抽水蓄能電站高壓隧洞滲水處理技術(shù)研究

廖晟

浙江華東工程咨詢有限公司 浙江杭州 310000

1 概述

某抽水蓄能電站工程裝機(jī)容量1200MW，采用一洞四機(jī)布置，縱剖面設(shè)兩級(jí)斜井，水道總長(zhǎng)4723米，其中：引水系統(tǒng)長(zhǎng)3468m。引水隧洞中平洞連接上斜井與下斜井，縱坡3．0%，長(zhǎng)度954m，開挖斷面尺寸Ф10．7m，采用鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，襯砌后斷面尺寸Ф9．5m。中平洞高程EL．130m～EL．100m，水頭約400m。中平洞開挖揭示巖隙滲水特點(diǎn)為滲水點(diǎn)多、滲水量大、滲水點(diǎn)分布廣，主要滲水點(diǎn)集中部位有十處，其中較大滲水點(diǎn)分布在Y2+077、Y2+148、Y2+166、Y2+210、Y2+220等樁號(hào)附近，以上部位滲水多分布在邊拱頂部位，呈“水簾狀”。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算核定，某年5月～12月中平洞平均滲水量分別為161．7、165．2、175．0、157．6、145．7、153．9、154．6、158．7（ m3/h），測(cè)算結(jié)果表明，從豐水季節(jié)到枯水季節(jié)滲水量變化不大。針對(duì)中平洞滲水量大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的情況，需在滲水量較大部位，采取必要措施才能保證襯砌混凝土正常施工。混凝土襯砌完成后需采取一系列灌漿措施使中平洞滲水洞段達(dá)到設(shè)計(jì)防滲要求，確保高壓隧洞充水試驗(yàn)一次成功，以及后期的安全可靠運(yùn)行[1]。

2 開挖階段滲水處理

在中平洞開挖期間，針對(duì)巖面裂隙水外滲嚴(yán)重部位，為做好滲水的引排，共打設(shè)φ50排水孔141個(gè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)造孔過程中滲水改善情況不同，排水孔孔深2～6m不等。施工過程中對(duì)排水孔高程、樁號(hào)進(jìn)行標(biāo)記，建立排水孔臺(tái)賬。裂隙滲水通過排水孔流出，滲水量大的通過管路、頂拱U型鐵皮引排至排水溝，通過排水溝匯集至洞內(nèi)集水池，再用水泵抽排至洞外。

3 混凝土襯砌階段滲水處理

中平洞混凝土襯砌采用針梁鋼模臺(tái)車，每倉(cāng)澆筑長(zhǎng)度為9m。在中平洞混凝土襯砌施工期間，對(duì)相應(yīng)部位邊頂拱、底拱滲水采取了封閉、匯集、接管引排等措施，保證襯砌混凝土干地施工條件。

3.1 邊頂拱滲水處理

（1）較大集中滲水處理措施。在頂拱用膨脹螺栓將 “方形集水盒”固定在基巖面上，然后用快干水泥封堵集水盒周邊，集水盒側(cè)邊預(yù)留排水孔，將滲水沿頂拱通過2寸鍍鋅鋼管引排至底拱兩側(cè)4寸主排水管。鍍鋅鋼管在集水盒排水孔50cm范圍內(nèi)設(shè)置三通管，針梁鋼模臺(tái)車襯砌施工至該滲水點(diǎn)時(shí)，將三通管非排水端接引至與模板貼合，管端采用塑料塞臨時(shí)封堵防止?jié)B水流出。該三通非排水端用于后期灌漿預(yù)留管路。（2）較大分散滲水處理措施。針對(duì)較大分散滲水，收集引排難度相對(duì)較大。在頂拱用膨脹螺栓將預(yù)先加工好的“U型薄鐵皮”固定在基巖面上，U型薄鐵皮的尺寸根據(jù)實(shí)際滲水點(diǎn)流量及范圍加工，安裝時(shí)周邊應(yīng)緊貼巖面，并用快干水泥封堵。U型薄鐵皮上焊接一根2寸鍍鋅鋼管，將滲水沿頂拱引排至側(cè)墻主排水管。避開U型薄鐵皮與排水管接縫處安裝三通管，該三通非排水端作為后期灌漿預(yù)留管路[2]。（3）較小集中滲水處理措施。滲水較小且已打設(shè)排水孔并能有效收集滲水的滲水點(diǎn)，采用1寸鍍鋅鋼管插入排水孔，在襯砌施工至該滲水面時(shí)采用軟管將滲水引排至底拱兩側(cè)4寸排水主管進(jìn)行引排。在排水孔基巖位置垂直基巖面埋設(shè)一根2寸鍍鋅鋼管，鋼管兩端采用土工布進(jìn)行封堵，作為后期排水孔灌漿預(yù)埋管路。

