锦屏二级水电站引水隧洞横向通道封堵体灌浆施工

张刚武，王天西，曾凡荣

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)



锦屏二级水电站引水隧洞横向通道封堵体灌浆施工

张刚武，王天西，曾凡荣

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

锦屏二级水电站东端1#引水隧洞与2#引水隧洞间横通道26个，2#引水隧洞与3号引水隧洞间横通道15个。在横通道封堵灌浆联合验收时，发现11条横通道压水试验成果不满足设计要求，在充水发电期间，东引1#施工支洞揭示了渗水现象。本文针对横通道封堵体部位参数问题、过程中灌浆技术改进后取得的成果进行了研究和分析。

锦屏二级水电站 引水隧洞 横向通道 封堵体 灌浆处理

1工程概况

锦屏二级水电站引水工程由四条长度为16.67km的引水隧洞组成，为了满足施工阶段交通、通风、排水等需要，1#引水隧洞与2#引水隧洞间有横通道26个，2#引水隧洞与3#引水隧洞间有横通道15个。这些横通道，在施工完成后均要用混凝土封堵。为了封闭渗流通道、满足充水发电后引水隧洞的渗漏标准，横通道部位设置了回填灌浆、接缝灌浆、锥形固结灌浆及扇形固结灌浆等，其灌浆质量关系到引水隧洞的安全运行。

实心封堵体，从1#引水隧洞至2#引水隧洞依次施工接缝灌浆、锥形固结灌浆、锥形固结兼接缝灌浆。预留空心封堵体，从1#引水隧洞至2#引水隧洞依次施工接缝灌浆、锥形固结灌浆、扇形固结、锥形固结兼接缝灌浆。

接缝灌浆，孔深超过施工缝50cm，灌浆压力2.0MPa，间排距2.0m×2.0m，梅花形布置。

斜交断面锥形固结灌浆，大角度相交侧270°范围固结灌浆，孔深入岩3.5m/4.5m，灌浆压力3.0MPa，共2环，每环9～10孔，锥形布置，小角度相交侧90°范围内不灌浆。

空心段扇形固结随机布置，孔深入岩3.0m，灌浆压力3.0MPa，每环12孔，扇形布置。

斜交断面锥形固结兼接缝灌浆，大角度相交侧270°范围固结灌浆，孔深入岩3.5m/4.5m，灌浆压力3.0MPa，共2环，每环9～10孔，锥形布置；小角度相交侧90°范围接缝灌浆；灌浆压力3.0MPa，共2环，每环2～3孔，锥形布置。

2 横向通道施工存在的问题

鉴于堵头灌浆对引水隧洞一次充水成功、投产后安全运行的重要性，在按照上述参数完成施工后，与灌浆第三方及时进行质量联检，FD-2-16+449-2、FD-2-13+650-1、FD-2-12+820-1、FD-2-10+270-1、FD-2-9+931-1、FD-2-8+985-1，FD-2-8+559-1、FD-2-6+910-1、FD-2-6+244-1、FD-2-5+940-1、FD-2-5+500-1透水率在不同程度上超过设计要求。经分析，以下几点是质量检查不合格的主要原因：

(1)施工辅助通道断面大，设计断面尺寸从8m×7m到11.5m×9.0m，且不同程度上的超挖造成实际断面尺寸更大，2环伞形固结灌浆孔在孔底发散距离较大；

(2)由于锥形固结灌浆孔操作空间有限，采用小型钻机钻孔，开孔前在孔位处人工凿坑开孔，但由于锥形孔需同时控制钻孔孔位、倾角和方位角，实际操作难度极大。钻孔在穿过混凝土进入基岩时，角度将再次微小改变，难以满足设计精度的排距和孔底间距，形成有效的闭合圆环状固结圈；

(3)受钻孔精度影响，质量检查孔局部距固结圈较近或未进入固结圈，导致压水试验透水率偏大。

3 横向通道封堵体灌浆技术

3.1 封堵体回填、接缝灌浆新技术

采用预埋铁管灌浆工艺的缺点：在钻爆法施工洞段，岩石面曲折，预埋铁管的支管只能在间隔一定距离布置，难以完全贴合基岩面；预埋铁管刚度较大，混凝土浇筑过程容易被折断，封闭不好时，容易堵管，影响回填灌浆质量。

