南俄5水电站引水隧洞固结灌浆工程施工技术浅析

张剑波，吴长庚，刘 竹

(1.中国水电基础局有限公司，天津，301700；2.中国水电基础局有限公司西藏分公司，拉萨，850000)

1 工程概况

南俄5水电站位于老挝南俄河上游右岸支流南汀河上，电站坝址距首都万象以北300km左右，位于老挝北部山区，主坝位于万象省，厂房位于邻近的川圹省。电站采用混合式开发，以发电为单一开发目标。枢纽总布置主要由首部枢纽、引水工程和厂区枢纽三部分组成。南俄5水电站引水隧洞固结灌浆工程主要位于引水隧洞内，上至进水塔，下至调压井，总计长度8700余米。根据合同要求对混凝土衬砌和钢衬砌段进行固结灌浆。

2 地质条件

南俄5水电站坝址区为侵蚀深切中山峡谷地貌，相对切割高差500m～830m，南汀河在工程区内呈反“S”型，流向N44°～83°E，坝址区上游侧河道坡降较小，水流平稳，下游侧河道坡降渐大，水流湍急，总的坡降在6.36‰。上游取水口及以上河谷稍开阔，岸坡稍缓，往下河谷狭窄，岸坡下陡上稍缓，下方岸坡坡度多在50°以上。引水隧洞岩性为板岩夹石英砂岩，石英砂岩夹板岩，板岩，石英砂岩，石英砂岩夹泥质粉砂岩，泥岩泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、石英砂岩、长石石英砂岩等根据轴线分布，微风化夹弱风化，构造挤压严重，岩体较破碎，完整性差，节理裂隙较发育，局部很发育，有贯穿性软弱结构面，地下水活动中等，沿结构面有滴水或渗水，洞线与岩层走向交角在16°～86°。

3 固结灌浆试验

固结灌浆试验采用孔内阻塞灌浆法灌浆施工工艺。试验钻孔环间孔夹角45°，排距分别为3.0m。

(1)灌浆试验孔孔向、深度：试验孔孔深3.0m，孔向垂直围岩面。

(2)最大灌浆压力：Ⅰ序环上孔压力最大0.5MPa；Ⅱ序环上孔压力最大1.0MPa。

(3)钻孔设备型号为PLKDY30G，固结灌浆孔开孔孔径φ50mm，终孔孔径46mm。灌浆孔均应进行冲洗，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗。

(4)冲洗压力：冲洗水压采用80%的灌浆压力，压力超过1MPa时，则采用lMPa；冲洗风压采用50%灌浆压力，压力超过0.5MPa，则采用0.5MPa。裂隙冲洗应冲至回水澄清后10min结束，且总的时间要求，单孔不少于30min，串通孔不少于2h，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20cm。

(5)压水试验在裂隙冲洗后进行，采用“简易压水”法，压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，采用1MPa。水泥细度为通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。灌浆用水要符合JGJ63-89第3.0.4条规定，拌制用水的温度不超过40℃。

(6)灌浆在特殊地质条件下如破碎带、溶洞等特殊部位，发现大量漏浆，可根据需要，在水泥浆液中掺入砂或其他混合料。砂：质地坚硬的天然砂或人工砂，细度模数不大于2.0，最大粒径不大于2.5mm，S03含量不大于1%，含泥量不大于3%，有机物含量不大于3%。

(7)灌浆主要设备包括：BW150型灌浆泵、3SNS型高压送浆泵、高速制浆机、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录仪等。

(8)纯水泥浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时，应不少于3min；使用高速搅拌机时，应不少于30s。

(9)浆液在使用前应过筛，从开始制备至用完的时间宜小于4h。拌制细水泥浆液和稳定浆液，应加入减水剂和采用高速搅拌机，高速搅拌机搅拌转速为1450r/min，搅拌时间应通过试验确定。细水泥浆液的搅拌，从制备至用完的时间宜小于2h。

(10)制浆：本试验采用人工制浆站制备浆液。制浆站采用高速搅拌机拌制水灰(固)比为0.5∶1的纯水泥浆液，通过输浆泵、输浆管经中转站将浆液输送至各需求点，输送浆液流速为1.4m/s～2.0m/s，施工机组测定来浆密度将其调制成所需要的比级的浆液后使用。浆液温度保持在5℃～40℃，低于或超过此标准的浆液视为废浆做废弃处理。

(11)灌浆段长与灌浆压力：灌浆试验最大灌浆压力暂拟Ⅰ工序环上孔压力最大0.5MPa，Ⅱ序环上孔压力最大1.0MPa进行施工。

(12)灌浆压力控制：在灌浆泵和进浆管路均安装压力表，并在灌浆孔口处回浆管路上安装压力表和压力传感器，记录仪记录压力摆动的平均值，压力波动范围不大于灌浆压力的20%。为稳定灌浆压力，灌浆泵一律配备稳压装置(空气蓄能器)。配备的压力表量程应为最大灌浆压力的2～2.5倍。灌浆压力尽快达到设计压力。

