大涌水量情況下的灌漿施工

【摘要】帷幕灌漿是阻止閘壩地下水滲透，維護水利建筑地基防滲能力的重要步驟，某大型水電站受復雜地質條件和地下水壓影響，在帷幕施工中存在嚴重的涌水現(xiàn)象，最大涌水量超過450L/min，可能危害壩體穩(wěn)定。本文對該水電站大涌水量情況下的灌漿施工技術進行探討，總結了各類涌水孔段的灌漿改進方案，積累豐富的大涌水量條件下帷幕灌漿成功經(jīng)驗。

【關鍵詞】大涌水；帷幕灌漿；施工技術

一、工程概述

水電站位于廣西天蛾縣境內(nèi)紅河上游河段，據(jù)最近縣城直線距離16千米，壩址以上流域面積占紅河總流域面積的65%以上。水電站壩頂高程316米，壩頂長830米，屬于碾壓混凝土重力壩，其總裝機容量達630萬千瓦，左右岸共安裝9臺70萬千瓦的水輪發(fā)電機組，年平均發(fā)電量達到250.3億千瓦時。該工程由大壩、地下發(fā)電廠和通航建筑組成，升船機最大提升高度達179米，第一級提升90米，第二級提升89米，總庫存達260億立方米，每秒可以攔截7500立方米洪水，有著優(yōu)異的防洪能力和發(fā)電效益。

二、工程地質概況

水電站所在巖層屬于背斜傾構造，巖性巖相多變，有著復雜的地質條件。具體來說，壩基部位巖層破碎，存在多條寬度在2至4毫米間的裂隙帶，壩體右側存在軟弱夾層，其厚度和物理力學強度明顯弱于其他巖層，堆積著豐富的原生沉積物和變質碎屑，涌水壓力大。沿壩基分布著Ⅳ和Ⅴ類圍巖，巖體中鑲嵌碎裂結構，軟硬巖互層交錯，厚度在8至13米之間，內(nèi)含粘性土、砂性土和一般鈣質膠結的碎土石，還發(fā)育有膝狀撓曲，巖層翹曲程度較大，存在眾多涌水壓力點。

該水電站巖體屬中等偏強透水性質，相對隔水層埋藏較深，經(jīng)分析其涌水段與斷層分布有關，在入巖8至12米和25.5至18米間發(fā)現(xiàn)兩個高度發(fā)育，滲透性極強的透水帶。地下水中硫化氫、一氧化碳成分比例較大，涌水中含有有害氣體，容易危害施工人員健康，灌漿施工難度大。

由于工程體量巨大，其帷幕灌漿工程分為上游、下游和消力池三部分，中間以懸掛式帷幕予以間隔，兩側采用多排孔帷幕，灌漿總量約為25萬米，涌水段占據(jù)80%，最大涌水量430至450L/min，最大涌水壓力0.40至0.42MPa。帷幕施工過程中可能頻繁抬動巖層，造成井孔護筒內(nèi)水泥漿驟升冒泡并引發(fā)塌孔，孔斜控制難度提高，要待泥漿凝固后重復掃孔段，增加了灌漿施工成本和工期。

三、大涌水量情況下的帷幕灌漿施工

涌水段灌漿施工技術

涌水現(xiàn)象是水電站帷幕灌漿中的普遍現(xiàn)象，要按照高標準對灌漿技術進行改進，首先在結束正常灌漿后立即轉入屏漿過程，增加灌漿壓力，延長有效灌漿時間。為了避免孔內(nèi)事故置換正常灌漿結束后的溶液，將其稀釋成濃度為原者50%的漿液，減少注漿孔被堵塞的概率。

二是增加閉漿和待凝時間，對涌水量小于50L/min的孔段先正常灌漿，待凝24小時候再掃孔復灌，對涌水量超過50L/min的孔段先用濃漿純壓式灌漿，待凝24小時候掃孔至灌漿段底部，若仍有涌水，要測量涌水量和壓力，再次灌漿待凝后確認無涌水方能結束。通過調(diào)整待凝和掃孔時間能夠提高灌漿質量，保證鉆孔偏斜滿足工程設計要求。

