构皮滩水电站右岸EL.520m灌浆平洞K0+613m溶洞处理施工工艺

蒋和平 胡乘龙

摘要：本文通过构皮滩水电站右岸EL.520灌浆平洞K0+613m溶洞的实例，从钻孔参数设计、灌浆压力选择、灌浆工艺等多方面的叙述，介绍了一种对充泥溶洞处理的施工方法，并取得了良好的施工效果，可供其它类似工程借鉴。

Abstract： Based on the example of K0+613m karst cave in El.520 grouting tunnel on the right bank of Goupitan Hydropower Station， this paper introduces a construction method of mud-filled karst cave treatment from the aspects of drilling parameter design， grouting pressure selection and grouting technology， and obtains good construction effect， which can be used for reference by other similar projects.

關键词：溶洞;联合冲洗;灌浆压力;加强灌浆;结束标准

Key words： karst cave;joint flushing;grouting pressure;enhanced grouting;end standard

中图分类号：TV543.1                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）30-0156-03

1  概述

构皮滩电站坝高232.5m，坝顶弧长557.11m，水库总库容64.51亿m3，调节库容31.54亿m3，正常蓄水位630m。电站装机容量3000MW，保证出力751.8MW，年发电量96.67亿kW·h。乌江构皮滩水电站渗控工程的主要任务是通过钻孔灌浆（排水）帷幕拦截（引排）地下厂房周边地下水及岩溶水，减少地表降雨及地下水向地下厂房内入渗;降低基岩渗透水力坡降等。帷幕灌浆通过左岸4层灌浆平洞，右岸5层灌浆平洞以及基础廊道对大坝进行防渗处理。

在帷幕轴线上，存在较多的地质缺陷，如溶洞、断裂带等，其中右岸520灌浆平洞K0+613m溶洞在灌浆平洞部位存在溶洞充填物，原计划对该部位进行开挖清理后进行混凝土回填，但由于工期紧无法进行完全追挖，只能后期通过灌浆进行补强处理。根据设计要求该部位上下灌浆平洞对应部位通过深孔帷幕、浅孔帷幕、加密灌浆、衔接帷幕等综合手段进行处理，减少渗水对厂房区域的威胁。

2  施工程序

2.1 总施工顺序  同时进行溶洞顶砂浆灌浆回填和高程520灌浆平洞顶溶洞区加强灌浆及相应检查→同时进行高程590m灌浆平洞和高程520m灌浆平洞内帷幕灌浆及检查→520灌浆平洞衔接帷幕灌浆及检查。

2.2 溶洞加强灌浆施工顺序  先施工抬动观测孔，再以K0+613.26m为中心向两边施工，先施工I序孔，再施工Ⅱ序孔，施工完成后进行质量检查，施工过程中根据混凝土深度以及基岩深度埋设孔口管，确保灌浆压力达到3.0～5.0MPa。

2.3 右岸520灌浆平洞后期帷幕灌浆物施工  第一排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序施工→第二排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序施工→第三排、四排帷幕浅孔施工→施工质量检查孔→灌后物探测试扫孔。

2.4 右岸590灌浆平洞对应桩号部位施工顺序  按照砂浆回填孔、第一排帷幕灌浆、新增帷幕灌浆施工的顺序进行施工。

3  灌浆施工工艺

3.1 钻孔

按照设计施工通知单进行布孔，钻孔均采用地质钻机钻进。

3.1.1 钻孔孔径

砂浆回填孔、质量检查孔终孔孔径不小于Φ76mm;抬动观测孔孔径为Φ76mm或91mm;孔口封闭灌浆法帷幕灌浆孔第一段不小于Φ76mm，以下各段孔径可采用不小于Φ56mm钻具钻孔。

