海南琼中抽水蓄能电站尾水主洞生产性固结灌浆试验研究

王强++陈钊++晋良海

摘要：海南琼中抽水蓄能电站开挖尾水主洞时，遇断层、岩脉、岩体风化影响，围岩稳定性差，规模较大的断层多，断层破碎带胶結差，影响带岩体较破碎，在洞壁与其它方向的结构面组合形成可能失稳的楔形体，且构造部位的涌水量较大，洞室存在可能失稳的随机楔形体。为此，开展生产性试验，了解工程区围岩灌浆特性，检验洞室衬砌段固结灌浆措施的有效性；通过试验选择适宜的钻孔施工设备或机具、施工方法和施工控制措施；以获得合适的灌浆程序、高效的灌浆工艺以及合理的灌浆参数。结果表明，本次生产性固结灌浆试验的技术参数是合理的，施工工艺是可行的，渗透性吕荣值满足设计要求。

Abstract： During the excavation of the tailrace main tunnel of Hainan Qiongzhong pumped-storage power station， affected by faults， dykes and rock mass weathering， the surrounding rock stability is poor， there are many large scale faults， fault broken zone has poor cementing， a possible instability wedge is formed in the wall and the other direction of the structural plane， and the gushing water of the structural site is large. Therefore productive tests are carried out to understand the surrounding rock grouting characteristics of the project area， and test the effectiveness of grouting measures for lining section of tunnel. Appropriate drilling equipment or tools， construction methods and construction control measures are selected， to obtain suitable grouting procedure， efficient grouting process and reasonable grouting parameters. The results show that the technical parameters of the productive consolidation grouting test are reasonable， the construction technology is feasible and the permeability Lv Rong value meets the design requirements.

关键词：海南琼中抽水蓄能电站；尾水主洞；涌水；固结灌浆；生产性试验

Key words： Hainan Qiongzhong pumped storage power plant；tail water main tunnel；water gushing；consolidation grouting；production test

中图分类号：TV543 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0135-03

0 引言

琼中抽水蓄能电站工程是二等大（2）型工程，主要承担海南电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务。枢纽建筑物主要由上水库、输水系统、发电厂房及下水库等4部分组成。尾水隧洞开挖时受断层、岩脉、岩体风化影响，围岩稳定性差；断层破碎带胶结差，影响带岩体较破碎，断层部位围岩类别为Ⅳ类～Ⅴ类，不利于洞壁稳定，易在洞壁与其它方向的结构面组合形成可能失稳的楔形体，且构造部位的涌水量较大，洞室存在可能失稳的随机楔形体。因此，为提高和改善基岩物理力学性能，提高岩基的强度和整体性[1，2]，增强防渗效果，减少开挖深度，结合生产同步开展固结灌浆试验，选择适宜的钻孔施工设备或机具、施工方法和施工控制措施，获得合适的灌浆程序、高效的灌浆工艺以及合理的灌浆参数[3]，对尾水系统洞内衬砌段灌浆施工提供主要依据，并对后期系统固结灌浆施工起指导作用具有重要意义[4]。

1 固结灌浆试验设计

1.1 试验目的

试验区选取在尾水主洞Ⅱ类～Ⅲ类围岩和Ⅳ类～Ⅴ类围岩区域。本次灌浆试验拟结合生产同步实施，其试验的主要目的包括[5-7]：

①了解工程区围岩灌浆特性，检验洞室衬砌段固结灌浆措施的有效性；

②通过试验选择适宜的钻孔施工设备或机具、施工方法和施工控制措施；

③通过试验获得合适的灌浆程序、高效的灌浆工艺以及合理的灌浆参数；

④通过试验发现及解决可能遇到的其它施工问题。

1.2 灌浆试验设计

根据尾水主洞混凝土衬砌的进度，结合固结灌浆施工的具体情况及地质情况，决定固结灌浆试验部位选取在尾水主洞桩号为：尾1+044.316～尾1+034.316范围内试验。孔位布置见图1。

1.3 技术要求

执行 DL/T 5148—2012《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》、设计下发的《尾水主洞结构图布置图（1/6～6/6）》、《海南琼中抽水蓄能电站主体工程灌浆施工技术要求》、监理工程师批准的《海南琼中抽水蓄能电站C4标尾水主洞固结灌浆生产性试验大纲》及其他相关技术要求。

1.4 工作程序

试验孔施工次序：环间分序、环内加密的原则进行。

施工程序为：安装抬动观测装置→钻孔→冲洗（压水）、灌浆→封孔→灌后检查孔钻孔、灌后压水→灌后检查孔灌浆及封孔→试验资料分析、提交试验报告。

2 固结灌浆试验施工

2.1 抬动观测装置

为确保在灌浆过程中避免出现混凝土及深层基岩抬动，在试验区安装1个抬动观测装置，孔深为见基岩6.0m。其安装结构如图2。

2.2 钻孔

钻孔采用YT-28型风动钻机和孔径为φ50mm的潜孔钻。孔深为深入基岩6.0m，一次性钻至孔底。钻孔位置偏差不大于10cm，孔深偏差控制在±20cm。钻孔保证孔向垂直于砼面，严格控制孔斜，采用水平尺控制孔斜。

2.3 灌浆材料

采用业主指定的华润水泥有限公司普通硅酸盐水泥，水泥标号为P.O42.5，其细度为通过80um方孔筛的筛余量小于5%。

2.4 裂隙冲洗和压水试验

各孔段灌浆前进行裂隙冲洗，至回水澄清为止。为获得灌前尾水主洞岩石的透水率参数，各孔段在灌浆前进行简易压水试验，简易压水结合裂隙冲洗同时进行，压力为0.40MPa，压水时间为20min，每5min记录一次流量，以最终流量计算该段的透水率。

