二龍山水電站高壓水道灌漿式預應力砼的灌漿試驗及施工

王學祿

(甘肅張掖甘州區烏江水利管理所，甘肅 張掖 734000)

1 工程概況

二龍山水電站位于黑河大峽谷中下游，肅南裕固族自治縣境內，電站廠房距張掖市103 km，是黑河流域規劃中的第4座梯級水電站。工程主要任務是發電，采用引水式開發。電站由首部樞紐、引水系統、發電廠房及升壓站等建筑物組成。電站裝機容量98 MW，多年平均發電量3.804億kW·h，可承擔調峰任務。

水電站高壓水道由上彎段、豎井段、下彎段及水平段組成，全長192 m。上彎段采用普通鋼筋砼襯砌，水平段采用鋼板和素砼組合式襯砌，豎直段、下彎段采用灌漿式預應力鋼筋砼襯砌；全長86.4 m，襯砌厚度0.6 m，襯砌后直徑5.8 m，砼標號C30、W10，承受最大靜水頭146 m，最大動水頭163 m。豎井段灌漿式預應力砼采用滑模進行砼施工，襯砌結束后，將滑模平臺改造為灌漿平臺進行灌漿施工。

2 施工準備

2.1 供風系統

灌漿試驗及施工采用同一套供風系統，在調壓井通風洞鎖口段安置20 m3/min空壓機一臺，沿調壓井井壁鋪設供風管路，對調壓井豎井、流道段、上游漸變段、下游漸變段及高壓水道上彎段、豎井、下彎段統一供風。

2.2 供水系統

用下平洞壓力鋼管做為一級水箱，從廠房3#集水井用潛水泵抽水到該水箱，再用安置在3#支管處的高揚程離心水泵向設在調壓井流道段處的二級水箱供水。通過自流方式從該水箱向高壓水道上彎段、豎井段、下彎段供水。

2.3 供電系統

利用原有開挖、混凝土襯砌時形成的供電系統。在流道段處設置一個配電柜，控制灰漿攪拌機、提升卷揚；在灌漿平臺上設置一個配電柜，控制水泵、灰漿罐、注漿泵。

2.4 供漿系統

在調壓井流道段設置平臺，堆放R32.5袋裝水泥。高速攪拌機安置在平臺

端部，人工投料配置0.5∶1的灰漿。采用2″膠管通過自流的方式向安置在灌漿平臺上的低速攪拌機(儲漿罐)送漿。

2.5 灌漿系統

灌漿泵、低速攪拌機(儲漿罐)均安置在灌漿平臺上，采用串聯式管路進行填壓式灌漿。

2.6 灌漿平臺

對原有的滑模平臺進行改造，作為灌漿施工的平臺。將滑模的圍圈及模板拆除并進行加固，重新在上彎段與豎井段相接處的砼中設置6個提升吊點，用6個10 t手動葫蘆對平臺進行提升。因為施工工期很緊，同時灌漿施工要求“環間加密，環內分序”，如果在單層平臺(即原灌漿平臺)上進行施工，平臺需要頻繁的升降，根本無法滿足工期的要求。因此，在改造后的灌漿平臺上用Φ48的鋼管搭設了三層腳手架，在架子上鋪5 cm厚的木跳板，形成了一個灌漿施工的組合平臺。層高為3 m，和灌漿孔的環間距一致，鉆孔和灌漿可同時組織流水作業。平臺每次下降高度為12 m。

人員的上下及材料的運輸通過吊籠來實現。在流道段靠上彎段側設置一臺8t調速卷揚作為牽引動力，在上彎段頂部的砼中預埋吊點，吊籠通過懸掛在吊點上的導向滑輪被卷揚牽引來完成升降。

3 灌漿試驗

因國內可以借鑒的灌漿式預應力襯砌的成功經驗不多，只有白山水電站、廣蓄水電站等為數不多的幾個，通過現場試驗最后確定了小孤山水電站的灌漿參數。

3.1 試驗段的選擇

為防止對工程運行產生不良的影響，在內水壓力相對較小的上彎段以下12 m豎直段范圍內，選擇28環、27環、26環3個生產性斷面進行預應力灌漿試驗，高程分別為1985.9 m、1982.9 m、1979.9 m。

3.2 試驗孔的布置

環間距3 m，環內8個孔均勻布設Φ46 mm的預埋灌漿管，采用手風鉆鉆孔。

3.3 觀測儀器預埋

1)應變計

在砼襯砌體中預埋SDY-100應變計，每環4支，3環共計12支。

2)無應力計

在28環內預埋SDYWW-100無應力計4支。

3)液壓應力計

在26環、27環兩環內間隔預埋YJ-2液壓應力計各4支。

4)測縫計

在砼襯砌體和圍巖接縫處預埋SDF-50測縫計，每環2支，3環共計6支。

5)測壓管

在26環、27環兩環內間隔預埋測壓管各4支，在28環內預埋測壓管8支。

試驗過程中，因局部施工冷縫等原因，導致開環失敗，但預埋的測縫計檢測到28環的局部襯砌體與圍巖脫離開。預埋的測壓管只有26環的GYS26-2在開環時檢測到壓力與回水管上總表的壓力一致。

