固增水電站有壓引水隧洞支洞封堵防滲施工技術(shù)

王 軍 紅

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

固增水電站位于四川省涼山彝族自治州木里藏族自治縣固增苗族自治鄉(xiāng),屬于多民族居住區(qū),電站采用引水式發(fā)電,主要建筑物等級(jí)為Ⅲ級(jí),引水隧洞布置于木里河左岸,全長(zhǎng)11.06 km,縱坡降i=2.086 9‰,隧洞襯砌后的凈斷面尺寸為6.1 m×7.8 m;隧洞位于高山峽谷地貌區(qū),地形高差懸殊,沿線溝谷深切,多呈不對(duì)稱的“U”和“V”型谷,植被較發(fā)育,洞軸線垂直埋深為60～760 m;隧洞處于前山背斜和甲溝向斜NW末端,向斜地下水儲(chǔ)量豐富;規(guī)模較大的斷層有4條,分別為基洼斷層、撒洼斷層、索根斷層和曼念吉岡斷層,斷層破碎帶一般寬約20～40 m,其中撒洼、索根斷層寬達(dá)50～100 m,由碎裂巖、糜棱巖、角礫巖、少量斷層泥、裂隙密集帶等組成,斷層均為非活動(dòng)性斷層。地質(zhì)調(diào)查顯示:巖體中小斷層、層間錯(cuò)動(dòng)帶較為發(fā)育,小斷層破碎帶的寬度一般為0.5～2 m;地層中揉皺、撓曲等小褶皺現(xiàn)象普遍,巖層產(chǎn)狀變化較大,節(jié)理較為發(fā)育。施工期間共設(shè)置了6條施工支洞輔助主洞掘進(jìn),襯砌后的施工支洞與引水隧洞相接部位采用混凝土封堵。根據(jù)水壓力的不同,封堵段長(zhǎng)度不等,其中2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)支洞封堵段設(shè)置了2.5 m×2.5 m進(jìn)人門供運(yùn)行檢修用。充水后隧洞內(nèi)水壓力較大,其中6號(hào)支洞三岔口處的壓力達(dá)0.4 MPa。因隧洞地質(zhì)條件差而對(duì)支洞封堵段的施工防滲要求高。支洞與主洞三岔口封堵段平面圖見圖1。

圖1 支洞與主洞三岔口封堵段平面圖

2 滲水原因分析

施工支洞與引水隧洞相交三岔口段開挖揭露的巖性主要為炭質(zhì)板巖、少量砂巖和粉質(zhì)巖,裂隙較多且發(fā)育,受爆破開挖影響造成裂隙擴(kuò)大,滲水嚴(yán)重。此處的滲水由三部分組成:(1)山體中的巖石裂隙貫穿地表形成滲水通道,滲水主要受降雨補(bǔ)給;(2)引水隧洞過水充壓導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫并與巖體滲水通道相接貫通形成貫穿性滲水通道,滲水受洞內(nèi)充水補(bǔ)給;(3)因混凝土施工縫防滲不當(dāng)形成貫穿性滲水通道并受洞內(nèi)充水補(bǔ)給。山體中的巖石裂縫與混凝土施工縫的滲水因隧洞埋深較大、滲徑較長(zhǎng)、開挖支洞形成的臨空面滲徑較短、滲水擊穿支洞封堵段防滲體系后流出,其余直接從施工縫面滲出。分析得知:上述滲水均在支洞封堵段產(chǎn)生滲透破壞,進(jìn)而影響到隧洞整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和使用安全,必須通過有效的防滲施工技術(shù)解決滲透破壞問題。

3 所采用的防滲施工技術(shù)

