凝灰岩地质条件下仙居抽水蓄能电站尾水系统固结灌浆施工

林志旺

(中国水利水电第五工程局有限公司,成都 610066)

1 地质条件

仙居抽水蓄能电站尾水系统包括:尾水隧洞、支管及岔管、尾调竖井、施工支洞等洞室。工程区为灰绿色～灰紫色熔结凝灰岩,间夹灰紫色角砾凝灰岩及凝灰质泥岩、沉凝灰岩,岩体呈中～厚层状结构,局部呈薄层状,新鲜,层面节理发育,呈次块状～块状结构,微风化～新鲜,岩层产状为N65～80 °W,NE∠35～45 °;熔结凝灰岩为硬质岩,抗风化能力强,岩石风化受地形、岩性及断裂构造控制,地表多呈弱风化,局部为强风化,厚约2～5 m,弱风化带下限埋深一般为4～25 m,断层带或垭口部位相对较深。

受构造运动的影响,层状结构的凝灰质砂岩内除层面节理较发育外,沿层间产生了顺层挤压现象,在后期风化应力的作用和改造下,形成构造、风化复合型的顺层软弱夹层,规模一般较小,宽度2～10 cm,挤压带内以岩屑夹泥或岩屑为主,少数为泥质充填。

2 生产性灌浆试验

根据设计图纸提供的灌浆参数(孔距2.3 m,排距3.0 m,压力1.5 MPa,水灰比2∶1、1∶1、0.5∶1),未能考虑尾水系统较长(1.07 km),地质条件差异化大。为了解岩体的可灌性、提出适合凝灰岩的灌浆材料、灌浆工艺、控制标准、检测及评判方式等,同时,为灌浆设计参数优化调整提供依据和参考,在施工前进行了生产性灌浆试验[1]。

尾水系统凝灰岩主要以Ⅲ、Ⅳ围岩为主,局部为Ⅱ类围岩,生产性灌浆试验选定在不同围岩类别的Ⅲ类、Ⅳ类两个区域同时进行试验,具体灌浆试验效果见表1。

表1 尾水系统不同围岩类别(Ⅲ类、Ⅳ类)灌浆试验效果比较

因此,从不同围岩类别灌后效果分析,试验二区(Ⅳ类围岩)满足质量要求。通过召开灌浆试验专题会议,并结合施工现场实际情况,为确保细微裂隙灌浆效果良好,最终决定采取以下灌浆参数运用于尾水系统凝灰岩固结灌浆施工中。灌浆施工参数见表2。

表2 尾水系统凝灰岩固结灌浆施工参数

3 凝灰岩灌浆施工

3.1 钻孔与冲洗

本工程尾水系统固结灌浆设计钻孔入岩深度为3.5 m,衬砌混凝土厚度0.5 m,每环12个灌浆孔。根据钻孔爆破开挖时的经验,固结灌浆宜采用风动设备+合金钻头造孔。

钻孔采用脉冲压力水进行钻孔冲洗,返水清净时止或不大于15 min,孔底岩粉沉渣厚度小于20 cm,洗孔压力为灌浆压力的80 %,并不大于1 MPa。

3.2 压水试验

先导孔、检查孔采用单点法压水试验,其他孔采用简易压水试验,压水压力为该段灌浆压力的80 %,并不大于1 MPa。

3.3 灌浆施工

(1)灌浆应分为两个次序施工,按先Ⅰ序后Ⅱ序逐渐加密的原则施工,水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8:1、0.5∶1的五个比级。同排、同次序的灌浆孔,灌前透水率小于3.0 Lu时可进行并联灌注,隧洞内并联灌注的孔应呈对称布置且并灌孔数不得多于3个。

(2)固结灌浆采用孔口封闭、孔内循环,射浆管距孔底小于0.5 m。支洞封堵固结灌浆孔深大于6.0 m时采用自上而下分段灌浆法施工,灌浆分段时第一段宜为2.0 m,第二段为3.0 m,以下各段不大于6.0 m。

