蒲石河抽水蓄能电站上水库库周帷幕灌浆施工

罗爱民，王明锐

（中国人民武装警察部队水电第一总队第一支队，河北 唐山 063004）

0 引言

蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省丹东市宽甸满族自治县境内，总装机容量1 200 MW。其枢纽建筑物主要由上水库、下水库、地下厂房、输水系统等建筑物组成。上水库主要由面板堆石坝、进/出水口、库岸、库底、导流洞等组成。上水库防渗系统包括趾板固结帷幕灌浆、两岸坝头帷幕灌浆和库周帷幕灌浆，库周帷幕布置在右岸库周的山脊线上，防渗帷幕轴线长1 618.6 m。设计帷幕灌浆为单排孔，孔距2.0 m，孔深55.7～99.9 m，帷幕深入基岩相对不透水层（透水率＜3 Lu）以下3.0 m。库周帷幕灌浆孔在392.0 m高程以上为非灌段，即只钻孔不灌浆；392.0 m高程以下为灌浆段。为防止塌孔，非灌段（覆盖层、强风化岩石）钻孔采用跟管钻进钢管护壁方法。

1 施工准备

1.1 施工布置

（1）道路布置。沿右岸环库公路修建3条施工便道至库周帷幕灌浆轴线，作为设备进场和灌浆所需水泥运输道路。把沿帷幕灌浆轴线拓宽为2.5 m，作为钻机行进的施工便道。

（2）施工用水。从导流洞出口水池抽水至右岸坝头，从右坝头沿右环库公路山坡坡脚，至环库公路桩号K2＋500处，布置一趟主水管，从主水管接支管引至施工作业面。主水管采用φ100 mm钢管，支管采用φ50 mm钢管。

（3）施工用电。在右环库公路山坡适当位置布置3台变压器，通过电缆接引至施工作业面。单个变压器容量为315 kV·A。

（4）制浆站布置。在右环库公路山坡适当位置布置3套制浆站，制浆站采用临时简易房，保证雨季防雨。

1.2 施工工艺流程

为确定合适的钻孔灌浆施工工艺及验证设计参数，在施工现场进行帷幕灌浆生产性试验，分别采用自上而下孔口封闭灌浆法和自下而上分段栓塞灌浆法两种工艺进行试验。

自上而下灌浆工艺流程：非灌段钻孔→1段钻孔→裂隙冲洗→简易压水→灌浆→2段钻孔→裂隙冲洗→简易压水→灌浆→……→终孔段钻孔→裂隙冲洗→简易压水→灌浆→灌浆段封孔→非灌段封孔。

自下而上灌浆工艺流程：钻孔至终孔→全孔冲洗→终孔段简易压水→终孔段灌浆→……→2段灌浆→1段灌浆→灌浆段封孔→非灌段封孔。

通过生产性灌浆试验，确定了帷幕灌浆施工方法：帷幕灌浆采取自下而上分段卡塞、孔内循环式灌浆法；对岩石节理发育、破碎及无法实现自下而上分段灌浆的不良部位，采用自上而下分段孔口封闭灌浆法。设计的灌浆压力、钻孔间距等参数可行。

帷幕灌浆施工工艺流程见图1。

图1 帷幕灌浆施工工艺流程

2 施工方法及措施

2.1 钻孔

（1）钻孔施工顺序及孔位布置方法。钻孔的施工顺序为：先导孔、帷幕灌浆Ⅰ序孔、帷幕灌浆Ⅱ序孔、帷幕灌浆Ⅲ序孔。布置钻孔采用测量放线法，并设立明显的标记，标出孔序及孔号。

（2）非灌段钻孔方法。采用回转钻进行施工，覆盖层、强风化岩石采用φ108 mm套管护壁，其他非灌段岩石若遇破碎、断层部位采用φ90 mm套管进行护壁。

（3）先导孔钻孔方法。采用分段钻进，分段长度5～6 m，特殊情况下可适当缩减或加长，最长不大于10 m。先导孔、检查孔采用双管单动钻具，金刚石钻头回转钻进，钻取岩芯。岩芯按取芯次序统一编号，填牌装箱妥善保管，并绘制钻孔柱状图进行岩芯描述。芯样的最大长度应限制在3 m以内，一旦发现芯样卡钻或被磨损，应立即取出。除监理工程师另有指示，对于1 m或大于1 m的钻进循环，若芯样获得率小于80%，则下一次应减少循环深度50%，以后依次减少50%，直至50 cm为止。如果芯样的采取率很低，应更换钻孔机具或改进钻进方法。

（4）自下而上灌浆钻孔方法。非灌段钻孔完成后，底部灌浆段一次钻孔至设计孔底高程。

（5）自上而下灌浆钻孔方法。非灌段钻孔完成后，对岩石节理发育、破碎及无法实现自下而上灌浆的不良部位采用自上而下分段灌浆法，底部灌浆段采用分段钻进，分段长度5～6 m，特殊情况下可适当缩减或加长，最长不大于10 m。

2.2 冲洗

（1）采用自下而上灌浆法的各孔应在灌浆前进行一次裂隙冲洗。采用自上而下灌浆法的孔段在每段灌浆前进行冲洗。采用风水联合冲洗，或者用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲的方法进行冲洗。