3.1 預(yù)固結(jié)灌漿

控制開挖爆破震動(dòng)以降低擾動(dòng)周邊巖體完整性的程度,控制裂隙發(fā)育,減少滲水通道。鑒于支洞封堵段巖體主要為Ⅳ、Ⅴ類圍巖,對(duì)于三岔口的開挖采用光面、短進(jìn)尺、弱爆破[1]技術(shù),Ⅰ16型鋼及錨噴支護(hù);在主洞臨近三岔口開挖前施工鎖口錨桿。由于開挖斷面較大、裝藥量大,對(duì)于主洞距三岔口30 m范圍內(nèi)的開挖采用中導(dǎo)洞短進(jìn)尺施工方法,并對(duì)其周邊采用擴(kuò)挖弱爆破方式以減少爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)。封堵段的長(zhǎng)度為21～35 m。由于封堵段混凝土澆筑完成后不具備設(shè)計(jì)要求的固結(jié)灌漿施工條件,最終選擇在混凝土澆筑前采用預(yù)固結(jié)灌漿的方式以達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿的目的。

預(yù)固結(jié)灌漿的目的是為帷幕灌漿做準(zhǔn)備:引水隧洞三岔口襯砌完成后,必須按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行回填灌漿并需檢查驗(yàn)收合格。在主洞內(nèi)按設(shè)計(jì)要求完成固結(jié)灌漿并需檢查驗(yàn)收合格。封堵段初期為錨噴支護(hù),選擇0.5 MPa的低壓濃漿預(yù)固結(jié)灌漿[2]。預(yù)固結(jié)灌漿孔入巖4.5 m,間排距為3 m×3 m。預(yù)固結(jié)灌漿提高了支洞開挖輪廓范圍巖體的完整性和巖體強(qiáng)度,為深孔帷幕灌漿提供了蓋重,防止了高壓灌漿冒漿、漏漿等情況的出現(xiàn)。

3.2 防滲帷幕灌漿

帷幕防滲灌漿的目的主要是解決三岔口處的巖體受爆破震動(dòng)或自然發(fā)育產(chǎn)生的深層裂隙滲水,系進(jìn)一步提高防滲體系的施工技術(shù)手段。對(duì)于施工支洞三岔口直段全斷面采用了一排帷幕灌漿以阻斷滲水通道,孔間距為1.5 m,孔深9 m,孔向與支洞軸線的夾角為45°,孔口距封堵混凝土末端的距離為1.5 m,施工順序?yàn)棰瘛蟆颉?共分Ⅲ序,開灌壓力為0.5 MPa,結(jié)束壓力為3 MPa。28 d后進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水檢查,對(duì)不合格區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)灌并需滿足相關(guān)規(guī)范要求。帷幕灌漿為引水隧洞襯砌后進(jìn)行的回填、固結(jié)和支洞段預(yù)固結(jié)灌漿的高壓補(bǔ)強(qiáng)灌漿,通過灌漿加強(qiáng)三岔口混凝土封堵段的巖體完整性,提高防滲體系的強(qiáng)度,降低第一部分和第二部分的滲透破壞[3]。

3.3 封堵段混凝土澆筑

(1)基礎(chǔ)縫面的處理。待引水隧洞施工任務(wù)完成或支洞無車輛通行干擾時(shí)開始清理基礎(chǔ),清除施工期間底板的浮渣和保護(hù)層,露出新鮮巖石,摳除倒角及松動(dòng)形成的塊體,必需用高壓風(fēng)管將其清理至無積水、無積渣,嚴(yán)禁水洗或外來水入倉,及時(shí)澆筑C25墊層混凝土進(jìn)行封閉,且墊層混凝土收倉線低于設(shè)計(jì)襯砌混凝土結(jié)構(gòu)線2 cm、靠河側(cè)形成2%的坡比以便于沖洗倉面;對(duì)于封堵混凝土與開挖支護(hù)的接觸區(qū)域,除需清除松動(dòng)的塊體外,還需采用高壓風(fēng)清除灰塵與雜物以保證所澆筑的混凝土結(jié)合良好;待混凝土施工縫面初凝后,采用高壓水槍沖掉乳皮、微露小石成毛面,將鋼筋、止水等預(yù)埋件除銹清洗干凈以防止油漬等污染。

(2)安裝止水。

①無進(jìn)人門支洞的封堵:在每道施工縫面安裝651型橡膠止水,保護(hù)層厚50 cm,縱橫止水接頭采用硫化連接并確保連接牢靠,與引水隧洞襯砌混凝土預(yù)留止水連接形成閉合,止水迎水面貼2 cm×2 cm的吸水膨脹止水條[4],止水條在現(xiàn)澆塊和后澆塊內(nèi)各埋設(shè)一半并固定牢靠,以防止混凝土澆筑時(shí)造成止水移位。

