大茅水庫巖溶管道涌水帷幕灌漿技術(shù)淺析

王布云

（貴州省習水縣重點水源工程建設(shè)管理局，貴州 遵義 564600）

帷幕灌漿對巖溶管道涌水現(xiàn)象有良好防滲效果，通過地質(zhì)鉆機設(shè)備在需要進行注漿封堵的地層進行鉆孔，形成帷幕形孔洞，然后在鉆孔內(nèi)灌注水泥漿形成防水帷幕，達到封堵涌水、防止?jié)B透的效果。大茅水庫由于運行時間較為久遠，工程中發(fā)現(xiàn)右岸出現(xiàn)多處滲漏點，針對此種現(xiàn)象，工程采用帷幕灌漿技術(shù)進行處理，以提高大茅水庫的安全性。本文主要針對巖溶管道涌水帷幕灌漿技術(shù)在大茅水庫的應用及應用效果進行分析，旨在探究帷幕灌漿技術(shù)在巖溶管道涌水問題中的發(fā)展趨勢。

1 大茅坡水庫工程概況

1.1 工程概況

大茅坡水庫工程位于習水縣良村鎮(zhèn)境內(nèi)習水河左岸一級支流官渡河上，壩址以上流域面積21.1 km2，屬IV 等小（1）型工程，主要建筑物大壩、溢洪道、取水（放空）進水口、取水隧洞為4 級建筑物，面板堆石壩按50 年一遇洪水設(shè)計，500 年一遇洪水校核。水庫正常蓄水位1068 m，死水位1030 m，總庫容603 萬m3，興利庫容485 萬m3，主要任務是為習水縣城供水，設(shè)計年供水量869 萬m3。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括：砼面板堆石壩一座，最大壩高63.5 m，壩頂寬7 m，壩頂長168 m；提水泵站一座，裝機1890 kW（3×630 kW，兩用一備）；輸、供水管道長12943 m。工程概算總投資26316 萬元。

1.2 工程地質(zhì)概況

大茅坡水庫庫盆巖石組成從庫首至庫尾依次為奧陶系湄潭組頁巖，紅花園組生物碎屑灰?guī)r，桐梓組白云巖、泥質(zhì)白云巖，寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群白云巖。而庫區(qū)位于桑木背斜北西翼，巖層緩傾下游，基本為橫向谷，左岸平行河谷發(fā)育F2 斷層，沿該斷層發(fā)育K3 至K4 長約1.7 km 巖溶管道。壩址為橫向谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)，由上游到下游分別出露奧陶系桐梓組、紅花園組、湄潭組地層，具有軟硬相間分布的地質(zhì)特點，兩岸及河床覆蓋層不均勻分布；壩址處左右岸巖溶發(fā)充較強，開挖完成后右岸河床與岸坡交界1013.51 m 處有泉點出露，枯期流量11 m3/s，壩體施工期間，利用DN300 鋼管將泉水引出壩體，擬通過帷幕灌漿封堵滲漏通道。

2 工程現(xiàn)狀分析

大茅坡水庫在2017 年4 月底完成下閘蓄水驗收，5 月中旬開始蓄水，6 月9 日由于遇強降雨庫區(qū)來水量增大，庫水位急劇上漲，壩體下游引排管和梯形量水堰水流量增大，總流量約0.5 m3/s，其中量水堰堰上水深超過最大量程0.4 m，流量超過0.235 m3/s，量水堰和引排管流量相對穩(wěn)定。通過在帷幕線上鉆孔投放熒光素觀察分析，判斷右岸形成了經(jīng)過147#和178#帷幕孔的滲漏通道，并與量水堰和引排管的水流存在水力關(guān)系，147#孔鉆孔至孔深65.2 m 處時，孔內(nèi)出現(xiàn)涌水，涌水流量約0.6 m3/s。在147#孔和178#孔部分孔段灌漿時，灌漿壓力表無壓力，因滲漏通道內(nèi)水流流速太大，漿液50 分鐘后從下游引排管排出。在漿液中加入水玻璃后孔內(nèi)出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，掃孔花費大量的時間和精力，反復數(shù)次沒有明顯效果。采用水泵抽排完死水位以下庫水，發(fā)現(xiàn)右岸多處滲漏點。施工中擬從178#孔和147#帷幕孔同時灌漿，直到各項技術(shù)指標達到規(guī)范要求后結(jié)束灌漿。

