蒲石河抽水蓄能電站上水庫庫周帷幕灌漿施工

羅愛民，王明銳

（中國人民武裝警察部隊水電第一總隊第一支隊，河北 唐山 063004）

0 引言

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣境內(nèi)，總裝機(jī)容量1 200 MW。其樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、地下廠房、輸水系統(tǒng)等建筑物組成。上水庫主要由面板堆石壩、進(jìn)/出水口、庫岸、庫底、導(dǎo)流洞等組成。上水庫防滲系統(tǒng)包括趾板固結(jié)帷幕灌漿、兩岸壩頭帷幕灌漿和庫周帷幕灌漿，庫周帷幕布置在右岸庫周的山脊線上，防滲帷幕軸線長1 618.6 m。設(shè)計帷幕灌漿為單排孔，孔距2.0 m，孔深55.7～99.9 m，帷幕深入基巖相對不透水層（透水率＜3 Lu）以下3.0 m。庫周帷幕灌漿孔在392.0 m高程以上為非灌段，即只鉆孔不灌漿；392.0 m高程以下為灌漿段。為防止塌孔，非灌段（覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化巖石）鉆孔采用跟管鉆進(jìn)鋼管護(hù)壁方法。

1 施工準(zhǔn)備

1.1 施工布置

（1）道路布置。沿右岸環(huán)庫公路修建3條施工便道至庫周帷幕灌漿軸線，作為設(shè)備進(jìn)場和灌漿所需水泥運(yùn)輸?shù)缆贰０蜒蒯∧还酀{軸線拓寬為2.5 m，作為鉆機(jī)行進(jìn)的施工便道。

（2）施工用水。從導(dǎo)流洞出口水池抽水至右岸壩頭，從右壩頭沿右環(huán)庫公路山坡坡腳，至環(huán)庫公路樁號K2＋500處，布置一趟主水管，從主水管接支管引至施工作業(yè)面。主水管采用φ100 mm鋼管，支管采用φ50 mm鋼管。

（3）施工用電。在右環(huán)庫公路山坡適當(dāng)位置布置3臺變壓器，通過電纜接引至施工作業(yè)面。單個變壓器容量為315 kV·A。

（4）制漿站布置。在右環(huán)庫公路山坡適當(dāng)位置布置3套制漿站，制漿站采用臨時簡易房，保證雨季防雨。

1.2 施工工藝流程

為確定合適的鉆孔灌漿施工工藝及驗證設(shè)計參數(shù)，在施工現(xiàn)場進(jìn)行帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗，分別采用自上而下孔口封閉灌漿法和自下而上分段栓塞灌漿法兩種工藝進(jìn)行試驗。

自上而下灌漿工藝流程：非灌段鉆孔→1段鉆孔→裂隙沖洗→簡易壓水→灌漿→2段鉆孔→裂隙沖洗→簡易壓水→灌漿→……→終孔段鉆孔→裂隙沖洗→簡易壓水→灌漿→灌漿段封孔→非灌段封孔。

自下而上灌漿工藝流程：鉆孔至終孔→全孔沖洗→終孔段簡易壓水→終孔段灌漿→……→2段灌漿→1段灌漿→灌漿段封孔→非灌段封孔。

通過生產(chǎn)性灌漿試驗，確定了帷幕灌漿施工方法：帷幕灌漿采取自下而上分段卡塞、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法；對巖石節(jié)理發(fā)育、破碎及無法實現(xiàn)自下而上分段灌漿的不良部位，采用自上而下分段孔口封閉灌漿法。設(shè)計的灌漿壓力、鉆孔間距等參數(shù)可行。

帷幕灌漿施工工藝流程見圖1。

圖1 帷幕灌漿施工工藝流程

2 施工方法及措施

2.1 鉆孔

（1）鉆孔施工順序及孔位布置方法。鉆孔的施工順序為：先導(dǎo)孔、帷幕灌漿Ⅰ序孔、帷幕灌漿Ⅱ序孔、帷幕灌漿Ⅲ序孔。布置鉆孔采用測量放線法，并設(shè)立明顯的標(biāo)記，標(biāo)出孔序及孔號。