3.1.2 终孔标准

①砂浆回填孔若遇到溶洞，则可立即停止钻进，若孔深钻至50m时仍未遇到溶洞，亦可终孔。

②右岸520m灌浆平洞加强灌浆孔钻进时提前穿过溶洞则进入基岩3.0m可终孔，若孔深钻进至设计深度仍未穿过溶洞，则需加深至进入基岩3.0m。

③浅排帷幕孔若终孔段透水率大于1Lu或单耗大于50kg/m，则自动加深一段，若加深两段仍未达到终孔标准时，及时协商进行下一步处理。

④右岸590m灌浆平洞新增帷幕以设计孔深进行孔深控制。

3.2 钻孔冲洗及压水试验

3.2.1 钻孔冲洗

各类钻孔钻进结束之后均须加大水量对钻孔进行冲洗，以将孔内钻孔岩粉冲洗出孔外，直至回水澄清为止。若加强灌浆孔遇到溶洞充填物时，应加强钻孔冲洗，亦可将周边同次序孔进行施工进行联合冲洗，保证灌浆效果，Ⅰ序孔冲洗压力为1.0MPa，Ⅱ序孔冲洗压力为0.5MPa，洗孔结束后立即进行压水试验或灌浆作业。

3.2.2 压水试验

砂浆回填孔、加强灌浆孔均不进行灌前压水试验。帷幕灌浆孔采用“简易压水”进行压水试验。

3.3 灌浆

由于加强灌浆孔、回填砂浆孔灌浆压力达到3.0MPa以上且位于岩溶破碎区域，孔内阻塞困难，难于保证灌浆压力，因此灌浆孔均采用孔口封闭法进行灌浆。

3.3.1 灌浆材料

灌浆采用42.5级普通硅酸盐水泥，在钻遇溶洞、宽大断层破碎带等部位，灌浆无压力并且不返水（浆）情况下，可灌注砂浆。

3.3.2 灌浆方法

①帷幕灌浆按分3序加密的原则进行。

②帷幕灌浆采用孔口封闭法高压灌浆工艺。

③衔接帷幕灌浆采用“自上而下分段、不待凝、孔内阻塞、孔内循环式”的高压灌浆工艺。

④砂浆回填灌浆、加强灌浆均采用孔口封闭，纯压式进行灌浆，若未遇到溶洞则采用0.5：1水泥浆液进行灌注并封孔。

⑤一般情况下每段灌浆结束后不待凝，但在断层、破碎带、失水地段、溶洞等地质条件复杂地区应区别对待，待凝按照12小时进行控制。

3.3.3 灌浆段长和灌浆压力

①段长划分一般按表1执行。帷幕灌浆第四段及以下各段遇特殊情况时，遇有断层、地质不良地段，可适当缩短或加长灌浆段长，但加长后最大段长不得大于8m。

②加强灌浆孔段长按照基岩与溶洞各做1段进行灌浆，段长根据现场钻孔情况进行确定。

③砂浆回填孔，第一段2.0m，进行埋设孔口管，其余以下一次性灌注，在钻孔过程中如遇到断层破碎带、夹层、失水地层等复杂地质条件时，先可采用0.5：1浓浆进行灌浆护壁，灌浆压力不大于0.5MPa。进入溶洞采用砂浆灌注时，当灌浆达到0.5～0.7MPa时，将砂浆变换成0.5：1纯水泥浆液继续进行灌注，使最大灌浆压力大达到3.0MPa。

3.3.4 浆液配比及检测

①帷幕灌浆、衔接帷幕浆液一般采用2：1、1：1、0.5：1三级;

②砂浆回填灌浆砂浆比重配比为0.6：1：1.2，当灌浆压力达到0.5～0.7MPa时，采用0.5：1純水泥浆液;