为更高效优质推动封堵体回填灌浆、接缝灌浆施工，积极开展了新技术、新材料应用调研。目前，在国内外多个水电站回填灌浆中，成功应用捷特G300型可重复灌浆管，具有全断面、可重复灌浆、安装简便的优越特性。封堵体回填灌浆预埋四组捷特G300型可重复灌浆管，较埋铁管灌浆工艺增加一组顶拱排气管路，增强了灌区的畅通性。预留空心封堵体空心廊道顶部回填灌浆预埋三组捷特G300型可重复灌浆管，实心封堵体接缝灌浆预埋两组横向、一组弧形捷特G300型可重复灌浆管；预留空心封堵体接缝灌浆预埋两组竖向、一组弧形捷特G300型可重复灌浆管；预留空心封堵体空心廊道两侧接缝灌浆各预埋两组捷特G300型可重复灌浆管。

(a)回填灌浆典型断面；(b)接缝灌浆典型断面

捷特G300型可重复灌浆管体直接与基面、混凝土面紧密接触，灌浆时浆液可压缩发泡材料并均匀地注入混凝土与基面之间的缝隙中，具有线状出浆、排气、不倒流、可重复灌浆、灌浆密实效果好等优点。采用捷特G300型可重复灌浆管进行封堵体回填、接缝灌浆后，东端1#、2#引水隧洞充水发电期间，封堵体回填、接缝位置未出现任何渗漏情况，封堵效果较好。同时，其安装简便，在工期极其紧张的情况下确保了回填、接缝灌浆施工进度，解放了劳动力资源。

3.2 封堵体锥形灌浆加密技术

为预防引水隧洞发电期间水流通过横通道封堵体外渗，保证引水隧洞长期运行安全，在原锥形固结灌浆孔内外环间增加一环化学灌浆孔，在原锥形固结灌浆孔内外环之间增加布置1环灌浆孔(共12个)，孔深10+以西入岩4m，10+以东入岩8.5m，孔向与通道截面成50°夹角。具体布置见图2。

图2 增加化学灌浆典型断面

水泥灌浆采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不应低于42.5MPa；化学灌浆采用丙烯酸盐。每个孔灌浆前均要进行压水试验，当透水率大于或等于2Lu时，先进行水泥灌浆，再进行化学灌浆；当透水率小于2Lu时，直接进行化学灌浆。孔深入岩4m、8.5m的孔均全孔一次性灌注。水泥灌浆灌浆压力3.0MPa；化学灌浆灌浆压力2.0MPa。采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1共五个比级，开灌水灰比为3∶1。水泥灌浆结束标准：在设计规定的灌浆压力下，该段吸浆量不大于1L/min，继续灌注30min，即可结束。化学灌浆结束标准：在最大灌浆压力下，注入率不大于0.01kg/min，继续灌注30min或达到胶凝时间，即可结束。

化学灌浆结束后，采用0.5∶1水泥浆置换孔内化学浆液，然后“全孔灌浆封孔法”进行封孔，封孔时间不少于30min，孔口空余部分采用干缩塑性砂浆人工封填捣实抹平，干缩塑性砂浆抗压强度不小于25MPa。

2#引水隧洞靠3#洞侧12个横通道增加了化学灌浆，2#引水隧洞充水保压表明，横通道无渗漏，化学灌浆效果良好。

3.3 东引1#施工支洞钢衬接触灌浆技术

3.3.1进人门情况

锦屏二级水电站东端2#引水隧洞进人门，位于东引1#施工支洞内，布置有钢衬，底部高程为1566.34m。进人门钢衬段断面为矩形，为水平直段，断面净尺寸4.0m(宽)×3.2m(高)，长度10m。钢衬由顶衬、侧衬和底衬组成，壁厚16mm，钢衬外壁设有纵、横向加强肋板，板厚为16mm，钢衬及肋板材质采用Q345R钢板。如果采用钻孔接触灌浆施工工艺，受到交通影响，作业难度较大，同时会影响到隧洞内的尾期施工。采用捷特G300型可重复灌浆管进行接触灌浆，就可以避免钻孔，确保交通通畅。

3.3.2 接触灌浆埋管工艺

根据引水隧洞进人门钢衬结构，底衬布置4趟管路，两边2趟埋管利用底衬横向加劲肋串浆孔引埋，中间2趟埋管中心线距施工支洞距离为200mm。为了避开振捣孔，中间两趟在横肋上切割串浆孔，新增串浆孔尺寸为φ160mm半圆孔。

