金平水電站氣墊式調壓室無蓋重固結灌漿試驗研究

李俊峰

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

金平水電站氣墊式調壓室無蓋重固結灌漿試驗研究

李俊峰

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

金平水電站氣墊式調壓室為布置在灰巖及白云巖、小規模斷層及節理裂隙帶的地下洞室，在施工前通過無蓋重固結灌漿試驗來驗證洞室圍巖加固效果與固結灌漿施工的可行性。文章著重闡述通過試驗確定灌漿工藝、灌漿壓力以及合理的施工程序，并介紹圍巖抬動觀測情況，為該類洞段灌漿設計和施工提供依據。

氣墊式；調壓室；無蓋重；固結灌漿；試驗；水電站

1 工程概況

金平水電站氣墊式調壓室開挖斷面為城門洞型，尺寸為74.4m×11.4m×16.25m（長×寬×高），開挖底板高程2634.200～2633.460，底板縱坡1%。工程部位均為泥盆系中統下段灰白～灰色厚層含生物屑粉、細晶灰巖、含生物骨屑結晶灰巖、白云石化結晶灰巖，巖體微新，巖層走向與洞軸線交角較小，無區域性大斷裂通過，主要地質構造為小規模斷層及節理裂隙帶。圍巖分類以Ⅲ類為主，小規模斷層及節理裂隙密集帶圍巖屬Ⅳ類。

2 無蓋重固結灌漿試驗

2.1 試驗目的

本試驗目的如下：①確定灌漿工藝、方法、壓力、裂隙沖洗、測試巖體透水率。采用有效、可靠、經濟、合理的灌漿方法；②灌漿試驗可推薦合理的施工程序、良好的灌漿施工工藝、合宜的灌漿材料、灌漿設備、鉆孔設備等；③在無蓋重高壓灌漿的情況下，觀察巖石抬動情況，為制訂安全防護措施提供依據。

2.2 試驗準備

（1）試驗地點選擇：①本試驗選擇調壓室交通洞一段10m距離的頂拱范圍內作為灌漿試驗區（樁號氣J0+343.57～氣J0+352.57）；②試驗孔布置：根據氣墊式調壓室布孔原則和分序加密的原則進行布置；試驗孔布置4排，每排布置3孔，合計共12孔；③試驗檢查孔設置：布置3孔。氣墊式調壓室固結試驗孔位布置（見圖1）。

圖1 氣墊式調壓室固結試驗孔位布置圖

圖中TGS-a-b-c為：TGS表示調壓室固結試驗灌漿；a表示排號；b表示孔號；c表示孔序號。

（2）灌漿壓力的確定。本試驗采用灌漿壓力以回漿管壓力表讀數為準，壓力表讀數以中值為準，壓力表指針擺動范圍小于灌漿壓力的20%，擺動幅度應做記錄。灌漿自動記錄儀應記錄間隔時段內灌漿壓力的平均值和最大值。

（3）灌漿材料選擇。試驗灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，水泥品質符合GB175-2007的要求。試驗中發現普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥進行無蓋重固結灌漿達不到設計要求的，進行了第二次試驗，第二次試驗采用干磨或濕磨細水泥以及超細水泥，其結果符合設計要求。

（4）灌漿設備機具配置。本試驗灌漿施工設備及機具配置：SNS-130/20高壓注漿泵、JJS-2B雙層儲漿攪拌桶、中大華瑞灌漿自動監測系統、量程6MPa～10MPa壓力表、高壓鋼絲編織灌漿管、高壓耐蝕閥門、灌漿膨脹模袋、密度計、婆梅氏比重計、溫度計等。高壓注漿泵性能參數見表1。

表1 高壓注漿泵性能參數

2.3 試驗方法

（1）固結試驗灌漿施工工藝。本試驗段氣墊式調壓室固結試驗灌漿施工工藝（見圖2）。

（2）試驗孔鉆孔。在鉆孔時對鉆孔過程中發現的各種情況如涌水、失水、塌孔、掉塊、卡鉆、斷裂構造、巖性變化等作了詳細記錄，并反映在鉆孔綜合成果表中，作為分析灌漿質量的基本資料。

（3）鉆孔孔徑。本試驗普通灌漿孔采用沖擊器鉆進，孔徑均為Φ75。本試驗檢查孔采用金剛石回旋鉆進并取芯，孔徑均為Φ75。

（4）鉆孔段長。固結灌漿鉆孔分段長度采用自下而上分段，具體為：固結試驗灌漿孔深15m，鉆孔分為三段，第一段為2～5m（孔口2m不灌作為蓋重層），第二段為5～10m，第三段為10～15m。