(3)固结灌浆在最大设计压力下,当注入率不大于1 L/min时,继续灌注30 min,即可结束。

(4)本工程固结灌浆封孔采用“导管注浆法及全孔灌浆封孔法”;隧洞腰线以下固结灌浆封孔采用“导管注浆法”封孔,腰线以上固结灌浆采用“全孔灌浆封孔法”封孔。保证了固结灌浆封孔的饱满度和密实度。如果灌浆结束时水灰比为0.5∶1,此孔就不需要进行浆液置换,灌浆结束水灰比为其他比级时均应进行浓浆置换,卡塞段采用干硬性水泥砂浆人工封填捣实。封孔质量通过1#尾水系统充排水试验完成后,放空检查未发现灌浆封孔存在渗、漏水情况,封孔质量满足设计要求。

4 凝灰岩灌浆特殊情况处理措施

4.1 不限量及间歇措施

(1)根据灌浆试验过程及试验区检查结果,凝灰岩灌浆过程中不宜采用待凝、掺入水玻璃等促进浆液尽快凝固的措施,必须在灌浆过程中一次性把裂缝等渗漏通道封闭,否则灌浆质量很难保证,故在吸浆量大的区域不采取待凝、限量的措施[2],而是采取低压浓浆、细流慢灌、间歇等措施来保证灌浆质量。

(2)为降低成本,灌浆过程中对吸浆量大的孔段把流量控制在15～25 L/( min·段),每次灌注水泥1.0 t左右间歇15～25 min后再恢复灌浆。

4.2 低压浓浆

(1)固结灌浆因入岩深度较浅,受岩石开挖等因素影响存在空洞、孔洞、岩石破碎严重等情况,在灌浆过程中应根据每个灌浆孔灌浆过程中压力～流量关系灵活控制,既要保证抬动不超过标准和岩石裂隙不发生劈裂,防止发生跑浆、冒浆的情况,也要保证固结灌浆质量。

(2)由于固结灌浆中遇到的空洞、孔洞、岩石破碎等区域灌浆注入量较大,应注意不能过快升压,以免破坏岩石或混凝土;吸浆量大时应将注入量控制在15～25L/( min·段),吸浆量小于15 L/min时应当尽快将压力升到设计值。如果在升压过程中引起注浆率突然增大,应立即查明原因,采取相应的措施处理[3]。

4.3 细流慢灌

灌浆压力的增大,意味着岩石裂隙受力面积的增大,因而容易引起裂隙的进一步增大,并导致冒浆或远距离流失。因此,对于岩石破碎、裂隙发育的地质条件,在控制灌浆压力的同时必须控制注浆率。控制流量为5 L/(min·m),当流量小于3L/( min·m)且持续10 min后,进行缓慢升压,如升压过程中,流量增加≥6 L/(min·m)时,立即降低至流量不大于5 L/(min·m)。

当出现无压即能灌入较大流量时,控制吸浆量不大于3 L/(min·m),当压力上升时,吸浆量控制为5 L/( min·m)。

4.4 逐级变浆

凝灰岩裂缝浓浆很难充填密室,灌浆过程中如果越级变浆,将产生瞬间不吸浆的情况,为保证灌浆质量,确保裂隙充填饱满、密实,减小渗流量,灌浆过程中不采取越级变浆,而是逐级变浆。

5 结语

根据生产性试验确定的参数及灌浆过程中采取的措施,在仙居抽水蓄能电站尾水系统中固结灌浆累计完成230个单元,共计31 080 m;灌浆自检一次性合格226个单元,业主组织的第三方随机质量抽检一次性全部合格。经过1#、2#尾水系统充排水试验及放空后的检查,未发现固结灌浆存在质量问题,均满足设计要求,且经过六年多的电站运行验证了灌浆参数的正确性,为类似凝灰岩地质条件的灌浆提供了可借鉴的经验。