钢衬接触灌浆预埋采用捷特G300型可重复灌浆管沿接触面埋设，进浆管采用φ38mm可重复灌浆管(捷特G300型)，回浆(排气)管采用φ25mmPE管，灌浆管从横肋上的φ160mm半圆窜浆孔、穿管孔穿过，用专用固定卡紧贴固定在钢衬外壁。灌浆管安装完成后，在管口做好保护，并按照管路编号做出醒目标记。

3.3.3 钢衬接触灌浆施工

引水隧洞进人门钢衬接触灌浆底衬，应该先中间、后两边进行施灌；系统相互串通、回浆浓度相同时，可并联系统灌注；灌浆时注入水灰比为0.5∶1的水泥浆(掺加6%～8%的减水剂)，灌浆压力为0.2MPa。为了防止灌浆过程中有害的抬动变形发生，必须严格控制灌浆压力，做好有效的预防措施。灌浆进浆管、回浆管孔口安装0.5MPa压力表，便于灌浆过程中压力观测，进浆管上安装0.25MPa泄压阀，在灌浆压力达到0.25MPa时，自动泄去灌浆压力。

当达到设计压力后，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注5min即可结束灌浆。停止灌浆后，将可重复灌浆管内的浆液用大流量无压水(或水压小于灌浆压力)冲洗干净，以备下次灌浆(每次注浆完毕之后立即清理，可进行多次重复灌浆)。

3.4 对穿孔、预埋管回填技术

横通道在引水隧洞灌浆施工后期要依次进行封堵，满足交通部分的横通道预留空心廊道或者过人通道，其余采用实心封堵。在隧洞施工阶段有部分制浆站、变压器等临建布置在横通道内，为了不影响洞内剩余灌浆项目施工，横穿横通道内水管、浆管、电缆等临建设施，采取了防护措施后被浇筑在混凝土内。这些管路在后期采用传统工艺封堵时，充水后会沿着管壁形成渗漏通道，造成隧洞充水后渗漏指标不满足设计要求，同时长期渗水会对混凝土造成不同程度的破坏。

为了解决预埋管路(对穿孔)在封堵后的渗漏问题，锦屏工程在预埋管路回填时采用了两端钢板的工艺。在对应区域的灌浆工作全部结束后，清除孔内埋管、杂物，再采用压力水对全孔进行孔壁冲洗。灌浆前，所有预埋管路(对穿孔)在2#洞侧凿槽，焊5mm厚的钢板，后采用0.38∶1∶1(水∶砂∶水泥)干缩塑性砂浆抹压与混凝土面齐平。灌浆采用0.5∶1纯水泥浆液，压力0.5MPa。回填封堵结束后，在3#洞侧焊5mm厚的钢板。

4 横向通道渗水处理技术

4.1FD-2-5+500-1横通道堵水灌浆技术

4.1.1 出水情况

FD-2-5+500-1横通道2#引水隧洞侧结构设计为先浇筑空心体，中间预留空心廊道，后进行空心廊道回填。2013年7月以来，FD-2-5+500-1靠2#引水隧洞一侧封堵体混凝土出现涌水，经过现场测量，最大涌水流量约为12L/s。根据对涌水部位的长期观测，结合2#引水隧洞横通道周围系统固结灌浆检查效果，可以判断涌水形成原因：进入雨季以来，随着雨水量的增加，地下水流量和压力增大，通过混凝土缺陷通道，沿着空心廊道封堵体与横通道封堵体新老混凝土层间缝涌出。为确保2#引水隧洞长期安全运行，故对引FD-2-5+500-1封堵体2#引水隧洞侧出水部位进行封堵灌浆。

4.1.2 堵水灌浆技术

在封堵体顶拱部位沿封堵体混凝土与基岩面进行环状布孔，孔位与伞型固结孔错开，由混凝土面斜向钻入基岩。孔深为入岩6m，分2段进行灌浆，0～2m段灌浆压力3MPa，2m～6m段灌浆压力6MPa。