2.4 鉆孔沖洗及壓水試驗

（1）鉆孔沖洗。鉆孔沖洗注意事項：①灌漿孔當前段次鉆孔結束后，用壓力水進行全孔一次性沖洗，沖洗時間至回水清靜后10min為止，孔內殘留巖心或沉淀厚度不宜超過20cm。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，當其值大于1MPa時采用1MPa；②在遇巖溶、斷層、大裂隙等地質條件較復雜的區域，其灌漿孔的裂隙沖洗采用脈動沖洗；③灌漿孔（段）裂隙沖洗后，立即對該孔（段）應進行連續灌漿作業，因故中斷時間間隔超過24h的，

在灌漿前重新進行裂隙沖洗。

圖2 氣墊式調壓室固結試驗灌漿施工工藝圖

（2）壓水試驗，各孔、段灌漿前均要求做壓水試驗。壓水是用一定的壓力向一段無護壁的鉆孔內壓水，記錄單位時間內的漏水量，從而得出這段巖層原位透水性的一種方法，是測定巖石滲透性最常用的一種滲透方法。通過壓水，了解巖石的滲透性，為確定開灌水灰比提供依據；對比灌前、灌后巖石透水性變化情況，為灌漿效果檢查評比提供依據。

固結灌漿孔灌漿前的壓水試驗應在鉆孔沖洗后進行，壓水試驗采用單點法壓水試驗進行。單點法壓水試驗按DL/T5148-2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》執行。灌前的壓水試驗全按單點法壓水方式進行，壓水壓力為灌漿壓力的80%，壓水25min，每5min測讀一次壓入流量，取最終值作為計算巖體透水率q值的計算值。

2.5 灌漿

本試驗段固結灌漿孔采用高壓膨脹栓塞進行“孔內阻塞、自上而下分段”法灌注。固結灌漿壓力一般情況下應采用一次升壓法控制灌漿壓力，灌漿時應盡快達到設計壓力值，高壓固結灌漿過程中，灌漿壓力和注入率必須相適應，當灌漿壓力大于4MPa時，注入率應小于10L/min。

3 試驗區抬動變形觀測

3.1 抬動變形觀測的目的

合理地應用高灌漿壓力是保證和提高灌漿效果的重要手段。但過高的灌漿壓力會導致地表的抬動變形，當這種變形超過限值時，會導致巖石開裂，影響灌漿效果和造成漿液的浪費。為了觀測在壓水、灌漿過程中可能引起的巖體變形，在試驗區區域內布置抬動觀測孔，其監測的目的是為了確定在基巖抬動變形允許值范圍內各灌漿段最大允許灌漿壓力，以指導灌漿施工。

3.2 抬動觀測裝置安裝

抬動觀測孔孔深均為12m，抬動觀測裝置在灌漿施工前安裝完畢，在試區指定位置安設抬動觀測裝置，監測基巖的垂直抬動。抬動觀測孔鉆孔孔徑為Φ75mm，一徑到底。鉆完后安設抬動觀測裝置。

3.3 抬動變形觀測

抬動變形觀測時，需注意以下事項：①抬動變形允許值按設計要求執行，初擬小于100μm（0.1mm）；②抬動變形采用自動抬動觀測儀器并具備自動報警功能。當壓水、灌漿的壓力增大時，千分表指針指示數值將發生變化；當某一壓力基本穩定后，千分表上指示的終值減去初始值即為該壓力下基巖的抬動值；③抬動變形觀測派專人進行觀測記錄，在裂隙沖洗、壓水及灌漿等作業過程中，當變形值接近變形允許值或變形值上升速度較快時，及時報告各工序操作人員采取降低壓力措施，防止發生抬動破壞。在施工中發現超過規定的允許值，及時采取降低灌漿壓力、降低注漿率等措施；④抬動變形觀測過程中，嚴格防止碰撞，保證能在正常工作狀態下進行觀測，確保測試精度；⑤灌漿工作結束后，抬動觀測孔進行封孔處理。

4 結束語

通過對金平水電站氣墊式調壓室無蓋重固結灌漿試驗成果和變形觀測成果的分析和評價，證明了灌漿所采用的材料、灌漿壓力、設備機具的選擇以及灌漿工藝參數、灌漿方法是合理的，所采用的采用高壓膨脹栓塞進行“孔內阻塞、自上而下分段”法灌注，灌注效果明顯，極大地改善因開挖卸荷和爆破擾動造成的巖體松動影響，試驗區域完全能夠滿足設計要求，這為整個氣墊式調壓室以及今后類似地下洞室的施工和提供了充分的依據。

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[3]劉文.大型地下洞室高邊墻無蓋重固結灌漿試驗研究[J].隧道建設,2010,(3).

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