蒲石河抽水蓄能電站上水庫庫周帷幕灌漿施工

羅愛民，王明銳

（中國人民武裝警察部隊水電第一總隊第一支隊，河北 唐山 063004）

0 引言

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣境內，總裝機容量1 200 MW。其樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、地下廠房、輸水系統等建筑物組成。上水庫主要由面板堆石壩、進/出水口、庫岸、庫底、導流洞等組成。上水庫防滲系統包括趾板固結帷幕灌漿、兩岸壩頭帷幕灌漿和庫周帷幕灌漿，庫周帷幕布置在右岸庫周的山脊線上，防滲帷幕軸線長1 618.6 m。設計帷幕灌漿為單排孔，孔距2.0 m，孔深55.7～99.9 m，帷幕深入基巖相對不透水層（透水率＜3 Lu）以下3.0 m。庫周帷幕灌漿孔在392.0 m高程以上為非灌段，即只鉆孔不灌漿；392.0 m高程以下為灌漿段。為防止塌孔，非灌段（覆蓋層、強風化巖石）鉆孔采用跟管鉆進鋼管護壁方法。

1 施工準備

1.1 施工布置

（1）道路布置。沿右岸環庫公路修建3條施工便道至庫周帷幕灌漿軸線，作為設備進場和灌漿所需水泥運輸道路。把沿帷幕灌漿軸線拓寬為2.5 m，作為鉆機行進的施工便道。

（2）施工用水。從導流洞出口水池抽水至右岸壩頭，從右壩頭沿右環庫公路山坡坡腳，至環庫公路樁號K2＋500處，布置一趟主水管，從主水管接支管引至施工作業面。主水管采用φ100 mm鋼管，支管采用φ50 mm鋼管。

（3）施工用電。在右環庫公路山坡適當位置布置3臺變壓器，通過電纜接引至施工作業面。單個變壓器容量為315 kV·A。

（4）制漿站布置。在右環庫公路山坡適當位置布置3套制漿站，制漿站采用臨時簡易房，保證雨季防雨。

1.2 施工工藝流程

為確定合適的鉆孔灌漿施工工藝及驗證設計參數，在施工現場進行帷幕灌漿生產性試驗，分別采用自上而下孔口封閉灌漿法和自下而上分段栓塞灌漿法兩種工藝進行試驗。

自上而下灌漿工藝流程：非灌段鉆孔→1段鉆孔→裂隙沖洗→簡易壓水→灌漿→2段鉆孔→裂隙沖洗→簡易壓水→灌漿→……→終孔段鉆孔→裂隙沖洗→簡易壓水→灌漿→灌漿段封孔→非灌段封孔。

自下而上灌漿工藝流程：鉆孔至終孔→全孔沖洗→終孔段簡易壓水→終孔段灌漿→……→2段灌漿→1段灌漿→灌漿段封孔→非灌段封孔。

通過生產性灌漿試驗，確定了帷幕灌漿施工方法：帷幕灌漿采取自下而上分段卡塞、孔內循環式灌漿法；對巖石節理發育、破碎及無法實現自下而上分段灌漿的不良部位，采用自上而下分段孔口封閉灌漿法。設計的灌漿壓力、鉆孔間距等參數可行。

帷幕灌漿施工工藝流程見圖1。

圖1 帷幕灌漿施工工藝流程

2 施工方法及措施

2.1 鉆孔

（1）鉆孔施工順序及孔位布置方法。鉆孔的施工順序為：先導孔、帷幕灌漿Ⅰ序孔、帷幕灌漿Ⅱ序孔、帷幕灌漿Ⅲ序孔。布置鉆孔采用測量放線法，并設立明顯的標記，標出孔序及孔號。

（2）非灌段鉆孔方法。采用回轉鉆進行施工，覆蓋層、強風化巖石采用φ108 mm套管護壁，其他非灌段巖石若遇破碎、斷層部位采用φ90 mm套管進行護壁。

（3）先導孔鉆孔方法。采用分段鉆進，分段長度5～6 m，特殊情況下可適當縮減或加長，最長不大于10 m。先導孔、檢查孔采用雙管單動鉆具，金剛石鉆頭回轉鉆進，鉆取巖芯。巖芯按取芯次序統一編號，填牌裝箱妥善保管，并繪制鉆孔柱狀圖進行巖芯描述。芯樣的最大長度應限制在3 m以內，一旦發現芯樣卡鉆或被磨損，應立即取出。除監理工程師另有指示，對于1 m或大于1 m的鉆進循環，若芯樣獲得率小于80%，則下一次應減少循環深度50%，以后依次減少50%，直至50 cm為止。如果芯樣的采取率很低，應更換鉆孔機具或改進鉆進方法。

（4）自下而上灌漿鉆孔方法。非灌段鉆孔完成后，底部灌漿段一次鉆孔至設計孔底高程。

（5）自上而下灌漿鉆孔方法。非灌段鉆孔完成后，對巖石節理發育、破碎及無法實現自下而上灌漿的不良部位采用自上而下分段灌漿法，底部灌漿段采用分段鉆進，分段長度5～6 m，特殊情況下可適當縮減或加長，最長不大于10 m。

2.2 沖洗

（1）采用自下而上灌漿法的各孔應在灌漿前進行一次裂隙沖洗。采用自上而下灌漿法的孔段在每段灌漿前進行沖洗。采用風水聯合沖洗，或者用導管通入大流量水流，從孔底向孔外沖的方法進行沖洗。

