處理的方法對類似工程、工況有很好的借鑒意義。