錦屏二級(jí)水電站引水隧洞末端巖溶處理的實(shí)踐研究

北京振沖工程股份有限公司 張文濤 陳敏

四川共拓巖土科技股份有限公司 鐘久安

1.工程概況

雅礱江錦屏二級(jí)水電站位于青藏高原向四川盆地過渡的斜坡地帶，利用雅礱江錦屏大河灣的310m天然落差，截彎取直開挖隧洞引水發(fā)電，隧洞最大埋深2525m，開挖洞徑大于12m，單條引水隧洞長(zhǎng)度為16.67km。

水電站區(qū)內(nèi)碳酸鹽類地層廣泛分布，約占70%～80%，巖溶水文地質(zhì)條件異常特殊且十分復(fù)雜。從設(shè)計(jì)勘測(cè)之初便成為建設(shè)者們關(guān)注的重點(diǎn)問題，同時(shí)該問題也伴隨了整個(gè)建設(shè)工期。

該水電站引水隧洞中心高程下降約60m，這也就意味著引水隧洞末端構(gòu)筑物和地層在發(fā)電運(yùn)行期間將承受約為0.6MPa的水壓力。因此，末端的巖溶處理需要更加慎重。本文將對(duì)3#引水隧洞末端引(3)16+590～16+638.38m樁號(hào)段施工過程中揭露的一處串珠式巖溶治理過程進(jìn)行介紹，希望為類似工程提供參考。

2.巖溶發(fā)育情況

1）引水隧洞末端大水溝長(zhǎng)探洞所揭示的巖溶形態(tài)和主噴水構(gòu)造的水位恢復(fù)及溶隙率估算情況，反映了Ⅲ區(qū)深部的巖溶發(fā)育程度，也在一定程度上反映了與巖性相近的T2b地層的巖溶發(fā)育情況。其巖溶現(xiàn)象主要沿NNE、NWW、NEE三組結(jié)構(gòu)面進(jìn)行發(fā)育，表現(xiàn)為垂直狀的溶蝕裂隙及小溶孔等，且以前者為主。在長(zhǎng)探洞揭露的各涌水點(diǎn)特別是深部涌水點(diǎn)中，大多見涌水初期攜有大量的泥砂，可見巖溶地下水在巖體中的流動(dòng)是很緩慢的，才能使泥砂沉淀下來，也說明巖溶現(xiàn)象是以裂隙型為主。

2）在引水隧洞東端及廠區(qū)樞紐開挖施工中，陸續(xù)揭露了眾多巖溶形態(tài)。其中，引水隧洞末端及高壓管道區(qū)域，特別是沿T2y5和T2y6巖層分界面兩側(cè)，巖溶相對(duì)較為發(fā)育，并以豎直裂隙通道為主，局部小規(guī)模溶洞發(fā)育。

3）引水隧洞末端處于三疊系鹽塘組中厚層大理巖和泥質(zhì)灰?guī)r巖層分界面附近，巖性的變化導(dǎo)致巖溶作用強(qiáng)烈。

3.治理過程

巖溶治理的流程包括：巖溶補(bǔ)充勘探→淺埋溶洞處理→裸巖固結(jié)灌漿→引水隧洞襯砌混凝土施工→襯后灌漿。

3.1 巖溶補(bǔ)充勘探

當(dāng)開挖揭示局部小型溶洞后，為了進(jìn)一步探明引水隧洞開挖輪廓線以外部分巖溶發(fā)育情況，采取了巖溶處理洞段的巖溶補(bǔ)充勘探。補(bǔ)充勘探的目的是為了進(jìn)一步揭示巖溶區(qū)巖溶發(fā)育的樁號(hào)、深度、影響范圍等特征，以便為制定下一步針對(duì)性處理措施提供依據(jù)。

主要勘探的手段包括：

1）鉆探。利用鉆孔對(duì)引水隧洞開挖輪廓線以外20m范圍進(jìn)行揭示。鉆孔過程中詳細(xì)記錄鉆速變化大、進(jìn)尺快、掉鉆、失水、返黃泥等現(xiàn)象。

此次施工區(qū)域內(nèi)共有施工探孔51個(gè)，孔徑為75mm，施工深度為15m-27m不等。探孔在固結(jié)灌漿鉆孔中選?、裥蚩走M(jìn)行施工，選取位置位于該段底板和邊墻部位。鉆孔施工過程中詳細(xì)記錄了遇到的特殊情況，并且終孔后將鉆孔沖洗干凈待下一步進(jìn)行孔內(nèi)電視成像。施工完成后，將鉆孔遇到的特殊情況部位在斷面圖上展開后連接起來，推測(cè)出大致的巖溶發(fā)育走向，呈現(xiàn)樁號(hào)自小向大、底板自北側(cè)向南側(cè)逐漸加深的趨勢(shì)。