③加强灌浆在基岩段采用2：1、1：1、0.5：1三级，溶洞充填物段采用0.5：1浓浆开灌。

3.3.5 灌浆结束标准

①帷幕灌浆在规定的设计压力下，当注入率不大于1.0L/min时，继续灌注60min，即可结束灌浆。

②回填砂浆灌浆在规定的设计压力下，当注入率不大于1.0L/min时，继续灌注30min，即可结束灌浆。

③加强灌浆在规定的设计压力下，当注入率不大于1.0L/min时，继续灌注60min，即可结束灌浆。

④当长期达不到结束标准时，报请参建各方共同研究处理措施。

4  溶洞灌浆处理

4.1 第一次回填灌浆

根据设计通知，右岸590m灌浆平洞K0+544.76～630.76m段（对应520灌浆平洞K0+613m溶洞）布置9孔进行灌浆处理，2008年4月19日开始钻孔，在钻进过程中，R2-J-4在20.0m处失水，57.0m处掉钻，遇到溶洞;R2-J-5孔钻至58.0m时失水掉钻，R2-J-7孔46.0处掉钻，其余孔均未遇到溶洞。为了加强冲洗效果，进行上下层联合冲洗，在右岸520m灌浆平洞增加5孔，均为朝向上游，仰孔，R3-J-1～3均未遇到黄泥溶洞，R3-J-4、R3-J-5孔，R3-J-4孔深7.0m处遇到黄泥溶洞，R3-J-5孔深5.5m处遇到黄泥溶洞。5月中旬开始进行溶洞洗孔，从右岸520m灌浆平洞挤出部分黄泥。至6月2日未见黄泥返出，对R2-J-4进行灌浆，开灌浆液为0.5：1：1水泥砂浆，至6月18日，该孔灌浆压力仍未有上升迹象，决定同时进行孔口加沙进行灌注，加沙量达到水泥量的200%，至6月25日该孔灌满，扫孔后进行复灌，6月29日该孔灌浆结束，该孔灌浆时与该部位R2-W-18溶洞相串，并回填上升4.0m左右。该部位回填共灌入水泥1519.204吨，折合砂浆1884m3，另孔口加沙302.549吨。

4.2 第二次灌浆处理孔位布置

经过第一次溶洞灌浆处理，虽达到了一定的效果，但为了进一步提高该部位防渗能力，决定对该部位进行第二次加强灌浆处理，并进行帷幕灌浆。具体孔位布置如下：

①以右岸590灌浆平洞K0+576.26为中心，以3m为孔距向两侧布孔，拟布置16孔进行溶洞砂浆回填;优先施工R2-SJ1-1～R2-SJ1-16，若未遇到溶洞，则施工R2-SJ2-1～R2-SJ2-16。

②右岸590m灌浆平洞K0+534.26～K0+580.26m段增加一排帷幕灌浆孔，孔距为2m，距上游侧边墙0.60m，孔号为R2-2-Ⅰ-242～R2-2-Ⅲ-265，其中R2-2-Ⅰ-242、R2-2-Ⅲ-265顶角为6°，R2-2-Ⅲ-243、R2-2-Ⅱ-264顶角为8°，R2-2-Ⅱ-244、R2-2-Ⅲ-263顶角为10°，其余孔均为12°。

③右岸520m灌浆平洞K0+597.5～K0+633.0m段布置9排溶洞加强灌浆孔共37环，环间距1.0m，孔深10m。

④右岸520m灌浆平洞K0+590.06m～K0+636.06m段增设两排浅帷幕孔，钻孔为铅直孔，孔深均为25m，第三排距下游边墙0.8m，第四排距下游边墙1.6m。

4.3 第二次灌浆处理效果分析

①砂浆回填孔。

右岸590m灌浆平洞布置砂浆灌浆回填孔，以K0+576.26为中心向两边施工，先施工该中心周边6孔350m，角度为3个45°，2个25°，1个16°，均未遇到溶洞，后暂停施工，安排施工新增帷幕灌浆孔，根据新增帷幕灌浆孔施工情况再施工砂浆回填孔。为了保证该部位溶洞发育情况，对未施工完成的第一排砂浆孔调整顶角25°进行施工，发现掉钻现象，按照灌浆压力3.0MPa进行灌浆封堵。

②新增帷幕灌浆。

右岸590m灌浆平洞K0+534.26～K0+580.26m段增加一排帷幕灌浆孔共24孔2018.21m，在钻进过程中均未遇到掉钻现象，从灌浆成果看Ⅰ序孔灌入270.987t，平均单耗540.4kg/m，Ⅱ序孔灌入258.708t，平均单耗为514.8kg/m，Ⅲ序孔灌入358.771t，平均单耗为357.6kg/m，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序之间递减率为4.7%、30.5%，符合一般灌浆规律。

