施工支洞涌水封堵技術(shù)在水電站上的應(yīng)用

摘 要：在水電站支洞的掘進(jìn)施工中，涌水情況時(shí)常發(fā)生，如不采取有效的涌水封堵技術(shù)，將會(huì)對(duì)工程的進(jìn)度和質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。文章結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)水電站支洞施工中涌水封堵技術(shù)的綜合應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：水電站；支洞；涌水封堵；技術(shù)

1 工程實(shí)例

1.1 工程情況

某水電站支洞工程為下坡隧洞，長(zhǎng)度為540米，是連接水電站豎井段和高壓管道下平段的唯一施工通道。支洞工程地下水源較為豐富，主要為巖溶裂隙水，在支洞開挖過程中常出現(xiàn)不同程度的涌水情況，對(duì)工程正常施工造成了一定影響。

1.2 涌水情況

該支洞工程施工中，某段右側(cè)邊墻和掌子面多處出現(xiàn)涌水和滲流水情況，出水段的總流量約為50L/s左右。對(duì)支洞工程的順利施工造成了嚴(yán)重影響，為保證工程施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，經(jīng)過探討研究，采用了封堵方式對(duì)支洞涌水進(jìn)行處理。工程實(shí)踐表明，取得了良好的效果。

2 涌水封堵施工工藝流程和總體規(guī)劃要點(diǎn)

施工支洞涌水封堵的大致工藝流程為：施工準(zhǔn)備→表面封堵→孔位和孔向布置→鉆孔→洗孔→灌漿→壓水實(shí)驗(yàn)→封孔→質(zhì)量驗(yàn)收。

涌水封堵施工的總體規(guī)劃要點(diǎn)：

2.1 首先應(yīng)對(duì)支洞涌水部位實(shí)施快速的封堵，可通過堵漏材料進(jìn)行臨時(shí)性的表面封堵措施。

2.2 對(duì)鉆孔的孔位和孔向的布置，應(yīng)根據(jù)有利于直接實(shí)施封堵灌漿的原則進(jìn)行布置。

2.3 當(dāng)表面封堵工序結(jié)束后，可根據(jù)實(shí)際工程中地質(zhì)分析、鉆孔分析等手段對(duì)支洞結(jié)構(gòu)面情況進(jìn)行探明，然后再實(shí)施封堵灌漿措施。首先應(yīng)進(jìn)行試灌操作，以選擇適宜的灌漿封堵材料、灌漿壓力和灌漿濃度。

3 涌水封堵施工方案

3.1 施工準(zhǔn)備

良好、系統(tǒng)的施工準(zhǔn)備工作對(duì)保證支洞涌水封堵施工的成功具有重要的作用。首先應(yīng)做好對(duì)工程中工程地質(zhì)與水文地質(zhì)的勘探，準(zhǔn)確掌握巖層構(gòu)造、巖石性質(zhì)、裂隙以及涌水流速和水質(zhì)等方面情況；其次，應(yīng)做好施工用電、通風(fēng)、供風(fēng)、供水、排水等各方面的準(zhǔn)備和布置，合理配置好工程所需的施工機(jī)械設(shè)備；最后，對(duì)于灌漿施工，應(yīng)進(jìn)行灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以有效選定灌漿的材料、順序、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并準(zhǔn)備確定灌漿的孔距、孔深、排數(shù)和排距等，詳細(xì)制定好灌漿施工計(jì)劃。

3.2 表面封堵

支洞涌水封堵首先應(yīng)進(jìn)行表面封堵措施，其主要作用并非是將支洞涌水全面封堵住，而是通過表面封堵以有效降低支洞掌子面的出水量，降低灌漿處理和鉆孔操作的施工難度，使后續(xù)施工中的鉆孔以及灌漿等工序能順利進(jìn)行。

該工程中利用模袋灌漿技術(shù)對(duì)支洞掌子面實(shí)施表面封堵。首先根據(jù)實(shí)際涌水情況，在出水裂縫中填入一定量的模袋，要求填入深度控制在50厘米到100厘米之間。然后使用外接鋼管進(jìn)行有效固定，以避免在灌漿施工中因模袋的膨脹而沖出孔外。進(jìn)行模袋灌漿的過程中，應(yīng)根據(jù)出水口實(shí)際出水的變化情況，對(duì)灌漿速率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。當(dāng)模袋灌漿完成后，應(yīng)使用封堵材料對(duì)表面實(shí)施快速的噴涂，以盡可能的降低支洞掌子面的出水量。

3.3 鉆孔

3.3.1 鉆孔的孔向、孔位和孔深都應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。該工程中要求鉆孔孔位的偏差不宜超過10厘米，鉆孔的角度應(yīng)控制在0度～10度以內(nèi)。

3.3.2 鉆孔施工過程中，應(yīng)盡量保證孔徑上下均一且孔壁平順，以避免灌漿施工中返漿現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)還應(yīng)控制鉆進(jìn)過程中細(xì)屑和巖粉的生成，以避免孔壁縫隙受到堵塞，影響后續(xù)灌漿施工的質(zhì)量。

3.4 洗孔

洗孔的方式主要可分為單孔沖洗和群孔沖洗兩種。單孔沖洗適宜于巖層較為完整，以及裂隙較少的地方，主要包括了高壓壓水沖洗、高壓脈動(dòng)沖洗以及揚(yáng)水沖洗；群孔沖洗較為適宜于巖層破碎，且鉆孔之間存在互相串通的巖層。該工程中采用了高壓脈動(dòng)沖洗方式進(jìn)行洗孔，沖洗水的壓力為灌漿壓力的80%。洗孔時(shí)間上應(yīng)滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，直到洗孔時(shí)回水清澈為止。