3 帷幕灌漿

帷幕灌漿技術(shù)施工流程如圖1 所示。

圖1 帷幕灌漿技術(shù)的流程

3.1 施工前準備

施工測量是帷幕灌漿技術(shù)實施中進行鉆孔進度控制的必要步驟，在開展施工測量時必須對相關(guān)數(shù)據(jù)進行詳細檢查，使得測量數(shù)據(jù)的精確性更有保障。通過對灌漿孔高程、鉆孔深度進行控制，確保鉆孔孔位與設(shè)計孔位偏差在可控的范圍之內(nèi)。

3.2 鉆孔

鉆孔是帷幕灌漿技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，本工程灌漿孔位置示意圖如圖2 所示。

圖2 大茅坡水庫帷幕灌漿孔布置示意圖

（1）場地清理。進行施工之前需清理出一塊適合進行作業(yè)的場地，搭設(shè)好所需鉆孔平臺，并安裝樁架，選擇合適的位置擺放鉆機設(shè)備。擺放鉆機時保證鉆機平臺、灌漿孔以及鉆桿的中心點處于同一支線上。

（2）試機及試鉆。在完成鉆機安放工作后應進行試鉆以及試機工作，以便全面把握鉆機的動力、供水以及供電情況，確保相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)能夠正常運行之后才能進行鉆進施工。

（3）鉆進零部件檢查。為防止出現(xiàn)鉆具或者鉆桿彎曲變形，確保鉆機的各個部位接頭都處于牢固的狀態(tài)，并且具有良好的同心度，應對鉆機零部件進行仔細核查，確保鉆進過程安全可靠。

3.3 壓水試驗和縫隙沖洗

巖溶管道中可能存在填充物，會影響注漿封堵的質(zhì)量。因此在完成鉆孔后必須進行必要的縫隙沖洗工作，通過導管導入高壓水流進行沖洗，確保沉渣厚度小于20 cm。沖洗完成后立即開展灌漿，因故中斷24 h 后應再次沖洗。壓水試驗在縫隙沖洗完成后進行，可以通過單點法、簡易壓水和五點法進行。

3.4 灌漿施工

通過自下而上分段的高壓灌漿工藝進行灌漿施工。在灌漿施工規(guī)定壓力下，確保1 m3/min 的注入率,持續(xù)灌注一小時。灌漿施工過程中實時監(jiān)測回漿以及進漿比值，當回漿變濃時, 通過與進漿配合比材料一致的新漿重新實施灌注施工。

3.5 封孔

帷幕灌漿孔終孔段灌漿作業(yè)完成后通過置換和壓力灌漿封孔法封孔，即通過水灰比為0.5 的新鮮水泥漿液置換孔洞里部的積水以及稀漿，等到孔內(nèi)的水泥漿液完全干縮后再通過濃漿把孔口下的部分填滿。

4 帷幕灌漿存在及措施

灌漿施工過程中，因滲漏通道內(nèi)流速太大漿液很快從下游排出，導致垮孔，灌漿孔段涌水等問題層出不窮。

（1）灌不住漿、吃漿量大，采取0.5∶1 或0.6∶1 的濃漿堵漏；以濃漿沖灌細砂的方法，即以0.1 mm～0.25 mm 細砂和0.5∶1 或者0.6∶1 的濃漿灌入孔內(nèi)至出現(xiàn)返漿。

（2）垮孔先用渣土料回填到塌孔1.5 m 的位置，然后通過沖擊鉆機進行夯實并將孔壁擠密，垮孔嚴重的情況下通過直升導管法進行重新回填再造孔。

（3）根據(jù)灌漿孔段出現(xiàn)涌水的具體情況采取綜合處理措施：進行降壓處理，通過在灌區(qū)設(shè)置排水孔來減小涌水量和壓力；增加屏漿和閉漿的時長，在灌漿結(jié)束后采取屏漿措施確保屏漿時間大于90 min；進行復灌直到涌水孔段沒有再次出現(xiàn)涌水為止。

5 結(jié)語

大茅水庫灌漿工程于2018 年2 月10 日全面完成并下閘蓄水，10 月4 日，水庫蓄水到正常蓄水位1068 m 并首次溢洪，下游量水堰和引排管流量合計0.026 m3/s。經(jīng)實踐證明，帷幕灌漿技術(shù)可以有效解決巖溶管道涌水問題，為整個工程的建設(shè)和正常運行提供良好的技術(shù)保障。