裂隙發(fā)育條件下水電站帷幕灌漿施工工藝設計

蔣曉光

(遼寧省丹東市振安區(qū)水利局，遼寧 丹東 118006)

1 概 況

1.1 工程概況

某抽水蓄能電站在發(fā)電的基礎上考慮了下游防洪要求。年平均發(fā)電量11.01億kW。下游的防洪標準級別較高，為50a一遇。該發(fā)電站的組成部分有混凝土堆石壩、泄洪洞、發(fā)電系統(tǒng)、廠房和開關站。裝機3臺103MW水輪發(fā)電機組，總裝機容量309MW，保證出力49.9MW，年平均發(fā)電量11億kW·h，年利用小時3540h，工程規(guī)模大(2)型工程。

1.2 右岸溢洪洞地質(zhì)概況

進口段位于向斜軸西南翼，巖性為凝灰質(zhì)礫巖。F57斷層和j1、j3、j4組裂隙主要發(fā)育在巖體中。

洞身0+032-0+090m段：圍巖巖性主要為凝灰質(zhì)礫巖和凝灰質(zhì)礫巖夾凝灰質(zhì)粉砂巖。隧道中軸線和巖石的夾角為50°左右。巖體裂隙主要為順層小裂隙和隨機發(fā)育的小斷層、小裂隙。

洞身0+090-0+215m段：圍巖巖性為變質(zhì)巖、大理巖、結(jié)晶灰?guī)r互層，與洞軸線呈30°-50°夾角，對圍巖穩(wěn)定性有不利影響。圍巖以Ⅲ類為主，部分為Ⅱ類，局部破碎帶或破碎密集帶為Ⅳ類。

洞身0+215-0+390m段：圍巖堅硬，為完整的凝灰質(zhì)礫巖。巖層走向北西310°左右，走向北東，傾角70°左右，與隧道軸線夾角33°左右。由于巖層不發(fā)育，對圍巖穩(wěn)定性沒有重大不利影響。圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，局部斷裂帶或裂隙密集帶為Ⅳ類，基本穩(wěn)定-穩(wěn)定性差。

1.3 灌漿研究區(qū)域

溢洪洞堰閘段右側(cè)帷幕灌漿。主要為溢左 0+001.00-溢左0+007.70及溢右0+001.00-溢右0+123.00灌漿廊道的帷幕灌漿，其中包括主帷幕灌漿和副帷幕灌漿。本分部工程帷幕灌漿于2007年06月30日開工，2007年10月26日完工，共計完成帷幕灌漿3729.8m.。

2 設計工藝

2.1 設計概況

根據(jù)施工現(xiàn)場情況，在附近設置集中制漿站，漿液管道與施工現(xiàn)場連接，集中制漿系統(tǒng)設置水泥庫、高速制漿機、漿液泵等，如圖1所示。在注漿工作面附近設置注漿泵和水泥漿攪拌筒。制漿站水灰比為0.5:1厚漿，鋪設φ50-75mm漿管運輸至施工工作面。泥漿流量控制在1.5-1.9m/s。

制備漿液配比嚴格按規(guī)定進行控制，實測比重與理論值≤ 5%。杜絕不合格比重漿液進入施工環(huán)節(jié)。

1)主、副帷幕排距為1.5m；灌漿孔孔距 2.0m，帷幕孔均為豎直孔。單排帷幕灌漿孔分三序孔，兩岸的主、副帷幕均為兩序，副帷幕深度按 2/3 主帷幕深度控制。

2)灌漿壓力見表1，封孔灌漿壓力應為最大灌漿壓力。

圖1 制漿站示意圖

表1 灌漿段壓力分布

3)漿液比級

帷幕灌漿漿液比級采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六個比級， 開灌水灰比為5∶1。

4)主帷幕終孔段灌前壓水透水率如大于10Lu，則應向下加深一段，段長為5m，如認為不滿足上述規(guī)定，則繼續(xù)向下加深，段長不變，當加深到四段時仍不能滿足灌前壓水< 10Lu 的要求，由設計、地質(zhì)、監(jiān)理、業(yè)主研究確定是否繼續(xù)加深。

5)檢查孔合格標準透水率≤3Lu。

2.2 灌漿施工工藝

對帷幕灌漿施工主要項目有：孔的鉆進、裂隙沖洗、灌漿、封孔四大項內(nèi)容，工藝流程如圖2。帷幕灌漿均應在固結(jié)灌漿結(jié)束、上部結(jié)構混凝土達到設計要求的高程及強度后，按照分順序加密的原則進行。一般單排孔帷幕分Ⅲ序施工，雙排孔帷幕分 II序施工；兩個次序孔之間在巖石中鉆孔灌漿的間隔高差，按照設計規(guī)范的要求≥15m[1-2]。

圖2 施工工藝流程圖

該部位采用SGZ-III型巖芯鉆機和金剛石鉆頭或硬質(zhì)合金鉆頭鉆進，孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)，自上而下分段鉆進、灌注。全孔灌漿結(jié)束后，采用全孔灌漿封孔法。施工工藝流程與常規(guī)并無太大差別，在此不作詳細說明。