②有進(jìn)人門支洞的封堵:封堵段設(shè)斷面為2.5 m×2.5 m的檢修廊道,主洞側(cè)設(shè)封堵金屬閘門。鑒于閘門安裝后澆筑的二期混凝土造成施工縫面較多,運(yùn)行時(shí)受主洞有壓水長(zhǎng)期侵蝕導(dǎo)致其易漏水,為提高施工質(zhì)量、防止漏水,在一期混凝土內(nèi)預(yù)埋了651型橡膠止水,在先澆混凝土內(nèi)埋設(shè)一半,預(yù)留二期混凝土澆筑時(shí)埋設(shè)另一半。人工鑿毛一期混凝土施工縫面并刻槽1 cm×2 cm(深×寬),安裝2 cm×2 cm的吸水膨脹止水條;在預(yù)埋門檻部位焊接5 cm×5 cm的角鋼,涂刷防銹漆,安裝吸水膨脹止水條以阻斷施工縫面的滲水通道。一、二期混凝土及預(yù)埋門檻止水布置情況見圖2。

圖2 一、二期混凝土及預(yù)埋門檻止水布置截面圖

(3)混凝土澆筑。支洞封堵段的斷面尺寸為6.1 m×7.8 m,澆筑C25W4F50二級(jí)配混凝土,封堵段長(zhǎng)度為21～35 m,符合相關(guān)規(guī)范要求。鑒于大體積混凝土施工時(shí)的水化熱易產(chǎn)生裂縫,因此,控制溫度裂縫和振搗密實(shí)度是施工中的重點(diǎn)。

一期混凝土澆筑時(shí)采取的控制溫度裂縫措施:①混凝土澆筑選擇在低溫時(shí)進(jìn)行以降低澆筑溫度;②通過配合比優(yōu)化以提高粉煤灰的用量,減少水泥用量或使用低熱水泥以降低水化熱;③對(duì)于混凝土的分倉分段,考慮到溫控和減少施工縫,防滲采用2 m一段,升層分兩次封閉完成并控制混凝土澆筑的單倉方量;④預(yù)埋灌漿管路,鋪設(shè)Φ50 mm PVC冷卻水管[5],通入冷水以加快混凝土凝固水化熱的散熱;⑤延長(zhǎng)混凝土澆筑塊的間歇期,對(duì)施工縫面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)、降溫。

控制二期混凝土澆筑密實(shí)度采取的措施:①選用二級(jí)配高流態(tài)混凝土澆筑,嚴(yán)格控制下料高度不大于1 m,防止骨料分離及振搗不密實(shí);②止水部位混凝土澆筑前必須清理干凈,采用Φ50 mm軟軸振搗密實(shí),振搗過程中嚴(yán)禁碰撞止水;③混凝土澆筑前對(duì)模板涂刷脫模劑,澆筑過程中在模板外側(cè)用錘子敲擊以促進(jìn)混凝土模板面的排氣;④對(duì)于迎水面混凝土施工縫必須打磨干凈,涂刷環(huán)氧膠泥,厚度為2 mm,寬度為20 cm以防止其滲漏。

3.4 封閉灌漿

(1)回填灌漿:按照設(shè)計(jì)要求的間排距3 m×3 m埋設(shè)回填灌漿管,造孔打穿墊層混凝土或噴射混凝土,入巖深度為15 cm。埋管選用Φ48 mm鋼管,對(duì)入巖段管壁布設(shè)梅花型滲漿通道,將埋管引出封堵混凝土結(jié)構(gòu)外以便于灌漿。待封堵混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)進(jìn)行回填灌漿,壓力為0.3 MPa,分兩序進(jìn)行:一序孔灌注水灰比為0.5∶1的水泥漿,二序孔灌注水灰比為1∶1的水泥漿。采用注漿法進(jìn)行質(zhì)量檢查,單孔注入水灰比為2∶1的水泥漿,與灌漿壓力相等且在10 min內(nèi)注入量不大于10 L即為合格。

