壓力鋼管預(yù)埋管灌漿法在錦屏一級水電站的應(yīng)用

秦永濤，宋 慧，計海力

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津市 300222）

1 工程概述

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，是雅礱江干流水能資源最富集的中、下游河段5個梯級水電開發(fā)的第一級，是雅礱江中下游河段的龍頭水電站。壩址位于普斯羅溝與手爬溝之間1.5km長的河段上，河流流向N25°E，河道順直而狹窄。電站以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等作用。壩址控制流域面積102560km2，多年平均流量1200m3/s。樞紐建筑物為混凝土雙曲拱壩、壩身孔口及壩后水墊塘和二道壩、右岸泄洪洞和右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)的樞紐布置格局。水庫正常蓄水位1880m，壩高305m，水庫庫容77.6億m3，為年調(diào)節(jié)水庫。電站裝機(jī)容量3600MW，年發(fā)電量166.2億kWh，工程于2005年9月獲國家核準(zhǔn)開工建設(shè)，目前已投產(chǎn)發(fā)電。

2 壓力鋼管概述

錦屏一級水電站6條壓力管道平行布置，單條壓力管道長約500m，內(nèi)徑9.0m，單機(jī)引用流量337.40m3/s，管道末端最大壓力值為3.25MPa。為減少管道滲漏對壩肩穩(wěn)定影響，管道從大壩防滲帷幕處開始采用鋼板襯砌，上平段及部分斜井段采用16MnR鋼板，板厚24～36mm，6條管道16MnR鋼材用量約9700t，斜井段中部開始使用低焊接裂紋敏感性600MPa級高強(qiáng)鋼，板厚36～62mm，高強(qiáng)鋼總用量約11040t。

1～6號每條壓力管道鋼襯段中的上平段、上彎段、下彎段、下平段均布置有回填灌漿、接觸灌漿，回填灌漿范圍為隧洞頂部120°區(qū)域2、3孔交錯布置，接觸灌漿為管道底部90°區(qū)域2、3孔交錯布置。

3 高強(qiáng)鋼段灌漿方案調(diào)整

壓力鋼管下平段為600MPa級高強(qiáng)鋼，根據(jù)設(shè)計要求，壓力鋼管下平段需要進(jìn)行回填灌漿及接觸灌漿，并在壓力鋼管相應(yīng)部位開設(shè)D50灌漿孔。灌漿孔排距1.8m，每排共布置6個灌漿孔，6條管道開孔數(shù)量較多。原設(shè)計方案高強(qiáng)鋼開D50灌漿孔細(xì)部結(jié)構(gòu)見圖1。

根據(jù)相關(guān)工程實例，灌漿孔堵頭的焊接容易產(chǎn)生裂紋，焊接難度大，焊接質(zhì)量難以保證。國內(nèi)已建電站中出現(xiàn)過采用焊接法封堵高強(qiáng)鋼壓力鋼管灌漿孔后，壓力鋼管出現(xiàn)不同程度的焊接裂紋，裂紋后期處理難度大。若裂紋未及時發(fā)現(xiàn)，在高壓水的作用下會致使內(nèi)水外滲，管道外水壓力增大，給壓力鋼管及地下廠房等的安全運行帶來不利影響。

因此，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，結(jié)合其他工程施工經(jīng)驗，經(jīng)工程參建各方充分分析、研究，決定取消壓力鋼管中的灌漿孔，改用在壓力鋼管管壁預(yù)埋DN25鋼管進(jìn)行灌漿來滿足相關(guān)灌漿要求。壓力管道預(yù)埋灌漿管典型橫斷面見圖2。

圖1 灌漿孔示意圖Fig．1 Grouting hole diagram

圖2 灌漿預(yù)埋管典型斷面Fig．2 Typical section of grouting preburied pipe

4 回填灌漿

回填灌漿在混凝土澆筑完成7天后進(jìn)行，灌漿范圍為管道頂部120°區(qū)域。

4.1 施工工藝

回填灌漿采用預(yù)埋管。

4.2 預(yù)埋灌漿管

灌漿（回漿）主管在標(biāo)準(zhǔn)段布置于鋼管加勁環(huán)外側(cè)，并與加勁環(huán)間點焊鋼筋固定，主管上對應(yīng)支管位置開孔孔徑為DN25。針對局部超挖較大的部位，單獨埋設(shè)2根DN25鋼管，一根用于排氣、排水，另一根用于灌漿完成后進(jìn)行灌漿檢查。其中，用于檢查的鋼管管口用橡膠塞堵管，后期檢查時用壓力漿液將其沖開。主管和支管現(xiàn)場定位時，宜根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行確定。每4排支管共用1根灌漿主管，所有灌漿主管均引出倉外1.0m左右，并進(jìn)行編號辯識。