3.5 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)的主要目的是為了檢測(cè)巖層的滲透效果，并為灌漿施工提供必要的技術(shù)資料。壓水實(shí)驗(yàn)的原理是在一定的水頭壓力下，利用鉆孔將水壓入到孔壁四周的縫隙當(dāng)中，并根據(jù)實(shí)際壓水的時(shí)間和壓入的水量，以計(jì)算出代表巖層滲透特性的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

3.6 灌漿

3.6.1 漿液的選擇。在灌漿施工中，漿液的選擇非常重要，在很大程度上直接關(guān)系到施工的費(fèi)用以及支洞工程涌水封堵的效果。因此灌漿材料和配漿工作一直是灌漿施工中的重難點(diǎn)問題。由于灌漿目的以及地質(zhì)條件的不同，所需漿液基本材料和各種材料的配合比都有較大的變化，該支洞涌水封堵工程中對(duì)漿液有以下幾點(diǎn)性能要求：①漿液應(yīng)具備良好的流動(dòng)性，粘度不宜過大，以有利于增大漿液的擴(kuò)散范圍和灌注施工；②漿液應(yīng)具備較好的穩(wěn)定性且析水率應(yīng)較低，因如果固體顆粒過早的析水沉淀，將會(huì)影響到漿液的有效灌注；③漿液中水泥顆粒或其它材料顆粒應(yīng)具備一定的細(xì)度，以便于填充支洞掌子面中的細(xì)微裂隙。

3.6.2 灌漿次序。鉆孔與灌漿應(yīng)按照分序加密的原則分步進(jìn)行。采用分序加密的方式進(jìn)行灌漿操作，有利于漿液得到逐漸擠壓密實(shí)，并加強(qiáng)工程中灌漿區(qū)域的連續(xù)性。通過逐步提升灌漿的壓力，也有利于提高漿液的密實(shí)性以及漿液的擴(kuò)散。

3.6.3 灌漿方式。根據(jù)灌漿時(shí)漿液灌注和流動(dòng)的特點(diǎn)，灌漿方式主要可分為純壓式和循環(huán)式兩種。純壓式是指較為簡(jiǎn)單的將漿液沿灌漿管壓入鉆孔而不需要循環(huán)，通常使用較濃漿液灌注。在該工程支洞涌水封堵中，采用了循環(huán)式灌漿，循環(huán)式灌漿是指漿液在內(nèi)外兩管孔隙間循環(huán)的方式，這種方式可使?jié){液在孔段中始終保持流動(dòng)狀態(tài)，不僅減少了顆粒的沉淀，而且提高了灌漿的質(zhì)量。

3.6.4 灌漿壓力的控制。灌漿壓力，通常是指作用在灌漿段中部的壓力，也是控制灌漿質(zhì)量和提高灌漿經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。灌漿壓力如無法良好的控制，會(huì)導(dǎo)致支洞巖石面出現(xiàn)抬動(dòng)現(xiàn)象，不僅容易導(dǎo)致灌漿施工的中斷，而且使灌漿質(zhì)量無法得以保障，進(jìn)而影響到整個(gè)支洞涌水封堵的施工質(zhì)量。因此在涌水封堵的施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)灌漿壓力的控制和調(diào)整。

灌漿壓力的確定，一方面其壓力大小與地質(zhì)條件、涌水壓力以及孔深等有關(guān)，該涌水封堵工程中灌漿壓力的選擇應(yīng)超過涌水壓力的1～1.5MPa左右；另一方面灌漿壓力應(yīng)以壓水試驗(yàn)所確定的臨界壓力作為依據(jù)。

3.6.5 漿液濃度的控制。當(dāng)漿液濃度過高時(shí)，會(huì)影響其流動(dòng)性，導(dǎo)致漿液不能有效灌入進(jìn)細(xì)小裂隙中；當(dāng)漿液濃度過低時(shí)，雖然流動(dòng)性好，但固結(jié)質(zhì)量和防滲性能都大為降低。因此在灌漿施工過程中應(yīng)準(zhǔn)確掌握漿液濃度變化的尺度，加強(qiáng)對(duì)漿液濃度的控制。漿液濃度變換的控制應(yīng)遵循由稀到濃的原則，并根據(jù)灌漿壓力和吸漿率的變化，對(duì)漿液的稠度進(jìn)行適時(shí)的調(diào)整。

3.6.6 灌漿的結(jié)束條件與封孔。灌漿的結(jié)束條件，通?？赏ㄟ^兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制，一項(xiàng)指標(biāo)是閉漿時(shí)間，即在殘余吸漿量不變的情況下，能保持設(shè)計(jì)規(guī)定壓力的持續(xù)時(shí)間；另一項(xiàng)指標(biāo)是殘余吸漿量，即最后的限定吸漿量。在該涌水封堵工程中，當(dāng)吸漿率在1L/min以下且滿足設(shè)計(jì)終灌壓力后，再持續(xù)注漿十分鐘左右即可結(jié)束。

封孔采用全孔注漿封孔法，因工程中灌漿孔較少，可在灌漿施工完成后再進(jìn)行集中封孔，孔口處使用砂漿抹平。

4 結(jié)束語

本文著重研究和探討了施工支洞涌水封堵技術(shù)在水電站建設(shè)中的應(yīng)用以及相關(guān)注意問題，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程建設(shè)提供一定的參考與借鑒，以此促進(jìn)水電站工程建設(shè)能得到更好的應(yīng)用與發(fā)展。

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