灌浆材料主要采用纯水泥浆和水泥-ch聚丙烯酰胺双液材料，灌浆前各出水孔须进行涌水流量及压力测定，采用自深而浅分段循环式卡塞灌浆法。灌浆水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1三个比级，开灌水灰比采用2∶1，浆液浓度由稀到浓逐级变换。钻孔冲洗过程中如果发现串浆、冒浆现象或压水透水率较大时，可直接采用0.5∶1的浓浆灌注，并采用降压、限流、间歇灌浆等措施，再无效时则可采用加入3%～10%的堵水灌浆专用液进行双液灌注。灌注纯水水泥浆时，在设计规定的灌浆压力下，吸浆量不大于1L/min，继续灌注20min，即可结束。灌注双液浆液时，在设计规定的灌浆压力下，吸浆量不大于1L/min，即可结束。

FD-2-5+500-1横通道堵水灌浆施工后进行了表观验收，出水点封堵情况较好，残余渗漏水总量0.2L/s，单点集中出水点0.05L/s。堵水灌浆后残余渗漏水总量和单点集中出水点量两项指标均满足设计要求。

4.2FD-3-16+449-1封堵体渗水处理技术

4.2.1 渗水情况

东引1#施工支洞FD-2-16+449-1封堵体，堵头部位右侧腰线和顶拱目前存在渗水现象。其中，封堵体右边墙腰线部位，渗水流量在(2～5)L/min，渗水压力0.5MPa～1.0Mpa。根据长期对渗水流量的观察，渗水流量和压力相对稳定，结合衬砌后的固结灌浆、实心段的伞(锥)形固结灌浆和空心段的环状固结灌浆效果评价，可以初步判断渗水不是山体的渗水。形成渗漏原因主要为：由于1#引水隧洞充水发电，回填灌浆和接缝灌浆提前进行了施工，待混凝土收缩后，在衬砌混凝土和封堵体之间形成收缩缝，从而形成渗漏通道。考虑到1#引水隧洞已经充水发电，长时间的渗水对封堵体和工程永久运行造成不良影响，故对封堵体接缝部位进行全断面的化学灌浆处理。

4.2.2 渗水处理技术

FD-2-16+449-1封堵体长度28.62m，化学灌浆范围在堵头段以内5m左右，对渗水点先用聚氨酯进行灌浆施工，控制下一步金沙浆灌浆的扩散距离，灌浆孔布置在渗水较明显的部位。

灌浆孔从底板向上1m的位置开始布设，沿堵头段施工缝每隔2m布设一个灌浆孔，第一排灌浆孔布设在堵头上，穿过缝面的位置距堵头2m，第二排灌浆孔布设在第一排灌浆孔的中间，穿过缝面的位置距堵头3m。

针对该部位的渗水情况，采用金沙浆灌浆材料A∶B=1∶0.12主灌浆、A∶B=1∶0.2速凝浆(主要用于渗水量大的部位、灌浆结束后的封孔灌浆)。金沙浆各配比操作性能见表1。

表1 金沙浆各配比操作性能统计

灌浆施工前进行渗水流量和压力的测试，灌浆压力要大于渗水压力1.0MPa～1.5MPa。灌浆压力先小后大，进浆宜缓慢，不应急促，采用分级升压方式，逐级升压至设计灌浆压力，骑缝孔返浆为止，分级升压速度为0.2MPa/30min。在最大灌浆压力下，注入率不大于0.01kg/min，继续灌注30min或达到胶凝时间，即可结束。

FD-3-16+449-1封堵体进行化学灌浆处理后、堵头表面应干燥、无渗出物。

5 结语

锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程，在横通道封堵体灌浆方面通过采用回填、接缝灌浆新技术、锥形固结灌浆加密、预埋管加焊双堵板技术等，保证了横通道回填灌浆、接缝灌浆、锥形固结灌浆的灌浆质量。采用改进技术后，在隧洞充水发电期间未发现渗漏现象。同时在横通道封涌水、渗水的封堵灌浆方面，通过采用水泥-ch聚丙烯酰胺双液材料、金沙浆工艺，取得了较好的成果。

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2095-1809(2015)05-0093-05

张刚武(1974-)，男，四川德阳人，武汉地质学院，大学本科，中国水电第七工程局有限公司成都水电建设工程有限公司，项目副经理，工程师，从事水力水电施工技术管理工作。

王天西(1985-)，男，河南平顶山人，四川交通职业技术学院，大学专科，中国水电第七工程局有限公司成都水电建设工程有限公司，主任，助理工程师，从事水力水电施工技术管理工作。

曾凡荣(1983-)，男，四川德阳人，西昌学院，大学本科，中国水电第七工程局有限公司成都水电建设工程有限公司，助理工程师，从事水力水电施工技术管理工作。