淺談清遠抽水蓄能電站引水隧洞V類圍巖洞段的灌漿處理

寇 文 博

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

?

淺談清遠抽水蓄能電站引水隧洞V類圍巖洞段的灌漿處理

寇 文 博

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

廣東清遠抽水蓄能電站引水隧洞中平洞V類圍巖洞段地質(zhì)情況極其復雜，鉆孔過程中易發(fā)生涌沙、涌泥。該洞段由于水泥漿液可灌性差等原因，還需進行化學灌漿。施工過程中，針對實際情況采用了適宜的灌漿參數(shù)和正確的施工工藝，并實施了多種有效的灌漿質(zhì)量檢測方法，取得了較好的效果。

V類圍巖；灌漿參數(shù)； 施工工藝；質(zhì)量檢查；清遠抽水蓄能電站

1 概 況

清遠抽水蓄能電站位于廣東省清遠市清新縣太平鎮(zhèn)境內(nèi)，裝機容量為1 280 MW，水庫正常蓄水位高程為612.5 m，設計洪水位高程為613.13 m，上庫死水位高程為587 m。樞紐工程由上水庫、下水庫、引水發(fā)電系統(tǒng)組成。

V類圍巖洞段位于水道系統(tǒng)的中平洞上游(Y0+607.5～Y0+649.5),處理長度為42 m。該洞段巖性為燕山三期花崗巖，巖體呈整體結構，完整性好，除斷層帶為全風化狀外，其余均為弱～微風化狀。0+613～0+645段因斷層f80、f20、f24及裂隙的相互切割，工程地質(zhì)條件差。

該洞段在短短的42 m長度范圍內(nèi)存在4條斷層、3組節(jié)理裂隙，地質(zhì)構造異常復雜(圖1)。

圖1 中平洞縱剖面地質(zhì)構造圖

(1)斷 層。

該洞段開挖時揭露出3條規(guī)模較大的斷層、1條規(guī)模較小的斷層，共4條，分述如下：

f413斷層產(chǎn)狀為N74°W/SW∠80°,寬0.1～0.4 m，斷層帶物質(zhì)為全風化硅化構造角礫巖，圍巖中見高嶺土化蝕變，沿斷層帶有地下水滲滴狀出露。

f24斷層產(chǎn)狀為N70°W/SW∠75°～80°,由三條平行的斷層組成，寬度分別為1.5 m、2 m和1 m，斷層帶物質(zhì)為全風化構造角礫巖，圍巖見高嶺土化蝕變，沿斷層帶有地下水滲滴～線流狀出露，0+641樁號有股狀水(Q=5～6 L/min)，受斷層f20及其平行裂隙的相互切割，該斷層的圍巖極不穩(wěn)定， 開挖時出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。

f20斷層產(chǎn)狀為N24°E/NW∠85°，寬1 m，斷層帶物質(zhì)為全風化構造角礫巖，圍巖見高嶺土蝕變，沿斷層帶有地下水滲滴狀出露，與f80、 f24斷層互相切割，造成該段圍巖不穩(wěn)定。

f80斷層產(chǎn)狀為EW/S∠80°，寬2 m，斷層帶物質(zhì)為全風化構造角礫巖，圍巖見高嶺土化蝕變，沿斷層帶有地下水滲滴狀出露。

(2)節(jié)理裂隙：該洞段節(jié)理裂隙按走向統(tǒng)計可分為3組，分述如下：

NWW向組：N74°W/SW∠80°，J23，裂隙不發(fā)育，零星分布于整個洞段，陡傾角，基本平行于斷層f24，裂隙走向與洞軸線夾角較小，呈張開狀，裂面粗糙，延伸長，充填泥質(zhì)、鈣質(zhì)，鐵錳質(zhì)渲染，有地下水滲滴狀出露。

NNW向組：N14°W/SW∠80°，J24，分布樁號0+620～0+690，裂隙不發(fā)育，零星分布，陡傾角，閉合～微張狀，充填鈣質(zhì)，裂隙走向基本與斷層f24、f80走向垂直，使斷層處洞段圍巖不穩(wěn)定。

NNE向組：N24°E/NW∠85°，J25，裂隙不發(fā)育，零星分布，平行于斷層f20，陡傾角，閉合～微張狀，充填泥質(zhì)、鈣質(zhì)，與斷層f24、f80相互切割，使斷層處圍巖不穩(wěn)定。