三是嚴格控制灌漿壓力，首次灌漿采用濃漿，以較小的壓力和注入率緩慢注入并盡量保持過程穩(wěn)定，對涌水量大的孔段采取分段灌注，維持高成功率的灌漿以充分發(fā)揮設備價值。

（二）涌水段灌漿施工方案

本工程帷幕灌漿從2013年4月到2015年6月間共完成329孔施工，灌漿總量超過4800米，其中90%以上主排空存在大涌水現(xiàn)象，最大涌水量超過430L/min，30%副排水孔存在涌水現(xiàn)象。

針對前期勘探得到的結果和施工要求先行進行灌漿試驗，當涌水孔壓力小于0.15MPa時采用24小時標準待凝，當涌水孔壓力大于0.15MPa時采用48小時標準待凝，對一般涌水壓力小于0.15MPa但存在突發(fā)性大涌水現(xiàn)象的孔段沿用后一標準。測試先導孔、上游排孔和下游排孔時發(fā)現(xiàn)涌水流量、涌水壓力與時間有關，早晚時段通常為極端涌水壓力出現(xiàn)時段，同時上游排孔和下游排孔在相同涌水流量的情況下要耗費更多待凝時間，了解這一特性后將兩類待凝時間各增加2小時。從帷幕灌漿試驗結果來看，巖層碎裂、裂隙帶密布部位的孔段涌水情況更為復雜，決定使用多排Ⅲ序帷幕設計以防止?jié){液流失過多，增加灌漿梯次以促進孔段間的接縫連接更為緊密，強化壩基整體性和抗?jié)B性。

針對涌水孔段多的問題使用布置了30個檢查孔，經(jīng)過壓水檢查93%的孔段涌水流量能夠控制在2L/min內(nèi)，仍有7%的孔段復灌后阻水效果沒有明顯提升，需要重新灌漿待凝?？紤]工期要求后決定對涌水量大于2L/min的或連續(xù)三段涌水量不大于2L/min的孔段進行復灌消除，有效縮短了整體施工時間，加快帷幕灌漿的進度。

施工順序上先對壩基上游排灌漿，再對壩基下游排灌漿，最后處理中層涌水孔段，在所有孔段閉漿4小時后分連續(xù)進行兩次掃孔，確定灌漿前涌水流量小于20L/min且涌水壓力小于0.25MPa的孔段閉漿后無涌水現(xiàn)象，就可繼續(xù)對下層進行掃孔，當灌前涌水流量大于20L/min的要在閉漿8小時候再進行第二次掃孔。通過對帷幕灌漿技術和方案進行優(yōu)化后基本控制了水電站壩基大涌水情況，根據(jù)孔段所在位置、涌水流量和涌水壓力的變化采用靈活的待凝和掃孔方式能夠適應灌漿后的物理變化規(guī)律，上游排優(yōu)先、下游排繼后，最后施工中間排的施工流程有效提升了阻水效果，降低了大涌水量孔段施工難度，為提高工程進度做出顯著貢獻。

帷幕灌漿完工后委托第三方對施工質量進行全面檢查，對全部灌漿孔和檢查孔進行涌水檢測，壓水925段，透水率均小于q≤1Lu，壩基巖體防滲能力顯著提升，施工質量滿足設計要求。

結論：復雜的地質條件下地下水會在壓力作用下涌出，對建筑物造成巨大危害，必須通過帷幕灌漿形成連續(xù)阻水屏障，保證水利建筑正常運行。作為影響深遠的隱蔽工程，應結合工程地質狀況首先進行灌漿試驗，制定合理的閉漿、待凝和掃孔時間，再確定綜合施工方案。本文針對某大型水電站壩基大涌水情況下的施工技術和施工方案提出了詳細的分析，總體來說，按照上游排、下游排、中游排的順序進行施工，對涌水流量超過50L/min的孔段延長待凝時間并進行復灌。本次施工以靈活可變的施工原則滿足技術標準，可向其他類似工程推廣成功經(jīng)驗。

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作者簡介：田秋芬（1983，10-），女，河南舞鋼人，本科，工程師，從事水利水電施工技術與管理。