灌漿分段進(jìn)行，具體視混凝土澆筑分塊長度而定，一般12～24m為一段。在混凝土澆筑過程中，應(yīng)采取必要措施，保證預(yù)埋支管不位移，其縫隙保護(hù)不破壞，防止堵塞。

4.3 灌漿方法

灌漿采用自頂部兩側(cè)低處孔向高處孔灌。灌漿順序為：先灌頂部兩側(cè)的2、3號管，在上部的1號管回漿量、濃度與進(jìn)漿量、濃度相同時，再將1、2、3號管并管灌注（灌漿管編號為頂部為1號管，兩側(cè)45°范圍處分別為2、3號管）。

4.4 灌漿壓力

按設(shè)計文件要求采用0.3MPa的壓力進(jìn)行灌注。

4.5 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計規(guī)定壓力下，當(dāng)灌漿孔停止吸漿時，延續(xù)灌注10min即可結(jié)束。回填灌漿和檢查孔作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)使用水泥砂漿將鉆孔封堵密實，孔口壓擠齊平。

4.6 質(zhì)量檢查

根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5148—2001），鋼襯部位回填灌漿工程質(zhì)量檢查可采用預(yù)埋專用灌漿管的無鉆孔方式，在該部位灌漿結(jié)束7d或28d以后進(jìn)行。檢查孔布置在頂拱中心線和脫空較大的部位。

回填灌漿工程質(zhì)量檢查的合格標(biāo)準(zhǔn)為：單孔注漿試驗，向檢查孔內(nèi)注入水灰比為2的水泥漿，壓力與灌漿壓力相同，初始10min內(nèi)注入漿量不大于10L為合格。

經(jīng)檢測，回填灌漿工程質(zhì)量符合規(guī)范要求。

4.7 效果對比

采用預(yù)埋管法回填灌漿，可以在塌方區(qū)或者大范圍超挖區(qū)單獨設(shè)置灌漿管或提升回填灌漿管高度，確保空腔較大區(qū)域回填密實。

回填灌漿在混凝土澆筑完成7天后進(jìn)行，采用預(yù)埋灌漿管法回填灌漿可隨壓力鋼管制安、混凝土澆筑進(jìn)行施工。

相對傳統(tǒng)管壁開孔灌漿法，采用預(yù)埋管進(jìn)行回填灌漿，既避免了高強(qiáng)鋼開孔問題，又對空腔較大區(qū)域灌漿質(zhì)量更有保證，且可以減少施工干擾、縮短施工工期。

5 接觸灌漿

接觸灌漿在混凝土澆筑完成60d后進(jìn)行，灌漿范圍為隧洞底部90°區(qū)域。

5.1 施工工藝

接觸灌漿采用預(yù)埋管。

5.2 預(yù)埋灌漿管

灌漿（回漿）主管在標(biāo)準(zhǔn)段布置于鋼管加勁環(huán)外側(cè)，并與加勁環(huán)間點焊鋼筋固定，每4排支管共用一根灌漿主管，所有灌漿主管均引出倉外1.0m左右，并進(jìn)行編號辯識。

灌漿主管上對應(yīng)支管位置開孔并焊接DN25鋼管引到壓力鋼管外壁，加勁環(huán)之間均布設(shè)2根灌漿支管。為確保灌漿效果和灌漿孔的通暢性，灌漿支管用∠50mm×50mm角鋼保護(hù)。角鋼與鋼管外壁預(yù)留5mm縫隙，縫隙處外涂工業(yè)肥皂，防止混凝土澆筑時堵塞。角鋼在加勁環(huán)之間全長布設(shè)，灌漿時有利于漿液擴(kuò)散。

接觸灌漿分段進(jìn)行，具體視混凝土澆筑分塊長度而定，一般12～24m為一段。在混凝土澆筑過程中，應(yīng)采取必要措施，保證預(yù)埋支管、角鋼不位移，其縫隙保護(hù)不破壞，防止堵塞。接觸灌漿管路布置圖詳見圖3、圖4所示。

圖3 接觸灌漿管大樣圖Fig．3 Contact grouting pipe drawing

圖4 接觸灌漿管布置Fig．4 Arrangement of contact grouting pipe

5.3 灌漿前準(zhǔn)備

灌漿前應(yīng)用潔凈的壓縮空氣檢查預(yù)埋灌漿管的串通情況，同時打開固結(jié)灌漿塞，檢查固灌管口與空腔之間的關(guān)系，并用風(fēng)吹除灌漿管路和鋼襯空腔內(nèi)的污物和積水，風(fēng)壓應(yīng)小于灌漿壓力。