(3)地下水。

該洞段除斷層帶和沿近東西向及北西西向組節(jié)理裂隙有滲滴～股狀水出露外，其余洞段干燥。

2 灌漿施工存在的難點

(1)將該洞段灌漿量增加到10 440 m，孔深為12 m，原投標文件中的施工工藝已不能適應實際現(xiàn)場施工要求。

(2)根據(jù)灌漿檢查情況，工程量呈漸進式增加，而隧洞原定充水工期不變。

(3)該洞段地質(zhì)情況極其復雜，巖石裂隙發(fā)育，有三條較大的斷層以及裂隙在該洞段交匯，在鉆進過程中易發(fā)生卡鉆，部分灌漿孔流沙、涌泥形成塌孔。

(4)該洞段在開挖期間支護類型復雜，主要有工字鋼、連接筋、鋼筋網(wǎng)片、系統(tǒng)錨桿、超前錨桿、隨機錨桿、鎖腳錨桿及超前小導管等，在鉆進過程中極易碰到鋼筋和錨桿等。

3 灌漿參數(shù)與采取的施工工藝

由于該部位工程量的大量增加，且在隧洞充水工期不變的情況下，采取了一系列趕工應對措施。針對地質(zhì)情況復雜的現(xiàn)狀，改進了施工工藝，采用地質(zhì)鉆機回旋鉆進與沖擊鉆進相結合及分段多循環(huán)灌漿的施工工藝；在灌漿過程中，采用復合灌漿的施工工藝，保證了灌漿質(zhì)量；灌漿結束后，采用多種方法檢查灌漿質(zhì)量，有效地保證了該洞段的灌漿質(zhì)量。

3.1 加快鉆灌的施工措施

建立了施工項目進度和質(zhì)量控制的組織系統(tǒng)及目標控制體系，成立了快速應變工作小組，發(fā)現(xiàn)問題當場解決，不推不拖，化解矛盾，減少了工期損失并增加了資源投入。

為加快鉆灌進度，將2臺地質(zhì)鉆機固定在鉆灌平臺上，將鉆機的回轉(zhuǎn)器中心處于隧洞中心線上。2臺地質(zhì)鉆機回轉(zhuǎn)器中心之間的水平距離正好為同序排灌漿孔之間的距離。在灌漿施工過程中，嚴格按照施工順序，從下游向上游灌漿，盡量完成同序灌漿孔的鉆孔施工。

該段灌漿以水泥灌漿為主，化學灌漿為輔，在水泥灌漿結束后進行化學灌漿補強。

(1)水泥灌漿參數(shù)。

在Y0+607.582～Y0+649.582Ⅴ類圍巖段，固結灌漿為每圈15個孔，排距1.5 m，入巖12 m，將灌漿壓力控制在4.5 MPa。每孔分為兩個灌漿段，第一段鉆進長度為6 m，將栓塞置于混凝土襯體內(nèi)逐級加壓施灌，以4.5 MPa壓力結束灌漿。第二段鉆進長度為設計孔深，將栓塞置于已灌漿段內(nèi)1 m處施灌，逐級加壓，以該洞段相應設計壓力結束灌漿。Ⅴ類圍巖灌漿起始水灰比為3∶1。施工時先施工Ⅰ序排，再施工Ⅱ序排，環(huán)內(nèi)先Ⅰ序孔，再Ⅱ序孔，灌漿時由低處往高處，從底孔往頂孔灌注。

(2)化學灌漿參數(shù)。

中平洞V類圍巖化學灌漿處理總長度為42 m，分三個單元，每個單元為14 m長，9或10環(huán)，排距為1.5 m,孔間距約2 m,每環(huán)布置15個灌漿孔。灌漿孔采用梅花型布置，分兩序進行灌漿。采用純壓式全孔一次灌漿法，鉆入基巖7.5 m為1段，阻塞于基巖50 cm處或阻塞于混凝土內(nèi)進行化學灌漿，化學灌漿壓力為4.5 MPa。

(3)鉆孔工藝。

采用正確的鉆孔工藝。利用XY-2型地質(zhì)鉆鉆孔，采用前期混凝土施工預埋灌漿管的辦法。前期采用金剛石鉆頭回旋鉆進，磨穿位于開挖線外的工字鋼、連接筋、鋼筋網(wǎng)片、系統(tǒng)錨桿、超前錨桿、隨機錨桿、鎖混凝土錨桿及超前小導管等。當鉆孔鉆進1 m后，將回旋鉆頭更換為沖擊鉆頭，避免了打斷襯砌鋼筋且有效地解決了鉆孔過程中的卡鉆現(xiàn)象，提高了施工效率，保證了隧洞充水工期。

上述灌漿參數(shù)和施工方法的實施，有效地解決了該洞段圍巖類別復雜且節(jié)理裂隙較多(其中充填泥質(zhì)、鈣質(zhì)，裂隙開度微細)、單純水泥灌漿存在水泥漿液灌注不進漿、壓水呂榮值較大的問題；同時解決了該段斷層交錯發(fā)育、圍巖局部存在高嶺土蝕變現(xiàn)象，在開孔進行水泥灌漿過程中遇到斷層處經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆、涌沙、涌泥的問題。