2.5 灌浆

2.5.1 试验孔布置方案、灌浆压力及水灰比

试验区孔位布置：按间排距2.0m*2.0m布置，每环14个灌浆孔，孔深6.0m，孔向垂直于岩石表面，沿洞周呈发射状布置，奇偶环呈梅花形布置。

灌浆压力：Ⅰ序孔0.5MPa、Ⅱ序孔0.5MPa。

水灰比选择：依次采用3：1、2：1、1：1、0.5：1四个比级由稀到浓进行灌浆。

2.5.2 灌浆方法及程序

①采用一次循环式灌浆，孔深入岩6.0m，用HT-Ⅳ型灌浆自动记录仪进行记录，用Φ25PVC管作射浆管，射浆管距孔底不大于50cm。

②浆液比级由稀至浓，逐级变换。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续上升时，不得改变水灰比。

③浆液变换标准当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比浆液灌注。当注入率大于30L/min且注入量达300L以上时，可根据具体情况越级变浓。当孔口灌浆压力小于0.1MPa时或浆液大量外漏时，可直接灌注0.5：1水泥浆液。越级变浓至0.5：1以后，浆液注入率若仍然无明显变化，则采取限流或间隙灌浆措施。

④灌浆结束标准。在规定压力下，注入率不大于1.0L/min时，连续灌注30min，结束灌浆。

⑤封孔。采用“全孔灌浆封孔法”进行封孔。封孔浆液为0.5：1水泥浆液。对于“全孔灌浆封孔法”其灌浆压力为设计灌浆压力，持续时间为30min。对于孔内浆液凝固后在灌浆孔上部的空腔，采用干硬性水泥砂浆或浓稠水泥浆封填密实。

2.6 质量检查

①固结灌浆质量检查采用灌前灌后岩体波速和检查孔压水试验相结合的方法进行综合评定[8]。

②用岩体波速法进行质量检查时，检查工作宜在该部位灌浆结束14天后进行，检查孔的数量及孔位的布置由监理工程师指定。

③固结灌浆质量检查压水试验合格标准为透水率q≤3Lu。

④检查孔岩体波速测试结束后，按正常灌浆孔要求进行灌浆和封孔。

3 固结灌浆试验成果分析

3.1 压水资料分析

尾水主洞Ⅳ类～Ⅴ类围岩试验区灌前简易压水试验成果分析统计见图3。

从灌前透水率分布区间情况看，I、II序孔中均无透水率<1Lu的段次，表明该部位岩层较破碎，岩体的完整性较差。I序孔透水率>50Lu的段次占5.7%，II序孔透水率>50Lu的段次占2.9%，表明试验区个别部位有很大的裂隙及破碎岩石。

从灌前简易压水的透水率对比情况看，随灌序的增加，各次序的透水率值分布上遵循递减的规律。灌浆孔中岩体透水率<5.0Lu的频率，I序孔为77.1%，II序孔为94.3%，说明随着灌浆次序的增进，地层逐渐被灌注密实，地层的透水性得到明显的改善。

根据试验区灌浆成果分析及灌后检查孔试验检测，试验区共布置4个检查孔，透水率分别为0.66、0.82、1.27、1.12，检查孔压水符合小于3Lu要求。说明该试验部位固结灌浆效果是显著的，达到了相应的质量标准。

3.2 灌浆资料分析

试验区自2016年9月18日灌浆以来，截止10月10日，共计完成灌浆420m，灌浆水泥16.1t。单位注入量与灌浆次序关系见图4。

从单位注入量的统计情况看，随灌序的增加，各次序的单位注入量值分布上遵循递减的规律。灌浆孔中单位注入量<10kg/m的频率，I序孔为11.4%，II序孔为60.0%，说明随着灌浆次序的增进，地层逐渐被灌注密实，地层的渗透性得到明显的改善。

从单位注入量均值的对比情况看，随灌序的增进，试区各次序孔的单位注入量呈现明显的递减规律。I序孔单位注入量为46.1kg/m，II序孔单位注入量为30.6kg/m，II序孔比I序孔递减33.6%。

从地层情况看，尾水主洞试验区部分孔段岩石宽缝及大裂隙多，岩体卸荷裂隙比较发育，试验区总平均注入量为33.7kg/m。

3.3 灌浆压力与注入率及抬动关系分析

根据现场施工观测情况及资料统计，从总体上看，除地质条件变化的影响因素外，随着灌浆压力的增大，灌浆注入率相应增大，但随着压力增大，试验区个别孔段会出现一定范围的抬动。在灌注Z2-8-5与Z2-8-9号孔时，压力0.50MPa，注入流量20.0L/min时，发生抬动累计变化65μm，灌浆按0.5MPa正常屏浆结束。按现行施工工艺，依试验大纲批复的0.5MPa压力，在确保不发生破坏性抬动的情况下，能满足该部位施工质量要求。

4 结论

①尾水主洞Ⅳ类～Ⅴ类围岩固结灌浆采用分两序，全孔一次性钻孔，孔口卡塞循环式灌浆的施工方法是可行的，虽然有部分孔段因地质原因存在注灰量有一定的差异，但并没影响整体灌浆效果。

②经灌后检查孔压水试验检测结果，压水指标均满足小于3Lu的技术要求，在施工工艺及施工流程相同的情况下，采用3：1、2：1、1：1、0.5：1四个比级由稀到浓进行灌浆可满足设计要求。

③试验区灌浆改善了岩体裂隙发育及破碎岩石，提高了岩体的整体性和抗变形能力。结果表明，本次生产性固结灌浆试验的技术参数是合理的，施工工艺是可行的，吕荣值满足设计要求。

参考文献：

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