南俄5水電站引水隧洞固結(jié)灌漿工程施工技術(shù)淺析

張劍波，吳長庚，劉 竹

(1.中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津，301700；2.中國水電基礎(chǔ)局有限公司西藏分公司，拉薩，850000)

1 工程概況

南俄5水電站位于老撾南俄河上游右岸支流南汀河上，電站壩址距首都萬象以北300km左右，位于老撾北部山區(qū)，主壩位于萬象省，廠房位于鄰近的川壙省。電站采用混合式開發(fā)，以發(fā)電為單一開發(fā)目標(biāo)。樞紐總布置主要由首部樞紐、引水工程和廠區(qū)樞紐三部分組成。南俄5水電站引水隧洞固結(jié)灌漿工程主要位于引水隧洞內(nèi)，上至進(jìn)水塔，下至調(diào)壓井，總計長度8700余米。根據(jù)合同要求對混凝土襯砌和鋼襯砌段進(jìn)行固結(jié)灌漿。

2 地質(zhì)條件

南俄5水電站壩址區(qū)為侵蝕深切中山峽谷地貌，相對切割高差500m～830m，南汀河在工程區(qū)內(nèi)呈反“S”型，流向N44°～83°E，壩址區(qū)上游側(cè)河道坡降較小，水流平穩(wěn)，下游側(cè)河道坡降漸大，水流湍急，總的坡降在6.36‰。上游取水口及以上河谷稍開闊，岸坡稍緩，往下河谷狹窄，岸坡下陡上稍緩，下方岸坡坡度多在50°以上。引水隧洞巖性為板巖夾石英砂巖，石英砂巖夾板巖，板巖，石英砂巖，石英砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，泥巖泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、石英砂巖、長石石英砂巖等根據(jù)軸線分布，微風(fēng)化夾弱風(fēng)化，構(gòu)造擠壓嚴(yán)重，巖體較破碎，完整性差，節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部很發(fā)育，有貫穿性軟弱結(jié)構(gòu)面，地下水活動中等，沿結(jié)構(gòu)面有滴水或滲水，洞線與巖層走向交角在16°～86°。

3 固結(jié)灌漿試驗

固結(jié)灌漿試驗采用孔內(nèi)阻塞灌漿法灌漿施工工藝。試驗鉆孔環(huán)間孔夾角45°，排距分別為3.0m。

(1)灌漿試驗孔孔向、深度：試驗孔孔深3.0m，孔向垂直圍巖面。

(2)最大灌漿壓力：Ⅰ序環(huán)上孔壓力最大0.5MPa；Ⅱ序環(huán)上孔壓力最大1.0MPa。

(3)鉆孔設(shè)備型號為PLKDY30G，固結(jié)灌漿孔開孔孔徑φ50mm，終孔孔徑46mm。灌漿孔均應(yīng)進(jìn)行沖洗，從孔底向孔外沖洗的方法進(jìn)行沖洗。

(4)沖洗壓力：沖洗水壓采用80%的灌漿壓力，壓力超過1MPa時，則采用lMPa；沖洗風(fēng)壓采用50%灌漿壓力，壓力超過0.5MPa，則采用0.5MPa。裂隙沖洗應(yīng)沖至回水澄清后10min結(jié)束，且總的時間要求，單孔不少于30min，串通孔不少于2h，對回水達(dá)不到澄清要求的孔段，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行沖洗，孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過20cm。

(5)壓水試驗在裂隙沖洗后進(jìn)行，采用“簡易壓水”法，壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa時，采用1MPa。水泥細(xì)度為通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。灌漿用水要符合JGJ63-89第3.0.4條規(guī)定，拌制用水的溫度不超過40℃。

(6)灌漿在特殊地質(zhì)條件下如破碎帶、溶洞等特殊部位，發(fā)現(xiàn)大量漏漿，可根據(jù)需要，在水泥漿液中摻入砂或其他混合料。砂：質(zhì)地堅硬的天然砂或人工砂，細(xì)度模數(shù)不大于2.0，最大粒徑不大于2.5mm，S03含量不大于1%，含泥量不大于3%，有機(jī)物含量不大于3%。