(13)浆液及变换：灌浆浆液配合比，纯水泥浆水灰比为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七个比级。灌浆浆液变换遵循由稀到浓逐级变换。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。当某一比级浆液注入量己达300L以上，或灌注时间己达1h，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30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。

(14)灌浆结束标准：每次固结灌浆需满足下列条件即可结束灌浆，在规定压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注30min，灌浆即可结束。

(15)固结灌浆孔封孔应采用“压力灌浆封孔法”。封孔前将孔内污物冲洗干净。各种灌浆孔的封孔质量均要进行抽样检查，封孔质量的合格标准为检查孔取芯获得率不小于95%、芯样密实度满足设计要求。

4 引水隧洞固结灌浆

4.1 施工要求

引水隧洞围岩固结灌浆在该部位的回填灌浆结束7d后进行，固结灌浆分二序施工，按环间分序、环内加密的原则进行。灌浆时密切监视衬砌混凝土的变形，根据设计要求安装变形观测装置，监视时专人进行监测并作好记录；灌浆过程中，采用自动记录仪进行数据采集和分析；固结灌浆结束后，对所有灌浆孔采取机械灌注水泥砂浆封孔。

4.2 施工程序

洞室围岩固结灌浆施工程序如图1所示。固结灌浆孔施工工艺流程如图2所示。

图1 洞室围岩固结灌浆施工程序

图2 固结灌浆孔施工工艺流程

4.3 施工方法

固结灌浆孔的孔径不宜小于50mm，孔位与设计孔位的偏差不得大于20cm，开孔角度偏差不应大于2°。采用风动钻机和硬质合金钻头钻进，选用2台防爆钻机、2台手风钻配1台6m3空压机构成一施工机组。

(1)钻孔冲洗和压水试验：固结灌浆前对灌浆孔进行钻孔孔壁冲洗、裂隙冲洗和简易压水试验，压水试验应在钻孔冲洗后进行，孔数为灌浆孔数的5%。压水试验压力为灌浆压力80%，最大不超过1MPa。

(2)水泥浆液制备：一般采用纯水泥浆液。灌浆水泥采用42.5和52.5的普通硅酸盐水泥，灌浆水泥细度要求通过80μm方孔筛的筛余量不超过5%；灌浆用的水泥必须保持新鲜，不得使用受潮结块的水泥，水泥不应存放过久；袋装水泥的储运时间不得超过5个月，散装水泥的储运时间不得超过6个月，散装水泥运至工地的入罐温度不宜高于60℃。

(3)灌浆设备：固结灌浆选用BW150型灌浆泵和螺杆挤压胶球式灌浆塞。各孔采用全孔一次、孔内循环式灌浆法。灌浆栓塞卡在混凝土内(混凝土与岩石结合面以外)，灌浆在裂隙冲洗及压水试验结束后进行。环间分两次序施工。同一环内分次序施工，同次序灌浆的孔数不宜超过2孔，宜对称分布。

(4)灌浆工艺：灌浆压力以孔口回浆管上的表压力为准，读取中值。固结灌浆Ⅰ序孔灌浆压力、Ⅱ序孔灌浆压力根据灌浆实验确定，压力在较短时间内升到规定值。如开始时由于吸浆量过大等原因不能立即升到设计压力，则在正常注入条件时尽快达到设计压力，固结灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。固结灌浆浆液水灰比可采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七个比级，开灌水灰比可采用5∶1。在正常灌浆条件下，当某一级水灰比浆液灌入量已达300L以上，而灌浆压力和吸浆率均无改变或改变不明显时，变浓一级水灰比灌注。当其吸浆率大于30L/min，可越级变浓。变浆后如压力突增或注入率突减时，立即查明原因，进行处理，并报告工程师。在局部灌注量大的孔段可灌注水泥砂浆。

(5)灌浆结束标准：在规定压力下，当注入率小于0.4L/min时，再继续灌注30min即可结束并进行封孔。

4.4固结灌浆效果

完成87个单元固结灌浆32513.0m，纯灌入水泥1017298.06kg，平均单耗为31.29kg/m。Ⅰ序孔平均单位耗灰量为43.54kg/m，Ⅱ序孔平均单位耗灰量为18.85kg/m，为Ⅰ序孔的43.29%。由上述成果表明，固结灌浆过程总体服从岩体灌浆的一般规律，各次序孔的单位耗灰量均呈现合理的递减规律，从检查孔压水情况看，各段透水率均满足设计标准，灌浆效果比较好。

5 结论

南俄5水电站引水隧洞通过固结灌浆有效解决了岩体破碎，完整性差，节理裂隙较发育等问题，对工程的快速施工，减少施工时间和人力物力资源的投入有着较好的实际意义，工程质量满足设计要求。南俄5水电站的开发，将为老挝电网提供质优价廉的电力，有助于推动老挝经济发展。