某水電站超高壓引水隧洞滲水處理淺析

劉紅志，劉正文

（北方國際合作股份有限公司，北京100040）

1 工程概述

某水電站位于老撾賽松本省Phoun區(qū)，為長引水式電站，主要任務(wù)是發(fā)電，額定水頭700 m，設(shè)計(jì)引用流量14.45 m3/s，工程規(guī)模為二等大（2）型工程。引水系統(tǒng)由引水隧洞與壓力管道組成，其中引水隧洞由3段平洞（上平段、中平段、下平段），2段豎井（上豎井、下豎井）組成。

引水隧洞下平段位于樁號(hào)T4+940.300～T6+495.560 m之間，段長1555.260 m，隧洞進(jìn)口底板高程654.458 m，出口底板高程629.879 m，綜合底坡約1.58%；隧洞垂直埋深289.0～450.0 m，所屬洞段地下水位均高于隧洞洞頂。引水隧洞下平段的靜水頭487.03～513.61 m、考慮水擊壓力在內(nèi)的作用水頭522.40～575.72 m，屬于超高壓引水隧洞。隧洞下平段開挖半徑2.25 m，底板襯砌厚度40 cm，部分洞段底板襯砌厚度50 cm，襯砌混凝土標(biāo)號(hào)C30，二級(jí)配，鋼筋保護(hù)層厚度50 mm。

2 工程地質(zhì)條件

引水隧洞下平段隧洞圍巖巖性以“中厚層凝灰?guī)r”為主，局部間夾薄層黑色板巖或薄層凝灰?guī)r，巖體質(zhì)量以Ⅲ類為主，少量Ⅳ類，據(jù)開挖統(tǒng)計(jì)，Ⅲ1類圍巖約占24.2%、Ⅲ2類圍巖約占66.6%、Ⅳ類圍巖約占9.2%。下平段多數(shù)為弱風(fēng)化～微風(fēng)化巖體，圍巖穩(wěn)定性總體上較好，少數(shù)沿?cái)鄬訋Щ蚱扑閹в袔顝?qiáng)風(fēng)化巖體為IV類圍巖，地下水很活躍，滲水點(diǎn)較發(fā)育，局部滲水量較大。

3 滲水問題發(fā)現(xiàn)及初步處理

引水隧洞下平段樁號(hào)T5+283～T5+303處開挖期存在大量地下滲水，滲水從洞壁右側(cè)冒出，根據(jù)開挖期地質(zhì)素描分析，滲水較多主要受到F26斷層裂隙組影響，F(xiàn)26斷層裂隙走向NW295°，傾向NE∠78°，裂隙寬度10～30 cm，裂隙填充物為：巖塊、巖屑、巖粉，未膠結(jié)，斷層面較平直光滑。沿?cái)鄬用婕皟蓚?cè)影響帶40 m范圍內(nèi)均有滲水點(diǎn)出現(xiàn)，其大部從洞壁右側(cè)滲出，局部滲水較大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)估算斷層帶及其影響帶滲水量約300 m3/h、且具有承壓特性，斷層帶圍巖遇水性能減弱，屬Ⅳ類圍巖。

受到施工條件限制，該斷層帶所屬洞段混凝土襯砌前未進(jìn)行灌漿處理，洞身混凝土襯砌時(shí)在滲水集中部位設(shè)置排水孔，并預(yù)埋1個(gè)喇叭口狀的排水管將水引出后，再進(jìn)行了混凝土襯砌施工。在混凝土襯砌強(qiáng)度達(dá)到要求后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行該部位回填及固結(jié)灌漿施工，灌漿孔布置見圖1，灌漿采用高壓淺孔固結(jié)灌漿，孔深5 m，并按照分序分段的灌漿方法進(jìn)行，最大壓力7.0 MPa。

在灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)T5+284.6～T5+291.1段各灌漿孔存在嚴(yán)重的串漿現(xiàn)象，由于部分混凝土結(jié)構(gòu)存在缺陷和地下水水壓較大，在達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力時(shí)，混凝土表面出現(xiàn)局部掉塊、裂縫、滲漏漿液的現(xiàn)象，無法形成封閉環(huán)境及蓋重強(qiáng)度，不具備高壓灌漿施工條件，初步的灌漿處理無法達(dá)到灌漿質(zhì)量要求。

圖1 引水隧洞下平段Ⅳ類圍巖灌漿布置

由于庫區(qū)正常蓄水位高于該洞段埋深，采用預(yù)留永久排水孔的方案對(duì)工程安全不利，且該洞段靜水頭很高（約490 m），隧洞充水后存在內(nèi)水外滲的可能性，更加不利于洞內(nèi)圍巖的穩(wěn)定，且外部山體的滲透穩(wěn)定性可能存在一定的安全威脅。因此，該滲水段的處理需采取進(jìn)一步的加強(qiáng)方案。

4 滲水處理方案的確定

為保證整體處理質(zhì)量，該斷層裂隙帶滲水處理范圍向上下游延伸，處理范圍定為T5+278～T5+298段（20 m），采用“深孔排水，缺陷修補(bǔ)，化灌封堵，淺孔灌漿”的處理方案[1-2]。具體做法如下：①先在該洞段邊、頂拱和底板范圍內(nèi)形成深度10 m左右的深孔泄水帷幕，使斷層裂隙帶有充分的泄水通道，以便減少滲水壓力；②完成該洞段表面混凝土襯砌缺陷處理；③根據(jù)實(shí)際造孔記錄的出水位置進(jìn)行局部化學(xué)灌漿處理，在圍巖圈外形成一道阻水層，為灌漿創(chuàng)造封閉條件；④布置固結(jié)灌漿孔，采用由淺層到深層、逐漸升壓的方式，先混凝土接觸灌漿再圍巖固結(jié)回填灌漿，使襯砌混凝土和圍巖逐漸形成灌漿蓋重達(dá)到灌漿標(biāo)準(zhǔn)要求；⑤采用“自下游往上游，由低處向高處”灌漿的方式逐級(jí)進(jìn)行各灌漿孔灌漿。灌漿壓力根據(jù)實(shí)際內(nèi)水壓力情況調(diào)整；⑥灌漿完成后對(duì)排水孔進(jìn)行封堵灌漿。