3.4 漿液配比

漿液采用純水泥漿，試驗前定為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六個比級。

試驗過程中，因經過壓水試驗發現圍巖的透水率較小，灌漿時調整為5∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個比級。

3.5 漿液變換原則

1)當灌漿壓力保持持續不變，注入率持續減小或注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比。

2)當某級漿液注入量已達到300 L以上，或灌漿的時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時，應改濃一級水灰比。

試驗過程中，采用5∶1漿液逐級升壓到3.0 MPa，漿液濃度從5∶1逐級變換到0.5∶1，每級持續30 min。在3.0 MPa壓力下，當注入率小于0.2 L/min時，采用0.5∶1漿液屏漿2 h，然后帶壓閉漿，閉漿后待孔口壓力降至0時，拆除孔口裝置。

3.6 灌漿壓力的選擇

灌漿壓力的選擇與圍巖地地質條件、灌漿孔深、施加預應力的方式等因素有關，初步選擇時一般取內水壓力的2倍，在試驗過程中再慢慢調整。小孤山高壓水道正常運行情況時，計算水頭為128.1 m，非常運行情況時為163 m，確定試驗時的開環壓力為1.8 MPa，灌漿壓力根據采取的方式不同分別為1.0 MPa和3 MPa。

試驗前暫定開環采取4孔并灌，如達不到要求采取8孔并灌甚至24孔并灌。試驗過程中，采取4孔并灌。開環壓力從0.5 MPa、1.0 MPa、1.2 MPa、1.4 MPa、1.6 MPa逐級升到1.8 MPa。因局部施工冷縫等原因，壓力超過1.0 MPa時，襯砌表面開始有不同程度的滲水導致開環失敗。灌漿時，壓力從0.5、1.0、1.5、2.0、2.5逐級升到3.0 MPa，因注入率較小，每級持續10 min，直至最大壓力3.0 MPa。

3.7 灌漿方式的選擇

方式一：先進行淺孔的接觸灌漿,使襯砌和圍巖緊密的結合在一起,然后在進行深孔高壓固結灌漿。

試驗時每孔分兩段進行，先淺孔后深孔，淺孔灌后等強7 h進行深孔。第一段孔深為2.5 m，注漿塞塞在襯砌砼內，入砼深度為50 cm，灌漿壓力為1.0 MPa；第二段孔深為5 m，注漿塞塞在巖石內，入巖深度為50 cm，灌漿壓力為3.0 MPa。

方式二：接觸灌漿和固結灌漿同時進行，一次灌實。

試驗時每孔一次進行，鉆孔深度為5 m，注漿塞塞在襯砌砼內，入砼深度為50 cm，灌漿壓力為3.0 MPa。

無論是方式一還是方式二，灌前都進行了單孔壓水試驗，壓力為1.0 MPa。

雖然圍巖的透水率較小且相差不大，為了保證襯砌體的安全，灌漿試驗時采用2孔并灌。

4 灌漿施工

4.1 根據灌漿試驗，確定施工灌漿參數

1)漿液配比

漿液采用純水泥漿，配比為5∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個比級。

2)漿液變換原則

漿液5∶1逐級迅速升壓到3.0 MPa后，漿液濃度從5∶1逐級變換到0.5∶1，每級持續30 min。在3.0 MPa壓力下，當注入率小于0.2 L/min時，采用0.5∶1漿液屏漿120 min，然后帶壓閉漿，閉漿后待孔口壓力降至0時，拆除孔口裝置。

3)灌漿壓力的選擇

壓力從0.5 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa逐級升到3.0 MPa，每級持續10 min，直至最大壓力3.0 MPa。

4)灌漿方式的選擇

接觸灌漿和固結灌漿同時進行，一次灌實，注漿塞塞在襯砌砼內，入砼深度為50 cm，灌漿壓力為3.0 MPa，采用2孔并灌。

4.2 特殊情況的處理

1)備用棉絮、水玻璃等漏、串、堵的材料。

2)在灌漿前對灌漿段進行全面檢查，并采取相應的措施進行堵漏、防滲、防串等現象的發生。

3)對可灌性差的部位，中間不宜變換漿液濃度，可用5∶1稀漿灌到結束。

4)預應力灌漿開始后，規定時間內不宜停泵。因故停泵，應立即洗孔以待復灌。復灌后，砼襯砌的預應力值小于停灌前，或吸漿量明顯降低時，應重新鉆孔補灌。

4.3 質量檢查

1)采用鉆檢查孔進行壓水試驗的方法,試驗為單點法。

2)檢查孔的數量為灌漿孔總數的5%，灌漿檢查孔壓水試驗應在灌漿結束7天以后進行。

3)在灌漿結束后3天內，將有關資料提交業主、監理人，確定檢查孔位置。

5 結論

灌漿試驗的成功，證明了小孤山水電站高壓水道豎井及下彎段采用灌漿式預應力砼進行襯砌是可行的。通過灌漿試驗，確定了5 m深的孔不分段一次灌實，3.0 MPa灌漿壓力直接作用到襯砌上的新理念，保證了工程的質量。