（2）非灌段鉆孔方法。采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)行施工，覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化巖石采用φ108 mm套管護(hù)壁，其他非灌段巖石若遇破碎、斷層部位采用φ90 mm套管進(jìn)行護(hù)壁。

（3）先導(dǎo)孔鉆孔方法。采用分段鉆進(jìn)，分段長度5～6 m，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長，最長不大于10 m。先導(dǎo)孔、檢查孔采用雙管單動鉆具，金剛石鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆取巖芯。巖芯按取芯次序統(tǒng)一編號，填牌裝箱妥善保管，并繪制鉆孔柱狀圖進(jìn)行巖芯描述。芯樣的最大長度應(yīng)限制在3 m以內(nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)芯樣卡鉆或被磨損，應(yīng)立即取出。除監(jiān)理工程師另有指示，對于1 m或大于1 m的鉆進(jìn)循環(huán)，若芯樣獲得率小于80%，則下一次應(yīng)減少循環(huán)深度50%，以后依次減少50%，直至50 cm為止。如果芯樣的采取率很低，應(yīng)更換鉆孔機(jī)具或改進(jìn)鉆進(jìn)方法。

（4）自下而上灌漿鉆孔方法。非灌段鉆孔完成后，底部灌漿段一次鉆孔至設(shè)計孔底高程。

（5）自上而下灌漿鉆孔方法。非灌段鉆孔完成后，對巖石節(jié)理發(fā)育、破碎及無法實現(xiàn)自下而上灌漿的不良部位采用自上而下分段灌漿法，底部灌漿段采用分段鉆進(jìn)，分段長度5～6 m，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長，最長不大于10 m。

2.2 沖洗

（1）采用自下而上灌漿法的各孔應(yīng)在灌漿前進(jìn)行一次裂隙沖洗。采用自上而下灌漿法的孔段在每段灌漿前進(jìn)行沖洗。采用風(fēng)水聯(lián)合沖洗，或者用導(dǎo)管通入大流量水流，從孔底向孔外沖的方法進(jìn)行沖洗。

（2）沖洗壓力。沖洗水壓采用80%的灌漿壓力。若沖洗壓力超過1 MPa時，采用1 MPa。

（3）裂隙沖洗應(yīng)沖至回水澄清，對回水達(dá)不到澄清要求的孔段，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行沖洗，孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過20 cm。

2.3 全孔測斜

（1）設(shè)計要求及測斜。鉆孔角度要求是垂直的或偏角小于5°，鉆孔孔底偏差不得大于表1規(guī)定的數(shù)值，并嚴(yán)格控制在20 m以內(nèi)。所有帷幕灌漿孔均應(yīng)進(jìn)行全孔測斜。

表1 帷幕孔孔底偏差值

（2）灌漿孔深度設(shè)計要求：①達(dá)到設(shè)計圖紙、文件規(guī)定的深度。②終孔段基巖透水率不大于3 Lu。③達(dá)到設(shè)計深度后，基巖透水率大于3 Lu時，應(yīng)繼續(xù)加深鉆孔至滿足不大于3 Lu；當(dāng)加深10 m后仍達(dá)不到基巖透水率不大于3 Lu時，應(yīng)申報監(jiān)理、設(shè)計等單位，研究處理措施。

2.4 壓水試驗

壓水試驗在裂隙沖洗后進(jìn)行。

（1）先導(dǎo)孔自上而下分段卡塞進(jìn)行壓水試驗，并按圖紙要求采用單點(diǎn)法或五點(diǎn)法。

（2）采用自下而上灌漿法，各灌漿孔灌漿前在孔底段進(jìn)行一次簡易壓水。

（3）采用自上而下灌漿法，各次序孔的灌漿段在灌漿前應(yīng)進(jìn)行簡易壓水試驗。

（4）壓水壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1 MPa時，采用1 MPa；壓水20 min，每5 min測讀一次壓水流量，取最后流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。

