裂隙发育条件下水电站帷幕灌浆施工工艺设计

蒋晓光

(辽宁省丹东市振安区水利局，辽宁 丹东 118006)

1 概 况

1.1 工程概况

某抽水蓄能电站在发电的基础上考虑了下游防洪要求。年平均发电量11.01亿kW。下游的防洪标准级别较高，为50a一遇。该发电站的组成部分有混凝土堆石坝、泄洪洞、发电系统、厂房和开关站。装机3台103MW水轮发电机组，总装机容量309MW，保证出力49.9MW，年平均发电量11亿kW·h，年利用小时3540h，工程规模大(2)型工程。

1.2 右岸溢洪洞地质概况

进口段位于向斜轴西南翼，岩性为凝灰质砾岩。F57断层和j1、j3、j4组裂隙主要发育在岩体中。

洞身0+032-0+090m段：围岩岩性主要为凝灰质砾岩和凝灰质砾岩夹凝灰质粉砂岩。隧道中轴线和岩石的夹角为50°左右。岩体裂隙主要为顺层小裂隙和随机发育的小断层、小裂隙。

洞身0+090-0+215m段：围岩岩性为变质岩、大理岩、结晶灰岩互层，与洞轴线呈30°-50°夹角，对围岩稳定性有不利影响。围岩以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ类，局部破碎带或破碎密集带为Ⅳ类。

洞身0+215-0+390m段：围岩坚硬，为完整的凝灰质砾岩。岩层走向北西310°左右，走向北东，倾角70°左右，与隧道轴线夹角33°左右。由于岩层不发育，对围岩稳定性没有重大不利影响。围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主，局部断裂带或裂隙密集带为Ⅳ类，基本稳定-稳定性差。

1.3 灌浆研究区域

溢洪洞堰闸段右侧帷幕灌浆。主要为溢左 0+001.00-溢左0+007.70及溢右0+001.00-溢右0+123.00灌浆廊道的帷幕灌浆，其中包括主帷幕灌浆和副帷幕灌浆。本分部工程帷幕灌浆于2007年06月30日开工，2007年10月26日完工，共计完成帷幕灌浆3729.8m.。

2 设计工艺

2.1 设计概况

根据施工现场情况，在附近设置集中制浆站，浆液管道与施工现场连接，集中制浆系统设置水泥库、高速制浆机、浆液泵等，如图1所示。在注浆工作面附近设置注浆泵和水泥浆搅拌筒。制浆站水灰比为0.5:1厚浆，铺设φ50-75mm浆管运输至施工工作面。泥浆流量控制在1.5-1.9m/s。

制备浆液配比严格按规定进行控制，实测比重与理论值≤ 5%。杜绝不合格比重浆液进入施工环节。

1)主、副帷幕排距为1.5m；灌浆孔孔距 2.0m，帷幕孔均为竖直孔。单排帷幕灌浆孔分三序孔，两岸的主、副帷幕均为两序，副帷幕深度按 2/3 主帷幕深度控制。

2)灌浆压力见表1，封孔灌浆压力应为最大灌浆压力。

图1 制浆站示意图

表1 灌浆段压力分布

3)浆液比级

帷幕灌浆浆液比级采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六个比级， 开灌水灰比为5∶1。

4)主帷幕终孔段灌前压水透水率如大于10Lu，则应向下加深一段，段长为5m，如认为不满足上述规定，则继续向下加深，段长不变，当加深到四段时仍不能满足灌前压水< 10Lu 的要求，由设计、地质、监理、业主研究确定是否继续加深。

5)检查孔合格标准透水率≤3Lu。

2.2 灌浆施工工艺

对帷幕灌浆施工主要项目有：孔的钻进、裂隙冲洗、灌浆、封孔四大项内容，工艺流程如图2。帷幕灌浆均应在固结灌浆结束、上部结构混凝土达到设计要求的高程及强度后，按照分顺序加密的原则进行。一般单排孔帷幕分Ⅲ序施工，双排孔帷幕分 II序施工；两个次序孔之间在岩石中钻孔灌浆的间隔高差，按照设计规范的要求≥15m[1-2]。

图2 施工工艺流程图

该部位采用SGZ-III型岩芯钻机和金刚石钻头或硬质合金钻头钻进，孔口封闭、孔内循环，自上而下分段钻进、灌注。全孔灌浆结束后，采用全孔灌浆封孔法。施工工艺流程与常规并无太大差别，在此不作详细说明。