5.4 灌漿方法

灌漿采用自低處孔向高處孔灌，由于接觸灌漿的輸漿管及排水、排氣管都埋設(shè)了2根支管，底部灌漿管分別為1、2管，兩側(cè)的灌漿管分別為3、4、5、6管，灌漿順序為：先灌底部的1、2管，觀測上部兩側(cè)管路的回漿情況，若底部的1、2管與上部兩側(cè)的3、4、5、6管沒有貫通，則1、2管，3、4管，5、6管可形成各自單個獨立的循環(huán)灌漿管路進(jìn)行灌漿，當(dāng)灌漿管中回漿量、濃度與進(jìn)漿量、濃度相同時，再將1～6管并管灌注。接觸灌漿管路布置詳見圖5。

灌漿過程中，安排專人對壓力鋼管進(jìn)行敲擊，確保漿液將縫隙充填密實。

圖5 接觸灌漿管順序布置圖Fig．5 Sequence layout of contact grouting pipe

5.5 灌漿壓力

按設(shè)計文件要求采用0.2MPa的壓力進(jìn)行灌注，灌漿過程中應(yīng)嚴(yán)格控制灌漿壓力，防止鋼管變形。

5.6 漿液配比

漿液水灰比（重量比）采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1共3個比級，使用漿液濃度視預(yù)埋管通風(fēng)的串通情況而定，在貫通條件好的情況下，可從最濃級漿液開灌，原則上盡可能灌注濃漿。

5.7 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計壓力下，灌漿孔停止吸漿，繼續(xù)灌注5min，灌漿即可結(jié)束。灌漿結(jié)束后應(yīng)將所有灌漿引管、排氣引管及支管灌滿，將多余灌漿管切除，用砂漿進(jìn)行人工封孔，將孔口磨平。

5.8 質(zhì)量檢查

接觸灌漿前，采用錘擊法對6條壓力管道下平段進(jìn)行了第一次脫空區(qū)檢查及脫空面積記錄，繪制出脫空范圍圖，便于灌漿后進(jìn)行對比檢查。接觸灌漿結(jié)束14d后采用錘擊法檢查，經(jīng)檢查經(jīng)過預(yù)埋管接觸灌漿后灌漿前的脫空區(qū)均被充填，無明顯二次脫空，符合規(guī)范要求。

6 結(jié)束語

錦屏一級水電站壓力鋼管高強(qiáng)鋼段采用預(yù)埋管代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼板開孔方式進(jìn)行回填灌漿和接觸灌漿，經(jīng)質(zhì)量檢查，滿足規(guī)范要求。

采用預(yù)埋管對壓力鋼管灌漿，可確保施工質(zhì)量、縮短施工工期、簡化施工工序，有效地避免了高強(qiáng)鋼開孔后封堵焊接產(chǎn)生裂紋給后期電站運行帶來安全隱患。該方法尤其適用于操作空間有限不利于焊接過程鋼板加熱或者施工期存在地下水影響灌漿孔封堵焊接的情況。

[1] 水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范[S]． NB/T 35056-2015．Design Code for Steel Penstocks of Hydroelectric Stations[S]． NB/T35056-2015．

[2] 陳海波．水電站壓力鋼管管壁灌漿孔堵頭設(shè)計及其施工[J]．水電與新能源，2011：8-9．CHEN Haibo． The design and construction of grouting hole bulkhead of power station penstock wall[J]．Hydropower And New Energy，2011：8-9．

[3] 陳子海．預(yù)埋灌漿管在毛兒蓋水電站壓力鋼管中的應(yīng)用[J]．四川水力發(fā)電，2011：143-145．CHEN Zihai． Grouting pipe applicationin in Maoergai hydropower station penstock [J]． Sichuan Water Power，2011 ：143-145．

[4] 李祥．沙沱水電站壓力鋼管接觸灌漿施工方法及監(jiān)理控制[J]．四川建材，2014：134-135．LI Xiang． Construction method and supervision control of pressure pipe contact grouting in Sha tuo hydropower Station [J]．Sichuan Building Materials，2014 ：134-135．

[5] 韓守國． FUKO管在小浪底工程壓力鋼管接觸灌漿中的應(yīng)用[J]．人民黃河，2000：42-43．HAN Shouguo． Application of FUKO tube in contact grouting steel pressure conduit in Xiaolangdi project[J]．Yellow River，2000：42-43．