(7)灌漿主要設(shè)備包括：BW150型灌漿泵、3SNS型高壓送漿泵、高速制漿機(jī)、立式雙桶儲漿攪拌機(jī)、灌漿自動記錄儀等。

(8)純水泥漿液的攪拌時間：使用普通攪拌機(jī)時，應(yīng)不少于3min；使用高速攪拌機(jī)時，應(yīng)不少于30s。

(9)漿液在使用前應(yīng)過篩，從開始制備至用完的時間宜小于4h。拌制細(xì)水泥漿液和穩(wěn)定漿液，應(yīng)加入減水劑和采用高速攪拌機(jī)，高速攪拌機(jī)攪拌轉(zhuǎn)速為1450r/min，攪拌時間應(yīng)通過試驗確定。細(xì)水泥漿液的攪拌，從制備至用完的時間宜小于2h。

(10)制漿：本試驗采用人工制漿站制備漿液。制漿站采用高速攪拌機(jī)拌制水灰(固)比為0.5∶1的純水泥漿液，通過輸漿泵、輸漿管經(jīng)中轉(zhuǎn)站將漿液輸送至各需求點，輸送漿液流速為1.4m/s～2.0m/s，施工機(jī)組測定來漿密度將其調(diào)制成所需要的比級的漿液后使用。漿液溫度保持在5℃～40℃，低于或超過此標(biāo)準(zhǔn)的漿液視為廢漿做廢棄處理。

(11)灌漿段長與灌漿壓力：灌漿試驗最大灌漿壓力暫擬Ⅰ工序環(huán)上孔壓力最大0.5MPa，Ⅱ序環(huán)上孔壓力最大1.0MPa進(jìn)行施工。

(12)灌漿壓力控制：在灌漿泵和進(jìn)漿管路均安裝壓力表，并在灌漿孔口處回漿管路上安裝壓力表和壓力傳感器，記錄儀記錄壓力擺動的平均值，壓力波動范圍不大于灌漿壓力的20%。為穩(wěn)定灌漿壓力，灌漿泵一律配備穩(wěn)壓裝置(空氣蓄能器)。配備的壓力表量程應(yīng)為最大灌漿壓力的2～2.5倍。灌漿壓力盡快達(dá)到設(shè)計壓力。

(13)漿液及變換：灌漿漿液配合比，純水泥漿水灰比為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七個比級。灌漿漿液變換遵循由稀到濃逐級變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。當(dāng)某一比級漿液注入量己達(dá)300L以上，或灌注時間己達(dá)1h，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應(yīng)換濃一級水灰比漿液灌注；當(dāng)注入率大于30L/min時，根據(jù)施工具體情況，可越級變濃。

(14)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：每次固結(jié)灌漿需滿足下列條件即可結(jié)束灌漿，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4L/min時，繼續(xù)灌注30min，灌漿即可結(jié)束。

(15)固結(jié)灌漿孔封孔應(yīng)采用“壓力灌漿封孔法”。封孔前將孔內(nèi)污物沖洗干凈。各種灌漿孔的封孔質(zhì)量均要進(jìn)行抽樣檢查，封孔質(zhì)量的合格標(biāo)準(zhǔn)為檢查孔取芯獲得率不小于95%、芯樣密實度滿足設(shè)計要求。

4 引水隧洞固結(jié)灌漿

4.1 施工要求

引水隧洞圍巖固結(jié)灌漿在該部位的回填灌漿結(jié)束7d后進(jìn)行，固結(jié)灌漿分二序施工，按環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則進(jìn)行。灌漿時密切監(jiān)視襯砌混凝土的變形，根據(jù)設(shè)計要求安裝變形觀測裝置，監(jiān)視時專人進(jìn)行監(jiān)測并作好記錄；灌漿過程中，采用自動記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析；固結(jié)灌漿結(jié)束后，對所有灌漿孔采取機(jī)械灌注水泥砂漿封孔。