2）孔內(nèi)電視。利用鉆探鉆孔對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行電視成像，了解該區(qū)域溶蝕空腔、裂隙等不良地質(zhì)體發(fā)育情況，進(jìn)一步確定該部位巖溶發(fā)育的范圍及規(guī)模。

孔內(nèi)電視測(cè)試采用JL-IDOI(A)智能鉆孔成像儀進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試完成后，將發(fā)現(xiàn)的鉆孔內(nèi)巖溶發(fā)育深度連接成線，推測(cè)巖溶發(fā)育的程度和趨勢(shì)，最終驗(yàn)證出該洞段溶腔發(fā)育深度自小樁號(hào)至大樁號(hào)、自北側(cè)至南側(cè)有逐漸加深的趨勢(shì)，這也與鉆孔過程中的特殊情況趨勢(shì)相互印證。（圖1、圖2）

3.2 淺埋溶洞處理

由于此次揭露的溶洞位于引水隧洞底部及下邊墻位置，因此，針對(duì)淺埋溶洞的主要處理方法為：開挖揭露→溶洞清理→插筋施工（如有）→預(yù)埋回填管路→混凝土回填。

圖1 引水隧洞固結(jié)灌漿鉆孔布置典型圖及鉆孔電視全景展示圖

圖2 勘探孔鉆孔剖面圖及巖溶空腔推測(cè)情況

1）開挖揭露。針對(duì)局部未完全揭示的溶洞，直接采用爆破的方式進(jìn)行開挖揭露，將開口擴(kuò)大，便于后續(xù)清理及混凝土回填。

2）溶洞清理。采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)對(duì)溶洞內(nèi)的溶蝕堆積物和開挖過程中的石渣進(jìn)行清理。清理完成后，用高壓水槍對(duì)溶洞壁進(jìn)行沖洗。

3）插筋施工。對(duì)于可以進(jìn)入的稍大溶洞，采用人工進(jìn)入洞內(nèi)對(duì)洞壁進(jìn)行插筋施工。插筋的參數(shù)為：Φ25mm、L=3m、外露1m、間距1m～1.5m，呈梅花型布置。

4）預(yù)埋回填管路。主要針對(duì)向下存在拐彎和向上的溶洞進(jìn)行處置。預(yù)埋泵管的同時(shí)還應(yīng)安裝回填灌漿管路。原則上，管路連接的長(zhǎng)度應(yīng)覆蓋至隧洞開挖輪廓線以外20m的范圍。

5）混凝土回填。該工程采用了C25W6泵送自密實(shí)混凝土進(jìn)行回填。

3.3 裸巖固結(jié)灌漿

淺埋溶洞處理完成后，對(duì)揭露了巖溶的洞段進(jìn)行了全斷面裸巖固結(jié)灌漿。裸巖固結(jié)灌漿的主要目的在于在引水隧洞襯砌之前對(duì)隧洞周邊圍巖進(jìn)行固結(jié)，以期穩(wěn)定隧洞周邊圍巖，并增強(qiáng)隧洞防滲性能。

本洞段裸巖固結(jié)灌漿施工的主要參數(shù)如表1所示。

表1 裸巖固結(jié)灌漿施工參數(shù)表

此外，裸巖固結(jié)灌漿其他施工要求包括如下幾個(gè)方面：

1）灌漿方法：主要采用自深而淺、分段純壓式卡塞灌漿法，遇有特殊不良地質(zhì)情況，根據(jù)需要改用自淺而深分段純壓式灌漿法或綜合灌漿法。為防止底板孔在鉆孔和灌漿過程中有污水進(jìn)入孔內(nèi)，在底板孔鉆進(jìn)時(shí)先對(duì)孔口進(jìn)行了管鑲鑄。

2）裸巖固結(jié)灌漿按環(huán)間分Ⅰ、Ⅱ序、環(huán)內(nèi)加密的原則進(jìn)行。灌漿時(shí)環(huán)內(nèi)逐步加密，先灌奇數(shù)孔，后灌偶數(shù)孔，并先灌底部孔，再灌頂部孔。

3）灌漿漿液：采用水灰比為0.8:1和0.5:1兩個(gè)比級(jí)，特殊情況灌注水泥砂漿比級(jí)為0.5:1:1。

4）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計(jì)規(guī)定的灌漿壓力下，采用自深而淺的方式灌漿，灌漿孔除孔口第一段外，吸漿量不大于1L/min，繼續(xù)灌注10min，即可結(jié)束；孔口第一段吸漿量不大于1L/min，繼續(xù)灌注30min，方可結(jié)束。但若以0.5:1的水灰比灌注結(jié)束，吸漿量不大于1L/min，繼續(xù)灌注20min，即可結(jié)束。