（2）沖洗壓力。沖洗水壓采用80%的灌漿壓力。若沖洗壓力超過1 MPa時，采用1 MPa。

（3）裂隙沖洗應沖至回水澄清，對回水達不到澄清要求的孔段，應繼續進行沖洗，孔內殘存的沉積物厚度不得超過20 cm。

2.3 全孔測斜

（1）設計要求及測斜。鉆孔角度要求是垂直的或偏角小于5°，鉆孔孔底偏差不得大于表1規定的數值，并嚴格控制在20 m以內。所有帷幕灌漿孔均應進行全孔測斜。

表1 帷幕孔孔底偏差值

（2）灌漿孔深度設計要求：①達到設計圖紙、文件規定的深度。②終孔段基巖透水率不大于3 Lu。③達到設計深度后，基巖透水率大于3 Lu時，應繼續加深鉆孔至滿足不大于3 Lu；當加深10 m后仍達不到基巖透水率不大于3 Lu時，應申報監理、設計等單位，研究處理措施。

2.4 壓水試驗

壓水試驗在裂隙沖洗后進行。

（1）先導孔自上而下分段卡塞進行壓水試驗，并按圖紙要求采用單點法或五點法。

（2）采用自下而上灌漿法，各灌漿孔灌漿前在孔底段進行一次簡易壓水。

（3）采用自上而下灌漿法，各次序孔的灌漿段在灌漿前應進行簡易壓水試驗。

（4）壓水壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1 MPa時，采用1 MPa；壓水20 min，每5 min測讀一次壓水流量，取最后流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。

2.5 灌漿施工

（1）灌漿方法與灌漿壓力。灌漿按分序加密的原則進行分序、分段施工。

（2）漿液配比和變漿標準。①按監理工程師批準的水灰比施灌，灌漿漿液應由稀到濃逐級變換水灰比，采用5、3、2、1、0.8、0.6（或0.5）等6個比級。當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不得改變水灰比。②當某一比級漿液注入量已達300 L以上，或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應換濃一級水灰比漿液灌注；當注入率大于30 L/min時，應根據施工具體情況，可越級變濃。③帷幕灌漿壓力參照表2。④采用自上而下分段灌漿法時，灌漿塞應塞在已灌段底以下0.50 m處，以防漏灌；孔口無涌水的孔段，灌漿結束后可不待凝。

表2 帷幕灌漿壓力參考值

（3）灌漿結束標準。①帷幕灌漿采用自下而上分段灌漿法時，在規定壓力下，當注入率不大于1 L/min時，繼續灌注30 min，灌漿即可結束。②帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法時，在規定壓力下，當注入率不大于1 L/min時，繼續灌注60 min，灌漿即可結束。

2.6 封 孔

（1）帷幕灌漿采用自下而上分段灌漿法時，灌漿孔封孔應采用 “分段壓力灌漿封孔法”。當全孔灌漿結束后，將灌漿塞塞在灌漿段頂部0.50 m處，灌注水灰比為0.5∶1的濃漿，灌注壓力一般采用0.5 MPa，當帷幕灌漿孔深大于25 m時，灌漿壓力可采用1 MPa。當注入率不大于1 L/min時延續30 min停止。

（2）帷幕灌漿結束后，經監理工程師驗收合格方可進行封孔。

（3）對灌漿孔上部空余部分，待孔內水泥漿液凝固后，采取機械壓漿法繼續封孔，封填材料選用砂∶水泥為1∶2的水泥砂漿，水灰比不大于0.6，其摻入潔凈細砂粒徑不小于1.0 mm。壓漿時通過砂漿泵經膠管送入孔內底部，自下而上逐漸填實。封堵過程中要保證膠管管口始終保持在漿面以下。

（4）回填封孔必須保證孔內回填料本身填密壓實，回填料與孔壁緊密結合，不留孔穴，不漏水。

2.7 帷幕灌漿質量檢查

檢查孔的鉆孔取芯、壓水試驗在該單元工程的帷幕全部灌漿結束14 d后進行。

3 灌漿效果分析

（1）先導孔的透水率。共打先導孔66個，最大透水率15.4 Lu，最小透水率1.01，平均透水率5.2 Lu。因采用自下而上灌漿法，透水率多為終孔段透水率，灌漿孔的平均透水率為18.54 Lu，平均單位注灰量為26.839 kg/m。

（2）完成總灌漿量17 471.33 m。I序孔耗灰量為1688 904 kg，單位注灰38.457 kg/m； II序孔耗灰量為132 670 kg，單位注灰量為30.437 kg/m；III序孔耗灰量167 360 kg，單位注灰量為19.19 kg/m。檢查孔個數61個，平均透水率1.14 Lu。說明隨灌漿次序增加，單位注灰量呈遞減變化。

（3）孔斜測量。帷幕灌漿孔全部進行了測斜，最大偏距2.05 m，最小偏距0.22 m，其孔底偏差均滿足設計要求。

通過以上分析看出，灌漿效果明顯，基本符合灌漿的一般規律。

4 結 語

蒲石河抽水蓄能電站上水庫庫周帷幕灌漿鉆孔深度大，最深處達到了99.9 m，質量要求高，帷幕深入基巖相對不透水層（透水率＜3 Lu）以下3.0 m。帷幕灌漿施工過程中，采取自下而上分段卡塞、孔內循環式灌漿法；對巖石節理發育、破碎及無法實現自下而上分段灌漿的不良部位，采用自上而下分段孔口封閉灌漿法施工。通過檢查孔壓水和對灌漿成果分析，結果說明灌漿效果明顯。對全部帷幕灌漿孔進行了孔斜測量，最大偏距2.05 m，最小偏距0.22 m，其孔底偏差均滿足設計要求。本工程研究了在鉆孔深度較大和強風化巖或軟弱夾層情況下的深孔灌漿方法，可為類似工程提供借鑒。