3.2 底拱滲水處理

底拱滲水大部分屬于裂隙條狀滲水，裂隙滲水面較寬。經(jīng)研究，現(xiàn)場(chǎng)采用手風(fēng)鉆在較大滲水裂隙處沿裂隙方向打設(shè)排水孔，孔深在1～3m，采用2寸鍍鋅鋼管引出，條狀裂隙采用快干水泥進(jìn)行封堵，使?jié)B水不再經(jīng)裂隙而是通過預(yù)埋管路排出，在襯砌施工過程中將預(yù)埋鋼管通過模板觀察振搗孔引出，接軟管排出倉(cāng)外。在滲水基巖處垂直巖面埋設(shè)2寸鍍鋅鋼管，作為后期排水孔灌漿預(yù)埋管路。

4 混凝土襯砌后灌漿處理措施

中平洞混凝土襯砌后，根據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)合系統(tǒng)灌漿設(shè)計(jì)，針對(duì)滲水洞段采取了針對(duì)性的灌漿處理措施。主要是在系統(tǒng)回填和固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)上，針對(duì)斷層破碎帶布置了隨機(jī)灌漿孔；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及灌漿情況，對(duì)灌漿耗量較大孔（單耗超過50kg/m）周邊進(jìn)行加密灌漿處理；針對(duì)滲水洞段排水孔增加了排水孔灌漿；對(duì)透水?dāng)鄬訋Р扇×松羁坠酀{措施；另外，針對(duì)滲水洞段，采取了化灌封孔措施。中平洞灌漿順序?yàn)椋夯靥罟酀{→系統(tǒng)固結(jié)灌漿和斷層破碎帶隨機(jī)孔固結(jié)灌漿→對(duì)灌漿超耗孔（單耗超過50kg/m）周邊進(jìn)行加密灌漿處理（即III序孔）→排水孔灌漿→透水?dāng)鄬由羁坠酀{→化學(xué)灌漿。

4.1 系統(tǒng)灌漿處理措施

（1）回填灌漿：中平洞回填灌漿分為Ⅰ、Ⅱ序施工，設(shè)計(jì)在隧洞頂拱120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，設(shè)計(jì)排距為2．5/2．0m，每排4-5個(gè)孔，環(huán)間分序，秩序?yàn)榈吞幫咛幨┕?。灌漿壓力0．5Mpa，采用純水泥漿進(jìn)行灌注，水灰比 0．6：1 或 0．5：1，水泥采用 P．O42．5水泥。（2）固結(jié)灌漿：①水泥固結(jié)灌漿。設(shè)計(jì)按1．2～1．5倍隧洞靜水頭考慮，中平洞最大灌漿壓力6MPa，灌漿孔深：5．0m（Ⅰ～Ⅱ類圍巖）/7．0m（Ⅲ～Ⅳ類圍巖）；灌漿排距2．0m，每排15孔?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了高壓固結(jié)灌漿試驗(yàn)，確定的主要灌漿參數(shù)為：固結(jié)灌漿按環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)從底孔到頂孔灌注的原則施工，奇數(shù)環(huán)孔為一序環(huán)，偶數(shù)環(huán)孔為二序環(huán)；高壓固結(jié)灌漿采用純壓式灌漿；中平洞I、II類圍巖采用全孔一次灌漿法施工，中平洞Ⅲ類圍巖段采用由淺入深分段灌漿施工，同一灌漿孔分段灌漿時(shí)間間隔不少于3天。②化學(xué)灌漿。對(duì)中平洞的III類圍巖洞段及斷層裂隙發(fā)育帶進(jìn)行針對(duì)性化學(xué)灌漿，灌漿排距2．0m，每排15孔，梅花型布置，灌漿孔深5．0m，灌漿壓力為5．5Mpa。另外，為保證高壓水道關(guān)鍵部位的灌漿效果，對(duì)中平洞的部分水泥固結(jié)灌漿孔采用化學(xué)灌漿封孔，封孔壓力為1MPa。化學(xué)灌漿材料采用HK-G-2型環(huán)氧材料，采用純壓式全孔一次性灌漿法，阻塞位置為入巖0．5m。采用環(huán)間分序，從低處向高處按排序灌注，環(huán)內(nèi)從底孔至頂孔灌注。