右岸590m灌浆平洞增加帷幕孔孔施工完成后，布置7个质量检查孔，压水115段，最大透水率为2.26Lu，最小值为0Lu，均满足设计要求。

③加强灌浆孔。

右岸520m灌浆平洞加强灌浆孔部分孔遇到黄泥充填溶洞，如R3-JG-5-Ⅰ-5孔孔深7.2～7.6m处遇黄夹层，灌浆已结束该段灌入水泥2.227吨;R3-JG-5-Ⅰ-9孔灌浆时涌出大量黄泥;R3-JG-6-Ⅰ-3孔灌浆孔深7.0～10.0为黄泥层;灌浆过程中挤出大量黄泥等。从灌浆成果看Ⅰ序孔灌入780.041t，平均单耗472.9kg/m，Ⅱ序孔灌入45.295t，平均单耗为35.5kg/m，Ⅰ、Ⅱ序之间递减率为92.5%，递减明显，符合一般灌浆规律。

右岸520m灌浆平洞加强灌浆孔施工完成后，布置24个加强灌浆孔，压水28段，最大透水率为1.12Lu，最小值为0Lu，并选择R3-JGJ-11、R3-JGJ-22孔进行疲劳压水试验，经过72小时压水后，R3-JGJ-11透水率为0Lu、R3-JGJ-22透水率为0.24Lu，均满足设计要求，从检查孔芯样看，可见多处检查孔芯样中有水泥结石，如R3-JGJ-1孔深0.5～0.8m，R3-JGJ-5孔深0.5～0.7m等均可见水泥结石充填。

④浅排帷幕灌浆。

在K0+613溶洞附近底板施工了2排浅排帷幕，设计孔深25.0m，主要对该部位未清理干净的黄泥进行高压劈裂、挤密，同时加强灌前冲洗，对部分黄泥进行置换，改善黄泥性能。

在钻孔过程中大量孔段遇到黄泥层，如R3-3-Ⅱ-1孔2.7～6.0m为黄泥，钻进至6m时与R3-3-Ⅲ-2孔相串，挤出大量黄泥，继续钻进至13.5后进入基岩;R3-3-Ⅲ-2孔孔深7～26.0m均为黄泥;R3-3-Ⅰ-3孔孔深6.3～9.5m为黄泥、12.7～15.0m破碎夹泥、18.0～26.5m为黄泥等，共有19孔。遇到黄泥的部位加强灌前冲洗，采用群孔联合脉动冲洗，使其达到灌前最佳冲洗效果。

在灌浆过程中打破传统的分序灌浆原则，利用冲洗效果较好的孔作为进浆孔，其余孔作为出浆孔，对黄泥进行置换。在高压下进行反复劈裂，使黄泥部分与水泥结石网状结合，提高黄泥的整体性能。该部位第三排灌入水泥1425.395t，第四排灌入831.558t，灌浆效果明显。从检查孔芯样看，多出充满水泥结石或纯水泥结石，并选取R3-WJ-97进行疲劳压水试验，压力为2.0～2.5MPa，开始阶段透水率为0.48Lu，结束时透水率为0.0Lu。（图2、图3）

5  总结

经过多年的运行及大坝监控仪器数据表明，通过以上施工措施的综合处理，对基岩及溶洞部位起到了良好的加固作用，达到了预期目标，其防渗效果较为理想，综合效益显著，确保电站安全可靠运行，本次溶洞带的成功处理可给类似工程提供参考经验。

参考文献：

[1]刘加龙，等.构皮滩电站防渗帷幕线上典型岩溶及处理技术[J].人民长江，2010（2）：44-46.

[2]吴经干，等.构皮滩电站防渗帷幕处理及效果.高坝建设与运行管理的技术进展——中国大坝协会2014学术年会论文集[C].2014：27-36.

[3]刘宗胜.构皮滩电站防渗帷幕轴线地质缺陷处理[J].水利水电施工，2013（02）：73-74.

作者简介：蒋和平（1978-），男，湖南安化人，高級工程师，本科，研究方向为水利水电施工。