(2)帷幕灌漿:①對(duì)于無檢修門的封堵段,在封堵廊道內(nèi)施工一環(huán)帷幕灌漿,孔間距為1.5 m,孔深6 m,孔向垂直洞壁混凝土面;②對(duì)于有進(jìn)人門的封堵段,在封堵端頭按上述3.2中的方法施工一環(huán)帷幕灌漿孔。

3.5 充水檢查及處理

(1)充水檢查:待混凝土強(qiáng)度達(dá)到凝期后進(jìn)行靜水與動(dòng)水充水試驗(yàn)。靜水試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉引水隧洞末端的調(diào)壓室閘門,按照設(shè)計(jì)要求充水灌滿并保壓7 d,檢查并記錄支洞封堵段的漏水情況和壓力表讀數(shù);動(dòng)水試驗(yàn)時(shí)打開調(diào)壓室閘門并保持引水隧洞過水7 d,同樣觀察滲水部位及壓力表讀數(shù),對(duì)于滲水情況需聯(lián)合設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主進(jìn)行技術(shù)分析,制定處理方案。

(2)處理:對(duì)滲水部位采取化學(xué)灌漿[6],安裝灌漿嘴,采用化學(xué)材料A∶B=5∶1的重量比配制的漿液,灌漿壓力為0.2～0.4 MPa。清除裂縫或滲水表面的臟物,用毛刷蘸酒精、丙酮等有機(jī)溶劑將裂縫兩側(cè)30～50 mm范圍擦洗干凈并保持干燥。在灌漿嘴位于裂縫交叉處、較寬處、端部裂縫貫穿處埋設(shè)灌漿孔,灌漿孔采用斜孔布置,灌漿孔的位置應(yīng)使孔和漏水裂縫空隙相交并將其設(shè)在漏水量最大處。灌漿嘴的埋設(shè)距短縫的距離為300～500 mm,長(zhǎng)縫為500～800 mm。對(duì)于注漿嘴的底部抹一層厚約2 mm的結(jié)構(gòu)膠將進(jìn)漿孔騎縫粘貼在預(yù)定位置上。通過灌漿嘴施壓將漿液注入裂縫、擠走裂縫中的滲水并使其擴(kuò)散、凝固以達(dá)到防水、堵漏、補(bǔ)強(qiáng)的目的并將縫隙完全填充滿,再沿裂縫抹一層厚約1～2 mm的結(jié)構(gòu)膠封縫。抹膠時(shí),應(yīng)排除氣孔和氣泡,將膠刮平整,裂縫封閉后進(jìn)行壓氣試漏以檢查其密封效果。采用單孔灌漿或分區(qū)群孔灌漿的方式,封孔砂漿配合比采用水∶灰∶砂=0.3∶1∶1,膨脹劑的摻量為水泥用量的3%～3.5%。待縫內(nèi)漿液達(dá)到初凝而不外流并經(jīng)檢查無漏水現(xiàn)象時(shí)可敲下灌漿嘴,再用環(huán)氧膠泥封閉,使用水泥砂漿等材料將孔補(bǔ)平抹光、打磨平整后刮2 mm厚的環(huán)氧膠泥并需保證處理后的結(jié)構(gòu)面美觀。

4 結(jié) 語

固增水電站引水隧洞長(zhǎng)約11.06 km,共設(shè)置輔助施工支洞6條。施工方案中三岔口處的圍巖較差,支洞封堵后的滲透破壞嚴(yán)重影響其結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定和使用壽命。通過充分發(fā)揮EPC總承包模式的團(tuán)隊(duì)合作精神,施工單位與設(shè)計(jì)單位緊密合作,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的實(shí)際問題,能夠及時(shí)組織查看、討論分析、共同擬定切合實(shí)際的處理方案。通過施工方案的實(shí)施,最終解決了封堵段的滲透破壞問題,所采用的有壓引水隧洞支洞封堵防滲施工技術(shù)可為今后類似工程施工時(shí)借鑒。