2.5 灌漿施工

（1）灌漿方法與灌漿壓力。灌漿按分序加密的原則進(jìn)行分序、分段施工。

（2）漿液配比和變漿標(biāo)準(zhǔn)。①按監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的水灰比施灌，灌漿漿液應(yīng)由稀到濃逐級變換水灰比，采用5、3、2、1、0.8、0.6（或0.5）等6個比級。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。②當(dāng)某一比級漿液注入量已達(dá)300 L以上，或灌注時間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應(yīng)換濃一級水灰比漿液灌注；當(dāng)注入率大于30 L/min時，應(yīng)根據(jù)施工具體情況，可越級變濃。③帷幕灌漿壓力參照表2。④采用自上而下分段灌漿法時，灌漿塞應(yīng)塞在已灌段底以下0.50 m處，以防漏灌；孔口無涌水的孔段，灌漿結(jié)束后可不待凝。

表2 帷幕灌漿壓力參考值

（3）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。①帷幕灌漿采用自下而上分段灌漿法時，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注30 min，灌漿即可結(jié)束。②帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法時，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注60 min，灌漿即可結(jié)束。

2.6 封 孔

（1）帷幕灌漿采用自下而上分段灌漿法時，灌漿孔封孔應(yīng)采用 “分段壓力灌漿封孔法”。當(dāng)全孔灌漿結(jié)束后，將灌漿塞塞在灌漿段頂部0.50 m處，灌注水灰比為0.5∶1的濃漿，灌注壓力一般采用0.5 MPa，當(dāng)帷幕灌漿孔深大于25 m時，灌漿壓力可采用1 MPa。當(dāng)注入率不大于1 L/min時延續(xù)30 min停止。

（2）帷幕灌漿結(jié)束后，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格方可進(jìn)行封孔。

（3）對灌漿孔上部空余部分，待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，采取機(jī)械壓漿法繼續(xù)封孔，封填材料選用砂∶水泥為1∶2的水泥砂漿，水灰比不大于0.6，其摻入潔凈細(xì)砂粒徑不小于1.0 mm。壓漿時通過砂漿泵經(jīng)膠管送入孔內(nèi)底部，自下而上逐漸填實。封堵過程中要保證膠管管口始終保持在漿面以下。

（4）回填封孔必須保證孔內(nèi)回填料本身填密壓實，回填料與孔壁緊密結(jié)合，不留孔穴，不漏水。

2.7 帷幕灌漿質(zhì)量檢查

檢查孔的鉆孔取芯、壓水試驗在該單元工程的帷幕全部灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行。

3 灌漿效果分析

（1）先導(dǎo)孔的透水率。共打先導(dǎo)孔66個，最大透水率15.4 Lu，最小透水率1.01，平均透水率5.2 Lu。因采用自下而上灌漿法，透水率多為終孔段透水率，灌漿孔的平均透水率為18.54 Lu，平均單位注灰量為26.839 kg/m。

（2）完成總灌漿量17 471.33 m。I序孔耗灰量為1688 904 kg，單位注灰38.457 kg/m； II序孔耗灰量為132 670 kg，單位注灰量為30.437 kg/m；III序孔耗灰量167 360 kg，單位注灰量為19.19 kg/m。檢查孔個數(shù)61個，平均透水率1.14 Lu。說明隨灌漿次序增加，單位注灰量呈遞減變化。

（3）孔斜測量。帷幕灌漿孔全部進(jìn)行了測斜，最大偏距2.05 m，最小偏距0.22 m，其孔底偏差均滿足設(shè)計要求。

通過以上分析看出，灌漿效果明顯，基本符合灌漿的一般規(guī)律。

4 結(jié) 語

蒲石河抽水蓄能電站上水庫庫周帷幕灌漿鉆孔深度大，最深處達(dá)到了99.9 m，質(zhì)量要求高，帷幕深入基巖相對不透水層（透水率＜3 Lu）以下3.0 m。帷幕灌漿施工過程中，采取自下而上分段卡塞、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法；對巖石節(jié)理發(fā)育、破碎及無法實現(xiàn)自下而上分段灌漿的不良部位，采用自上而下分段孔口封閉灌漿法施工。通過檢查孔壓水和對灌漿成果分析，結(jié)果說明灌漿效果明顯。對全部帷幕灌漿孔進(jìn)行了孔斜測量，最大偏距2.05 m，最小偏距0.22 m，其孔底偏差均滿足設(shè)計要求。本工程研究了在鉆孔深度較大和強(qiáng)風(fēng)化巖或軟弱夾層情況下的深孔灌漿方法，可為類似工程提供借鑒。