（2）冲洗压力。冲洗水压采用80%的灌浆压力。若冲洗压力超过1 MPa时，采用1 MPa。

（3）裂隙冲洗应冲至回水澄清，对回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20 cm。

2.3 全孔测斜

（1）设计要求及测斜。钻孔角度要求是垂直的或偏角小于5°，钻孔孔底偏差不得大于表1规定的数值，并严格控制在20 m以内。所有帷幕灌浆孔均应进行全孔测斜。

表1 帷幕孔孔底偏差值

（2）灌浆孔深度设计要求：①达到设计图纸、文件规定的深度。②终孔段基岩透水率不大于3 Lu。③达到设计深度后，基岩透水率大于3 Lu时，应继续加深钻孔至满足不大于3 Lu；当加深10 m后仍达不到基岩透水率不大于3 Lu时，应申报监理、设计等单位，研究处理措施。

2.4 压水试验

压水试验在裂隙冲洗后进行。

（1）先导孔自上而下分段卡塞进行压水试验，并按图纸要求采用单点法或五点法。

（2）采用自下而上灌浆法，各灌浆孔灌浆前在孔底段进行一次简易压水。

（3）采用自上而下灌浆法，各次序孔的灌浆段在灌浆前应进行简易压水试验。

（4）压水压力为灌浆压力的80%，该值若大于1 MPa时，采用1 MPa；压水20 min，每5 min测读一次压水流量，取最后流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。

2.5 灌浆施工

（1）灌浆方法与灌浆压力。灌浆按分序加密的原则进行分序、分段施工。

（2）浆液配比和变浆标准。①按监理工程师批准的水灰比施灌，灌浆浆液应由稀到浓逐级变换水灰比，采用5、3、2、1、0.8、0.6（或0.5）等6个比级。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。②当某一比级浆液注入量已达300 L以上，或灌注时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30 L/min时，应根据施工具体情况，可越级变浓。③帷幕灌浆压力参照表2。④采用自上而下分段灌浆法时，灌浆塞应塞在已灌段底以下0.50 m处，以防漏灌；孔口无涌水的孔段，灌浆结束后可不待凝。

表2 帷幕灌浆压力参考值

（3）灌浆结束标准。①帷幕灌浆采用自下而上分段灌浆法时，在规定压力下，当注入率不大于1 L/min时，继续灌注30 min，灌浆即可结束。②帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，在规定压力下，当注入率不大于1 L/min时，继续灌注60 min，灌浆即可结束。

2.6 封 孔

（1）帷幕灌浆采用自下而上分段灌浆法时，灌浆孔封孔应采用 “分段压力灌浆封孔法”。当全孔灌浆结束后，将灌浆塞塞在灌浆段顶部0.50 m处，灌注水灰比为0.5∶1的浓浆，灌注压力一般采用0.5 MPa，当帷幕灌浆孔深大于25 m时，灌浆压力可采用1 MPa。当注入率不大于1 L/min时延续30 min停止。

（2）帷幕灌浆结束后，经监理工程师验收合格方可进行封孔。

（3）对灌浆孔上部空余部分，待孔内水泥浆液凝固后，采取机械压浆法继续封孔，封填材料选用砂∶水泥为1∶2的水泥砂浆，水灰比不大于0.6，其掺入洁净细砂粒径不小于1.0 mm。压浆时通过砂浆泵经胶管送入孔内底部，自下而上逐渐填实。封堵过程中要保证胶管管口始终保持在浆面以下。

（4）回填封孔必须保证孔内回填料本身填密压实，回填料与孔壁紧密结合，不留孔穴，不漏水。

2.7 帷幕灌浆质量检查

检查孔的钻孔取芯、压水试验在该单元工程的帷幕全部灌浆结束14 d后进行。

3 灌浆效果分析

（1）先导孔的透水率。共打先导孔66个，最大透水率15.4 Lu，最小透水率1.01，平均透水率5.2 Lu。因采用自下而上灌浆法，透水率多为终孔段透水率，灌浆孔的平均透水率为18.54 Lu，平均单位注灰量为26.839 kg/m。

（2）完成总灌浆量17 471.33 m。I序孔耗灰量为1688 904 kg，单位注灰38.457 kg/m； II序孔耗灰量为132 670 kg，单位注灰量为30.437 kg/m；III序孔耗灰量167 360 kg，单位注灰量为19.19 kg/m。检查孔个数61个，平均透水率1.14 Lu。说明随灌浆次序增加，单位注灰量呈递减变化。

（3）孔斜测量。帷幕灌浆孔全部进行了测斜，最大偏距2.05 m，最小偏距0.22 m，其孔底偏差均满足设计要求。

通过以上分析看出，灌浆效果明显，基本符合灌浆的一般规律。

4 结 语

蒲石河抽水蓄能电站上水库库周帷幕灌浆钻孔深度大，最深处达到了99.9 m，质量要求高，帷幕深入基岩相对不透水层（透水率＜3 Lu）以下3.0 m。帷幕灌浆施工过程中，采取自下而上分段卡塞、孔内循环式灌浆法；对岩石节理发育、破碎及无法实现自下而上分段灌浆的不良部位，采用自上而下分段孔口封闭灌浆法施工。通过检查孔压水和对灌浆成果分析，结果说明灌浆效果明显。对全部帷幕灌浆孔进行了孔斜测量，最大偏距2.05 m，最小偏距0.22 m，其孔底偏差均满足设计要求。本工程研究了在钻孔深度较大和强风化岩或软弱夹层情况下的深孔灌浆方法，可为类似工程提供借鉴。