小天都水電站氣墊式調壓室交通洞封堵化學灌漿設計

徐 威， 殷 佳 霞

(1. 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2. 中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

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小天都水電站氣墊式調壓室交通洞封堵化學灌漿設計

徐 威1， 殷 佳 霞2

(1. 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2. 中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

小天都水電站是我國較早采用氣墊式調壓室的工程之一，該工程氣墊式調壓室經多方論證研究采用“以水幕防滲為主，圍巖防滲為輔，水幕上布置灌漿帷幕”的聯合防滲結構型式。為更好地解決我國復雜地質條件下氣墊式調壓室高壓氣體滲漏問題，小天都水電站率先在國內氣墊式調壓室高壓氣體封堵中引入并成功應用化學灌漿技術，對化學灌漿技術的推廣及氣墊式調壓室的封堵技術研究具有重要意義。介紹了化學灌漿技術在小天都水電站氣墊式調壓室交通洞封堵防滲的應用設計，可供類似工程參考。

化學灌漿；氣墊式調壓室；閉氣防滲；設計；小天都水電站

1 工程概述

小天都水電站系瓦斯河干流梯級開發的第二級電站，采用引水式開發，調壓室采用氣墊式調壓室。調壓室區山體較雄厚，巖體為晉寧～澄江期斜長花崗巖 [γO2(4)]及少量輝綠巖脈(βμ)，圍巖以Ⅱ類為主。調壓室交通洞結合地下廠房進廠交通洞布置，長513.756 m，施工期作為施工通道，施工完建后，設置混凝土堵頭封堵。調壓室交通洞原設計斷面為4.8 m×5.85 m(寬×高)，城門洞型，堵頭段埋在水墊下以利于堵頭段的閉氣，后因施工原因現場調整為寬4.8 m，高5.85～10.82 m的漸變城門洞型，堵頭段亦大部分暴露于水墊以上，開挖揭示調壓室交通洞靠近氣室的40 m內發育有三條斷層，地質條件很不理想，從而大大增加了封堵閉氣的難度。小天都水電站氣墊式調壓室布置情況見圖1。

圖1 小天都水電站氣墊式調壓室布置簡圖

2 采用化學灌漿的必要性分析

小天都水電站氣墊式調壓室最大氣體壓力Pmax=4.48 MPa，交通洞的封堵任務為封堵高壓氣體和高壓水。開挖揭示靠近交通洞氣室的40 m范圍內發育有三條小斷層，從而大大增加了其防滲、閉氣難度。該工程防滲、閉氣設計時充分考慮了相關工程的經驗教訓，經分析認為：高壓水泥灌漿技術在封堵高壓水方面經驗較成熟，但對封閉高壓氣體效果并不理想；巖石中高壓水泥灌漿處理后未封閉的微小裂隙是氣體滲漏的主要通道。化學灌漿漿材為真溶液，相對于水泥漿液具有粘度小，流動性、可灌性好等優勢，對于水泥灌漿無法封閉的微細裂縫，化學灌漿的封閉效果要比前者好許多。因此，采用水泥灌漿與化學灌漿相結合的方式對小天都工程氣墊式調壓室主要漏氣通道進行帷幕灌漿將有效封閉巖石中的微細裂縫，達到封閉高壓水、氣體的目的。

3 調壓室交通洞封堵設計

3.1 封堵防滲方案

該工程調壓室交通洞封堵防滲方案設計主要依據相關計算成果并結合已有工程經驗及工程實際地質條件，綜合穩定與防滲、閉氣要求，堵頭封堵及襯砌段總 長 度 為 86.76 m，即 樁 號TJ0+513.756～TJ0+427.000。筆者對各分段設計方案簡述如下：

(1)TJ0+513.756～TJ0+503.756段先進行全斷面系統無蓋重高壓固結灌漿，再進行全斷面素混凝土封堵，之后進行回填灌漿；在堵頭兩端各設置一排傘狀有蓋重高壓固結灌漿及一排傘狀化學灌漿(灌漿孔孔深分別為8 m和10 m)。

(2)TJ0+503.756～TJ0+483.756段先進行灌漿廊道混凝土襯砌施工，再進行回填灌漿及全斷面系統高壓固結灌漿。在距氣室20～25 m處布置四排常規帷幕灌漿和三排化學灌漿以提高閉氣效果，帷幕灌漿孔深入基巖20 m，排距1.5 m，梅花型布置，待灌漿結束后對該段灌漿廊道進行二期混凝土封堵。