3 控制措施

3.1 控制措施施工概况

灌浆过程中，该部位个别孔出现压水试验与灌浆无回水、无回压现象，但并无地表或山体外漏情况发生，在较长时间冲洗压水过程中，有发现较远部位有串孔现象，此现象说明该部位裂隙发育比较单一，裂隙和断层间关联程度较弱。

例如：主帷幕单元孔WZ5-I-46，该孔4段、5段、8段均出现无压现象，在灌浆过程中甚至出现自吸浆现象(即使停注浆泵浆液自动由储浆桶流入孔内)。但在任何部位却没有发生浆液外漏现象，如果持续灌注，水泥使用量将不可预估。同轴线他序孔施工中，也在相对应的高程出现不同程度的这种现象。

经设计单位研究地质情况后确定，该部位没有溶洞或特别发育断层带，该情况是由于裂隙发育所致，如果发生外漏或串孔，可采用间歇或短期待凝方法控制，如无外漏应灌注饱满，但可采用孔口冲砂等方法填充较大裂隙。

3.2 灌浆控制措施

1)当灌浆的压力值不发生变化时，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

2)一级的浆液注入率已达300L或注浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率无改变或改变不明显，应改浓一级。

3)注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浆，但不允许采用间歇灌浆。

4)当注入量过大变浆无效且没有外漏的情况下，可采取孔口浓浆冲砂，冲砂量一般情况一次≤ 0.3m3。

5)当改变浆液水灰比后，如果灌浆压力突增或注入率突减，应立即查明原因，进行处理，不得越级变浆。

6)当发现有地面或廊道漏水或漏浆时，可继续灌浆。如有漏浆或漏水现象，应降低灌浆压力，直至上述现象停止，然后逐渐增大压力至原灌浆压力，继续灌浆。减压无效时，应加厚一级泥浆灌注。若减压降浓无效，且漏浆量接近注入量时，可停浆凝结，凝结时间超过4h后恢复灌浆。

7)灌浆过程中应定期测量浆液比重，灌浆结束时还应测量浆液比重，并做好详细记录。对有串、溢、漏的孔段，应记录准确位置，并通知监理部门和设计单位研究处理措施[3-4]。

4 灌浆成果分析

4.1 透水率与水泥注入量

通过灌浆成果表及检查孔压水成果表统计表明：灌浆I 序孔平均单耗288.2kg/m， II 序平均 149.22kg/m，III 序平均 91.3kg/m，分序递减明显，说明灌浆效果明显。通过柱状图分析，虽然在灌浆过程中限制一部分浆液的流动，但从整体防渗效果上看并无太大影响，II、III 序孔注入量的降低，说明 I 序孔的辐射范围已经达到设计范围，见表2。

表2 透水率与单耗分析表

4.2 灌浆检查分析

帷幕灌浆检查孔压水试验采用单点法。检查孔的数量按灌浆孔总数的10%控制。压水检查孔合格标准为：透水率 q≤3Lu.

检查孔采用直径Φ94mm、Φ76mm 金刚石钻头、双管单动钻具清水钻进，并按要求进行了统一编号、装箱、素描、拍照等。帷幕灌浆检查孔共完成 10 个，约占灌浆工程量的 15.1%，共完成压水试验 98 段，合格 98 段，透水合格率为 100%，透水率最大值 2.41Lu。从检查孔取芯情况看，岩心采取率较高，岩体裂隙中水泥结实饱满、密实，如图3，表 3。

图3 岩石中水泥结石

表3 检查孔透水率分析表

4.3 灌浆措施分析

对于帷幕灌浆施工控制措施而言，工程所采取的控制措施并不多，在灌浆量上并没有做过大的限制，仅针对串孔、外漏现象进行了待凝处理，针对注入量大的地段适当采取了孔口冲砂措施。在实施过程中，孔口冲砂效果并不很好，冲砂量一般不大于20kg就会终止注入，从一个侧面也反应出地层的裂隙发育宽度并不大，只是贯穿距离比较长。

5 结 论

以某抽水蓄能水电站为例，分析了帷幕灌浆施工的控制措施。从实例情况分析可以看出，串孔、地表外漏情况突出，串通距离较远情况下，控制措施主要以限制浆液向灌浆区域外流动为主，间歇、待凝措施频繁使用；而透水率大，灌注量大， 但是外漏情况不明显，裂隙多纵向发育多的地质条件下，孔口冲砂效果并不很好，冲砂量一般不大于20kg就会终止注入，从一个侧面也反应出地层的裂隙发育宽度并不大，只是贯穿距离比较长。