3.2 多種灌漿質(zhì)量檢測方法相結合

該洞段在灌漿結束后，按規(guī)范要求進行了回填灌漿的壓漿試驗及固結灌漿的壓水試驗。

中平洞作為高水頭電站的關鍵建筑物,須根據(jù)洞內(nèi)靜水壓力設計最小覆蓋厚度,并要求洞內(nèi)靜水壓力小于圍巖最小地應力。對于斷層破碎帶，需校核斷層結構的抗劈裂強度。另外，為校核襯砌和圍巖結構系統(tǒng)的穩(wěn)定性和防滲性能，需對鉆孔實施該段巖體的壓水試驗、聲波試驗、鉆孔取芯及彈模試驗，獲得該部位巖體的抗?jié)B性能、彈性模量與變形模量。鉆孔變形試驗與地質(zhì)取芯、高壓壓水、水力劈裂試驗共用鉆孔。中平洞塌方段水泥化學灌漿鉆孔變形試驗在水泥灌漿后、化灌前布置了3個孔，化灌后布置了5個孔，具體孔位布置由設計、業(yè)主和監(jiān)理指定。

聲波檢測分三個階段進行檢查：階段Ⅰ(固結灌漿前)，階段Ⅱ(水泥灌漿結束后28 d)，階段III(化學灌漿結束后28 d)。通過對比不同階段的檢測成果，對灌漿效果進行了分析，其中第三方檢測在化學灌漿結束后28 d進行。聲波檢測成果見表1。

表1 Ⅴ類圍巖洞段各階段聲波檢測成果表

彈模檢測分兩個階段進行檢查：階段Ⅰ(固結灌漿后)，階段Ⅱ(化學灌漿結束后28 d)。通過對比不同階段的檢測成果，對灌漿效果進行分析。

變形試驗采用CJBE91-Ⅰ型鉆孔彈模儀，該鉆孔彈模儀最大工作壓力可達70 MPa，活塞最大行程為15 mm，變形量測精度達0.001 mm。試驗利用儀器內(nèi)部的四個千斤頂活塞推動兩塊剛性承壓板對鉆孔壁巖體施加一對稱的條帶荷載。在承壓板上裝有LVDT線性差動變壓器式位移傳感器，用于測量鉆孔孔壁巖體在加載時的徑向變形。

分段壓水檢查的分段壓水段長1.5 m，采用分段鉆進、分段壓水的方式。第一段栓塞須位于混凝土襯砌上，以檢查混凝土襯砌和圍巖交界處的薄弱部位，壓力為1 MPa；第一段后，以充分取得蝕變帶或破碎帶段壓水試驗值為原則，可以適當調(diào)整壓水塞位。中平洞檢查壓力為3.6 MPa。

高壓壓水檢查分兩個階段進行檢查：階段Ⅰ(固結灌漿前)，階段Ⅱ(化學灌漿結束后28 d)。通過對比不同階段檢查成果，對灌漿效果進行分析。多點壓水栓塞位于斷層以外0.5 m，試驗壓力以1MPa為級差逐級升壓至4.5 MPa。

鉆孔取芯檢查嚴格按照設計布置的取芯孔進行施工，取芯采用雙套管小進尺進行，對于蝕變帶或破碎帶盡可能采用干鉆，采取率要求達到85%以上；巖芯要按順序擺放，每回次進尺必須詳細記錄清楚。

為保證灌漿質(zhì)量檢查的科學性、客觀性、準確性，該洞段還引入了第三方檢測，最終檢測成果顯示該洞段灌后平均最大透水率僅為0.31 Lu，遠小于設計不大于1 Lu的灌漿質(zhì)量防滲要求。具體試驗統(tǒng)計參數(shù)見表2。

表2 Ⅴ類圍巖洞段灌漿檢查孔壓水試驗(第三方檢測)統(tǒng)計表

4 結 語

清遠抽水蓄能電站在中平洞灌漿施工過程中，克服了工作面狹小、地質(zhì)條件差、工作任務量大、施工難度大的難題，采取了正確的灌漿參數(shù)和適宜的灌漿施工工藝以及多種質(zhì)量檢查試驗相結合的措施，有效地提高了隧洞灌漿的施工進度，取得了良好的灌漿效果。

(責任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7;TV554；TV743；TV543

B

1001-2184(2017)03-0075-04

寇文博(1987-)，男，河北衡水人，項目工程質(zhì)量部主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.