4.2 斷層破碎帶的加強(qiáng)灌漿處理措施

根據(jù)中平洞開挖揭示的斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造情況，對(duì)14條斷層破碎帶進(jìn)行針對(duì)性加強(qiáng)灌漿處理。在隧洞襯砌混凝土澆筑前，正對(duì)斷層的位置進(jìn)行鉆孔并預(yù)埋灌漿管。鉆孔孔向在斷層平面上并通過隧洞中心線，孔距2．0m，鉆孔后埋入2寸黑鐵管，黑鐵管入巖埋深不小于400mm，固定好黑鐵管并確保混凝土澆筑后能找到黑鐵管及順著黑鐵管繼續(xù)鉆孔，在系統(tǒng)灌漿結(jié)束后再鉆孔進(jìn)行斷層破碎帶灌漿，斷層灌漿孔孔深為入巖7．0m，水泥灌漿壓力6．0MPa，水泥灌漿結(jié)束后掃孔至入巖5．0m進(jìn)行化學(xué)灌漿，化學(xué)灌漿壓力5．0MPa，按從低處往高處且環(huán)內(nèi)分兩序加密的原則灌注。

4.3 灌漿耗量較大孔的加密灌漿措施

參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)灌漿效果和地質(zhì)素描資料，為提高水道固結(jié)灌漿圈防滲效果，對(duì)中平洞部分洞段采取強(qiáng)化灌漿措施，即針對(duì)部分洞段系統(tǒng)固結(jié)灌漿單耗超過50kg/m的孔采取“1+4”、“1+3”或“1+2”加密方式進(jìn)行灌漿，孔深根據(jù)不同部位為：入巖5～8m，加密孔孔位、孔向根據(jù)地質(zhì)素描資料現(xiàn)場(chǎng)確定，灌漿壓力、灌漿方式與系統(tǒng)灌漿相同[3]。

4.4 排水孔的灌漿處理措施

在中平洞前期開挖及混凝土襯砌期間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)涌水、滲水情況，針對(duì)斷層滲水部位布置了排水孔?；炷翝仓瓿珊笮鑼?duì)排水孔進(jìn)行灌漿處理，排水孔灌漿處理措施如下：①在排水孔周圈孔按“1+4”原則，環(huán)內(nèi)環(huán)間布置4個(gè)水泥固結(jié)灌漿孔，灌漿孔與排水孔相距1．0m，灌漿孔孔深為入巖7m，灌漿壓力為6Mpa。②針對(duì)預(yù)埋排水孔進(jìn)行化學(xué)灌漿，孔深為入巖5m，灌漿壓力控制在3．0～3．5MPa。③針對(duì)水泥灌漿孔掃孔至入巖1m進(jìn)行化學(xué)灌漿封孔，封孔壓力為1MPa。

4.5 透水?dāng)鄬訋У纳羁坠酀{處理措施

為保證中平洞透水?dāng)鄬訋Ф炊蔚墓探Y(jié)灌漿效果，結(jié)合中平洞地質(zhì)構(gòu)造及開挖后地質(zhì)素描圖分析，對(duì)中平洞透水性斷層f611、fd16、fd18、f602、f604、2#sf4布置深孔灌漿。深孔灌漿壓力采用6MPa，孔深為12～15m共計(jì)90個(gè)孔，孔向?yàn)榕c斷層裂隙小角度相交。灌漿采用由深入淺分段灌漿法，水泥灌漿結(jié)束后掃孔至入巖1m，再進(jìn)行化學(xué)灌漿封孔，封孔壓力1MPa。

5 結(jié)語

在高壓隧洞施工過程中，通過開挖階段打設(shè)排水孔的引排措施，以及混凝土襯砌期間對(duì)滲水點(diǎn)、面采取的封閉、匯集、接管引排等措施，有效解決了滲水對(duì)開挖及混凝土襯砌施工的影響，使混凝土襯砌滿足干地施工條件，保證了混凝土襯砌施工質(zhì)量。通過對(duì)中平洞采取回填灌漿、高壓固結(jié)灌漿、深孔灌漿、化學(xué)灌漿等措施處理，有效封堵了滲水通道，把滲水堵截在固結(jié)灌漿圈外，達(dá)到了設(shè)計(jì)防滲要求，使水道系統(tǒng)順利實(shí)現(xiàn)了充水試驗(yàn)一次成功的目標(biāo)，并保證了高壓隧洞的安全可靠運(yùn)行。同時(shí)，通過研究、總結(jié)高壓隧洞的滲水處理技術(shù)，可為其它類似工程提供參考和借鑒。