5 滲水處理

5.1 排水孔施工

采用圓盤鉆進(jìn)行排水孔施工，排水孔由大漏水點(diǎn)為中心，沿洞軸線分別往上下游按排距2 m呈梅花形布置，孔徑Φ50 mm，孔深10 m左右[3-4]。每環(huán)由邊墻向頂拱延伸布置4～6孔，鉆孔時(shí)應(yīng)先鉆取隧洞右側(cè)方向的排水孔，左側(cè)無出水面的洞壁在完成右側(cè)排水孔施工后再結(jié)合出水情況隨機(jī)進(jìn)行鉆孔施工。每個(gè)排水孔完成鉆孔后，在孔口預(yù)埋Φ40 mm鋼管排水并加裝球閥開關(guān)進(jìn)行排水控制。排水孔的布置見圖2。

圖2 排水孔孔位布置圖

5.2 混凝土結(jié)構(gòu)缺陷處理

對(duì)該斷層帶的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、迸口、掉塊部位，采取以下處理方法：在缺陷部位鑿以U形槽，除掉松散物質(zhì)，用水浸漬基面，讓水浸透混凝土，然后去掉表面上的明水，在U形槽內(nèi)填PENEPLUG環(huán)氧灰漿的半干料團(tuán)，攪拌均勻，呈膠泥狀，填滿U型槽并與表面平齊，然后牢牢地壓實(shí)。完成U型槽填充后，縫槽頂部及兩側(cè)表面涂刷PENETRON滲透結(jié)晶型防水涂料作表面處理[5]。灰漿材料及防水材料參數(shù)指標(biāo)見表1、2，缺陷處理方法見圖3。

表1 PENEPLUG灰漿料參數(shù)指標(biāo)表

表2 PENETRON涂料參數(shù)指標(biāo)表

圖3 混凝土結(jié)構(gòu)缺陷處理縫面填補(bǔ)示意圖

5.3 化學(xué)灌漿

完成混凝土結(jié)構(gòu)缺陷處理后，進(jìn)行化學(xué)灌漿施工，使用電錘作為化學(xué)灌漿鉆孔設(shè)備，在每環(huán)排水孔之間呈梅花形布置灌漿孔（化學(xué)灌漿孔及固結(jié)灌漿孔均布置在此環(huán)內(nèi)），化學(xué)灌漿孔鉆穿混凝土結(jié)構(gòu)與原回填灌漿層并進(jìn)入基巖10～20 cm。使用DH-512微型高壓電動(dòng)注漿機(jī)進(jìn)行化學(xué)灌漿，使用聚氨酯作為灌漿材料。化學(xué)灌漿儀器性能見表3。

表3 DH-512微型高壓電動(dòng)化學(xué)灌漿泵性能參數(shù)

5.4 固結(jié)灌漿鉆孔

在每環(huán)排水孔之間呈梅花形布置4～6個(gè)灌漿孔，使用圓盤鉆進(jìn)行鉆孔施工，孔徑Φ50 mm，鉆孔應(yīng)根據(jù)灌漿需求分段鉆進(jìn)，第1次鉆孔段長以鉆至出水點(diǎn)后再向深處鉆進(jìn)1 m為標(biāo)準(zhǔn)，之后逐級(jí)鉆進(jìn)至終孔深（8～10 m）[6]。灌漿孔的布置見圖4。

圖4 灌漿孔布置示意圖

5.5 固結(jié)灌漿

在完成排水孔施工達(dá)到滲水泄壓條件后，以“自下游往上游，由低處向高處”的灌漿方式逐級(jí)進(jìn)行灌漿。灌漿采取基巖內(nèi)由淺入深分段鉆進(jìn)分段灌漿的方式（鉆1段灌1段），基巖段采取設(shè)置灌漿塞的方式進(jìn)行灌漿，孔口段最后采取灌漿尾管進(jìn)行全孔封孔灌漿。灌漿壓力根據(jù)實(shí)際內(nèi)水壓力情況確定，逐級(jí)逐層加壓[7]。具體方法參照表4。

表4 分段固結(jié)灌漿方法參照表

5.6 排水孔封堵

排水孔作為固結(jié)灌漿孔II序孔施工，灌漿方法參照灌漿孔，排水孔與灌漿孔均采取全孔灌漿法進(jìn)行封孔灌漿。

5.7 處理效果

通過系統(tǒng)的灌漿處理，滲水得到治理，洞壁滲水由原成股、大量滲水變?yōu)榫植康嗡⒕植可倭棵鏉B，同時(shí)，灌漿處理加固了隧洞圍巖圈的強(qiáng)度。在后續(xù)的質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)，此處洞段也達(dá)到了正常的設(shè)計(jì)要求，處理效果良好。

6 結(jié)論

通過對(duì)該水電站工程引水隧洞下平段斷層帶滲水處理效果的分析總結(jié)，以“深孔排水，缺陷修補(bǔ)，化灌封堵，淺孔灌漿”的四個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)對(duì)大滲水洞段進(jìn)行特殊處理，處理效果明顯，達(dá)到了封堵涌水，加固圍巖圈的施工效果。該工程針對(duì)斷層帶滲水處理的方法對(duì)類似工程、工況有很好的借鑒意義。