3 控制措施

3.1 控制措施施工概況

灌漿過程中，該部位個別孔出現(xiàn)壓水試驗與灌漿無回水、無回壓現(xiàn)象，但并無地表或山體外漏情況發(fā)生，在較長時間沖洗壓水過程中，有發(fā)現(xiàn)較遠部位有串孔現(xiàn)象，此現(xiàn)象說明該部位裂隙發(fā)育比較單一，裂隙和斷層間關聯(lián)程度較弱。

例如：主帷幕單元孔WZ5-I-46，該孔4段、5段、8段均出現(xiàn)無壓現(xiàn)象，在灌漿過程中甚至出現(xiàn)自吸漿現(xiàn)象(即使停注漿泵漿液自動由儲漿桶流入孔內(nèi))。但在任何部位卻沒有發(fā)生漿液外漏現(xiàn)象，如果持續(xù)灌注，水泥使用量將不可預估。同軸線他序孔施工中，也在相對應的高程出現(xiàn)不同程度的這種現(xiàn)象。

經(jīng)設計單位研究地質(zhì)情況后確定，該部位沒有溶洞或特別發(fā)育斷層帶，該情況是由于裂隙發(fā)育所致，如果發(fā)生外漏或串孔，可采用間歇或短期待凝方法控制，如無外漏應灌注飽滿，但可采用孔口沖砂等方法填充較大裂隙。

3.2 灌漿控制措施

1)當灌漿的壓力值不發(fā)生變化時，注入率持續(xù)減少時，或當注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。

2)一級的漿液注入率已達300L或注漿時間已達30min，而灌漿壓力和注入率無改變或改變不明顯，應改濃一級。

3)注入率大于30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變漿，但不允許采用間歇灌漿。

4)當注入量過大變漿無效且沒有外漏的情況下，可采取孔口濃漿沖砂，沖砂量一般情況一次≤ 0.3m3。

5)當改變漿液水灰比后，如果灌漿壓力突增或注入率突減，應立即查明原因，進行處理，不得越級變漿。

6)當發(fā)現(xiàn)有地面或廊道漏水或漏漿時，可繼續(xù)灌漿。如有漏漿或漏水現(xiàn)象，應降低灌漿壓力，直至上述現(xiàn)象停止，然后逐漸增大壓力至原灌漿壓力，繼續(xù)灌漿。減壓無效時，應加厚一級泥漿灌注。若減壓降濃無效，且漏漿量接近注入量時，可停漿凝結(jié)，凝結(jié)時間超過4h后恢復灌漿。

7)灌漿過程中應定期測量漿液比重，灌漿結(jié)束時還應測量漿液比重，并做好詳細記錄。對有串、溢、漏的孔段，應記錄準確位置，并通知監(jiān)理部門和設計單位研究處理措施[3-4]。

4 灌漿成果分析

4.1 透水率與水泥注入量

通過灌漿成果表及檢查孔壓水成果表統(tǒng)計表明：灌漿I 序孔平均單耗288.2kg/m， II 序平均 149.22kg/m，III 序平均 91.3kg/m，分序遞減明顯，說明灌漿效果明顯。通過柱狀圖分析，雖然在灌漿過程中限制一部分漿液的流動，但從整體防滲效果上看并無太大影響，II、III 序孔注入量的降低，說明 I 序孔的輻射范圍已經(jīng)達到設計范圍，見表2。

表2 透水率與單耗分析表

4.2 灌漿檢查分析

帷幕灌漿檢查孔壓水試驗采用單點法。檢查孔的數(shù)量按灌漿孔總數(shù)的10%控制。壓水檢查孔合格標準為：透水率 q≤3Lu.

檢查孔采用直徑Φ94mm、Φ76mm 金剛石鉆頭、雙管單動鉆具清水鉆進，并按要求進行了統(tǒng)一編號、裝箱、素描、拍照等。帷幕灌漿檢查孔共完成 10 個，約占灌漿工程量的 15.1%，共完成壓水試驗 98 段，合格 98 段，透水合格率為 100%，透水率最大值 2.41Lu。從檢查孔取芯情況看，巖心采取率較高，巖體裂隙中水泥結(jié)實飽滿、密實，如圖3，表 3。

圖3 巖石中水泥結(jié)石

表3 檢查孔透水率分析表

4.3 灌漿措施分析

對于帷幕灌漿施工控制措施而言，工程所采取的控制措施并不多，在灌漿量上并沒有做過大的限制，僅針對串孔、外漏現(xiàn)象進行了待凝處理，針對注入量大的地段適當采取了孔口沖砂措施。在實施過程中，孔口沖砂效果并不很好，沖砂量一般不大于20kg就會終止注入，從一個側(cè)面也反應出地層的裂隙發(fā)育寬度并不大，只是貫穿距離比較長。

5 結(jié) 論

以某抽水蓄能水電站為例，分析了帷幕灌漿施工的控制措施。從實例情況分析可以看出，串孔、地表外漏情況突出，串通距離較遠情況下，控制措施主要以限制漿液向灌漿區(qū)域外流動為主，間歇、待凝措施頻繁使用；而透水率大，灌注量大， 但是外漏情況不明顯，裂隙多縱向發(fā)育多的地質(zhì)條件下，孔口沖砂效果并不很好，沖砂量一般不大于20kg就會終止注入，從一個側(cè)面也反應出地層的裂隙發(fā)育寬度并不大，只是貫穿距離比較長。