5）結(jié)合前期勘探成果，底板存在較大脫空位置，采用φ110～φ130大口徑鉆孔施工至脫空部位，且直接采用回填砂漿方式進(jìn)行施工。

6）為了盡量避免現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工過程中表面串漿、漏漿等現(xiàn)象對(duì)裸巖固結(jié)灌漿施工的影響，視滲漏情況選擇性地對(duì)0～4m非灌段部分采用低壓濃漿進(jìn)行表層封閉灌漿。漿液水灰比采用 0.5:1，灌漿壓力采用 1MPa純壓式灌漿，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)同固結(jié)灌漿結(jié)束。

7）合格標(biāo)準(zhǔn)為：①檢查孔壓水試驗(yàn)檢查采用單點(diǎn)法。合格標(biāo)準(zhǔn)為檢查孔在1.0MPa壓力下，75%以上試段的透水率不大于1Lu，其余試段的透水率值不超過2Lu，且分布不集中時(shí)為合格。該標(biāo)準(zhǔn)是灌漿質(zhì)量檢查的主要控制標(biāo)準(zhǔn)。②巖溶區(qū)巖體灌后聲波檢查合格標(biāo)準(zhǔn)為75%的測(cè)試值不小于5000m/s，小于4250m/s的測(cè)試值不超過3%，且分布不集中。該標(biāo)準(zhǔn)是灌漿質(zhì)量檢查的輔助控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 引水隧洞襯砌混凝土施工

待裸巖固結(jié)灌漿施工完成后，緊接著要進(jìn)行引水隧洞襯砌混凝土施工。襯砌混凝土的主要參數(shù)指標(biāo)為：

1）襯砌混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C25W6；

2）襯砌混凝土厚度d=60cm；

3）鋼筋布置參數(shù)為Φ25mm，

@×@= 20cm×20cm；

4）混凝土澆筑先采用針梁臺(tái)車施工平底板混凝土并預(yù)留小邊墻，再采用鋼模臺(tái)車施工邊頂拱混凝土；

5）混凝土養(yǎng)護(hù)采用圓弧形噴射水霧臺(tái)車進(jìn)行水霧養(yǎng)護(hù)；

6）混凝土澆筑前安裝20m深的滲壓計(jì)、鋼筋應(yīng)力應(yīng)變計(jì)等安全監(jiān)測(cè)裝置；

3.5 襯后灌漿

混凝土襯砌施工完成后，按照回填灌漿、固結(jié)灌漿的順序施工襯后灌漿。

1）襯后回填灌漿

襯后回填灌漿在襯砌達(dá)到70%的強(qiáng)度后，采用鉆孔灌漿的方式進(jìn)行。施工時(shí)按照由低到高的順序進(jìn)行灌注，灌注的漿液為0.5:1純水泥漿液（摻加5%的輕燒MgO），灌漿壓力為0.5MPa。

2）襯后防滲固結(jié)灌漿

襯后防滲固結(jié)灌漿是在襯砌前裸巖固結(jié)灌漿和襯砌混凝土的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其主要是進(jìn)一步提高本洞段的隧洞圍巖防滲性能。其主要的施工參數(shù)為：最大灌漿壓力6MPa、灌漿漿液從3:1～0.5:1共4級(jí)、灌漿深度為12m、檢查標(biāo)準(zhǔn)為1Lu。

另外，值得指出的是，錦屏二級(jí)水電站灌漿工程在施工單位自檢與監(jiān)理單位旁站檢查的基礎(chǔ)上引入了第三方質(zhì)量檢查機(jī)制，在整個(gè)引水隧洞灌漿質(zhì)量檢查過程中對(duì)巖溶區(qū)灌漿進(jìn)行了重點(diǎn)檢查。通過對(duì)裸巖固結(jié)灌漿和襯后防滲固結(jié)灌漿的質(zhì)量檢查，處理洞段的灌漿施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)要求，為巖溶洞段后期蓄水抗壓提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.結(jié)論

通過一系列的綜合處理措施，引水隧洞末端的巖溶得到了有效的治理。水電站充水發(fā)電后，各項(xiàng)安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)正常，內(nèi)外水無水力聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)預(yù)期的施工目標(biāo)。

目前，巖溶處理不斷成為各類地下工程施工的攔路虎，特別是在西南地區(qū)表現(xiàn)更為明顯。筆者認(rèn)為，在進(jìn)行巖溶處理時(shí)應(yīng)采用多種措施綜合判斷巖溶發(fā)育情況、根據(jù)不同的要求采用穩(wěn)妥的方案進(jìn)行巖溶治理、重視灌漿技術(shù)在巖溶處理中的重要作用，同時(shí)研究高壓旋噴灌漿在溶洞堆積物加固中的應(yīng)用、樁基礎(chǔ)和其他承載力提升手段在隧洞底板加固中的應(yīng)用等。