4.2 施工程序

洞室圍巖固結(jié)灌漿施工程序如圖1所示。固結(jié)灌漿孔施工工藝流程如圖2所示。

圖1 洞室圍巖固結(jié)灌漿施工程序

圖2 固結(jié)灌漿孔施工工藝流程

4.3 施工方法

固結(jié)灌漿孔的孔徑不宜小于50mm，孔位與設(shè)計孔位的偏差不得大于20cm，開孔角度偏差不應(yīng)大于2°。采用風(fēng)動鉆機(jī)和硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，選用2臺防爆鉆機(jī)、2臺手風(fēng)鉆配1臺6m3空壓機(jī)構(gòu)成一施工機(jī)組。

(1)鉆孔沖洗和壓水試驗：固結(jié)灌漿前對灌漿孔進(jìn)行鉆孔孔壁沖洗、裂隙沖洗和簡易壓水試驗，壓水試驗應(yīng)在鉆孔沖洗后進(jìn)行，孔數(shù)為灌漿孔數(shù)的5%。壓水試驗壓力為灌漿壓力80%，最大不超過1MPa。

(2)水泥漿液制備：一般采用純水泥漿液。灌漿水泥采用42.5和52.5的普通硅酸鹽水泥，灌漿水泥細(xì)度要求通過80μm方孔篩的篩余量不超過5%；灌漿用的水泥必須保持新鮮，不得使用受潮結(jié)塊的水泥，水泥不應(yīng)存放過久；袋裝水泥的儲運時間不得超過5個月，散裝水泥的儲運時間不得超過6個月，散裝水泥運至工地的入罐溫度不宜高于60℃。

(3)灌漿設(shè)備：固結(jié)灌漿選用BW150型灌漿泵和螺桿擠壓膠球式灌漿塞。各孔采用全孔一次、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法。灌漿栓塞卡在混凝土內(nèi)(混凝土與巖石結(jié)合面以外)，灌漿在裂隙沖洗及壓水試驗結(jié)束后進(jìn)行。環(huán)間分兩次序施工。同一環(huán)內(nèi)分次序施工，同次序灌漿的孔數(shù)不宜超過2孔，宜對稱分布。

(4)灌漿工藝：灌漿壓力以孔口回漿管上的表壓力為準(zhǔn)，讀取中值。固結(jié)灌漿Ⅰ序孔灌漿壓力、Ⅱ序孔灌漿壓力根據(jù)灌漿實驗確定，壓力在較短時間內(nèi)升到規(guī)定值。如開始時由于吸漿量過大等原因不能立即升到設(shè)計壓力，則在正常注入條件時盡快達(dá)到設(shè)計壓力，固結(jié)灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃，逐級變換。固結(jié)灌漿漿液水灰比可采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七個比級，開灌水灰比可采用5∶1。在正常灌漿條件下，當(dāng)某一級水灰比漿液灌入量已達(dá)300L以上，而灌漿壓力和吸漿率均無改變或改變不明顯時，變濃一級水灰比灌注。當(dāng)其吸漿率大于30L/min，可越級變濃。變漿后如壓力突增或注入率突減時，立即查明原因，進(jìn)行處理，并報告工程師。在局部灌注量大的孔段可灌注水泥砂漿。

(5)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率小于0.4L/min時，再繼續(xù)灌注30min即可結(jié)束并進(jìn)行封孔。

4.4固結(jié)灌漿效果

完成87個單元固結(jié)灌漿32513.0m，純灌入水泥1017298.06kg，平均單耗為31.29kg/m。Ⅰ序孔平均單位耗灰量為43.54kg/m，Ⅱ序孔平均單位耗灰量為18.85kg/m，為Ⅰ序孔的43.29%。由上述成果表明，固結(jié)灌漿過程總體服從巖體灌漿的一般規(guī)律，各次序孔的單位耗灰量均呈現(xiàn)合理的遞減規(guī)律，從檢查孔壓水情況看，各段透水率均滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，灌漿效果比較好。

5 結(jié)論

南俄5水電站引水隧洞通過固結(jié)灌漿有效解決了巖體破碎，完整性差，節(jié)理裂隙較發(fā)育等問題，對工程的快速施工，減少施工時間和人力物力資源的投入有著較好的實際意義，工程質(zhì)量滿足設(shè)計要求。南俄5水電站的開發(fā)，將為老撾電網(wǎng)提供質(zhì)優(yōu)價廉的電力，有助于推動老撾經(jīng)濟(jì)發(fā)展。