(3)TJ0+483.756～TJ0+427.000段先進行灌漿廊道混凝土襯砌施工，再進行回填灌漿及全斷面系統高壓固結灌漿。

(4)氣室交通洞灌漿壓力均為5 MPa，灌漿防滲標準采用灌后滲透系數小于1Lu(通過壓水試驗檢查)，灌漿方案見圖2。

3.2 化學灌漿材料的選取

圖2 氣墊式調壓室交通洞縱剖面及灌漿布置簡圖

目前，國內外化學灌漿材料品種較多，性能各異，最常用的化學灌漿材料可分為兩大類：一是防滲類，有水玻璃、丙烯酸鹽、水溶性聚氨酯、彈性聚氨酯和木質素漿等；二是加固補強類，有環氧樹脂、甲基丙烯酸甲脂、非水溶性聚氨酯漿等。根據該工程對化學帷幕灌漿的實際要求(即封閉水泥灌漿效果不理想的微細裂縫通道)，所需要的灌漿材料既能防滲，又要具有很高的強度。因此，經分析研究后決定采用環氧樹脂材料進行化學灌漿。所采用的環氧系列漿材需達到的主要性能指標見表1。

另外，在水庫蓄水發電后，對交通洞混凝土襯砌表面裂縫的封堵采用了聚氨酯等防滲類漿材。

3.3 化學灌漿技術要求

在選擇了適合工程實際要求的灌漿材料后，設計單位對化學灌漿的實施也提出了一定的技術要求，主要要求如下：

表1 化學灌漿材料主要性能指標表

(1)一般規定。

①化學灌漿應在水泥灌漿施工完成72 h后進行。

②灌漿壓力為5 MPa。

③灌漿前應采用丙酮、稀漿等趕水。

④化學灌漿采用自孔口向內分段鉆灌、孔口封閉、純壓式灌漿。

⑤設計壓力下灌漿滿足注入率每m小于0.01 L/min時，延續灌注時間不小于60 min，灌漿即可結束。環氧系列漿材灌漿結束后分兩個階段待凝，第一階段以灌漿結束時的壓力屏漿約4 h，第二階段閉漿直至漿液固化。

⑥全孔結束并經檢驗合格后，應及時采用“置換或壓力灌漿法”進行壓力灌漿封孔，封孔灌漿壓力為5 MPa。對于上仰孔，應采用可靠的排氣措施，以保證灌漿封填密實。封孔采用加入微膨脹劑的、水灰比為0.5∶1的水泥漿液做好封填工作；孔口未封滿部分，采用標號不低于C25的水泥沙漿抹平。

(2)特殊情況的處理。

① 化學灌漿過程中若發現冒漿、漏漿，應根據具體情況采用換水泥漿液灌注、嵌縫、表面封堵、低壓、限流、限量、加濃漿液等方法進行處理。

② 灌漿過程中發生串漿時，若串漿孔具備灌漿條件，可以同時進行灌漿，但應一泵灌一孔，否則應立即在串漿孔內串漿部位以上用灌漿塞塞住，待灌漿孔灌漿結束后，串漿孔再繼續鉆進和灌漿。

③ 灌漿工作必須連續進行，若因故中斷，須按以下原則進行處理：

a.盡可能縮短中斷時間，盡早恢復灌漿；

b.若中斷時間較長(接近漿液固化時間)，應立即沖洗鉆孔并換新漿；

c.恢復灌漿時，應采用開灌比級的漿液進行灌注。若吸漿量與中斷前相似，即可采用中斷前的漿液配比；若吸漿量較中斷前減少不多，則漿液應逐漸加濃；

d.恢復灌漿后，若吸漿量較中斷前減少很多且在極短時間內停止吸漿，應重新在附近開孔灌漿，新孔位置應征得工程師同意并按封孔要求將原孔封好。

④大量耗漿孔段的處理。

首先應酌情采取降低灌漿壓力、提高漿液濃度或縮短固化時間等措施予以解決。若耗漿量仍較大且無漏漿現象，則應停止化學灌漿，改用水泥漿液灌注后再進行化學漿材的灌注。

(3)化學帷幕灌漿。

①化學帷幕灌漿按分序加密的原則進行。該工程采用先進行上游排施工，接著進行下游排施工，最后進行中間一排施工的方式進行化學帷幕灌漿。

②化學帷幕各灌漿段應采用逐級加壓的方法達到設計允許壓力。

4 結 語

小天都水電站于2003年5月開工，2005年12月實現并網發電，在實施以上設計方案后，閉氣效果滿足設計要求，至今氣墊式調壓室運行正常。化學灌漿技術在小天都水電站氣墊式調壓室交通洞封堵中的成功運用，證明了我國現有化學灌漿施工設備及灌漿材料已能夠滿足封堵高壓氣體的要求，達到了水泥灌漿很難達到的閉氣標準，為氣墊式調壓室在我國的推廣應用起到了一定作用。我們有理由相信：隨著毒性低(甚至無毒)、粘度小、價格低廉的化學灌漿材料研究的不斷進步，化學灌漿技術在高壓水氣封堵工程中是具有發展與應用前途的。

(責任編輯：李燕輝)

2016-03-08

TV7;TV22;TV543+.2;TV543+.3;TV554

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1001-2184(2016)05-0074-03

徐 威(1977-)，男，遼寧鞍山人，副主任，高級工程師，學士，從事水工設計及勘測設計管理工作；

殷佳霞(1978-)，女，重慶長壽人，高級工程師，學士，從事水工設計工作.