水泥化學(xué)復(fù)合灌漿技術(shù)在氣墊式調(diào)壓室補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用

趙啟強(qiáng)， 黃 芬

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

1 工程概述

自一里水電站為四川火溪河梯級(jí)開發(fā)的第二級(jí)，是亞洲第一座氣墊式調(diào)壓室水電站，電站總裝機(jī)容量130 MW。該電站自2004年12月進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行以來(lái)，氣墊式調(diào)壓室的補(bǔ)氣量較大，運(yùn)行成本高，為進(jìn)一步增強(qiáng)電站運(yùn)行安全保障，降低電站運(yùn)行成本，華能四川涪江公司決定對(duì)該電站氣墊式調(diào)壓室進(jìn)行后期補(bǔ)強(qiáng)處理。

該氣墊式調(diào)壓室由氣室、氣室交通洞、水幕廊道、水幕廊道交通洞及氣室連接井組成。氣室斷面為10 m×13.9 m(寬×高)的城門洞形，總長(zhǎng)度112 m，底板高程1 707 m，未進(jìn)行襯砌。水幕廊道斷面為4 m×4 m(寬×高)的城門洞形，總長(zhǎng)度112 m，布置在氣室上面，距離氣室最小距離14.1 m，底板高程1 735 m。氣室交通洞和水幕廊道交通洞為施工期間的施工通道，施工完成后已經(jīng)封堵，封堵段外側(cè)混凝土襯砌后斷面尺寸為2 m×2.5 m(寬×高)的城門洞型，亦是本次補(bǔ)強(qiáng)處理前滲水、漏氣最嚴(yán)重的位置。氣墊式調(diào)壓室后期補(bǔ)強(qiáng)處理的施工重點(diǎn)為氣室交通洞、水幕廊道交通洞堵頭外側(cè)的環(huán)向高壓帷幕(水泥、化學(xué))灌漿和氣室內(nèi)無(wú)蓋重高壓固結(jié)灌漿。高壓帷幕(水泥、化學(xué))灌漿布置在氣室交通洞和水幕廊道交通洞內(nèi)靠近堵頭的位置，通過(guò)灌漿處理，在其巖體內(nèi)形成了一道氣墊室的防滲、閉氣帷幕，封閉氣室內(nèi)向各交通洞、鄰近支洞滲漏(水、氣)的通道，以達(dá)到氣室良好的防滲、閉氣效果。

2 鉆孔、灌漿參數(shù)

在氣室交通洞和水幕廊道交通洞的堵頭外側(cè)0～5 m范圍內(nèi)各布置了4排帷幕(水泥、化學(xué))灌漿孔，每排分別為18孔和19孔，兩端(第1、4排)為水泥灌漿，中間兩排(第2、3排)為化學(xué)灌漿。帷幕灌漿參數(shù):氣室交通洞內(nèi)水泥灌漿和化學(xué)灌漿孔深均為深入基巖20 m，水幕廊道交通洞內(nèi)的水泥灌漿和化學(xué)灌漿孔深為深入基巖15～35 m，帷幕(水泥、化學(xué))灌漿孔排距為1.5 m，灌漿目標(biāo)壓力均為4.5 MPa。灌漿孔布置情況見圖1。

3 施工程序

(1)施工原則。

先施工兩端的水泥帷幕灌漿，待水泥灌漿全部完成、待凝72 h后再施工中間兩排化學(xué)帷幕灌漿。水泥帷幕灌漿和化學(xué)帷幕灌漿均按三個(gè)次序進(jìn)行施工。

(2)施工工藝流程。

水泥帷幕灌漿和化學(xué)帷幕灌漿均采用自孔底向孔口分段灌注，其施工工藝流程為:

孔位布置——鉆機(jī)定位——孔口段鉆孔，深入基巖2 m——第一段(2 m)灌漿——鉆孔至終孔——終孔驗(yàn)收——采用循環(huán)式氣囊塞灌注孔底段——上提氣囊塞灌注孔底第二段——如此循環(huán)至孔口第二段——壓力灌漿封孔。化學(xué)帷幕灌漿在每個(gè)灌漿段灌漿結(jié)束時(shí)采用水泥漿液頂漿。

4 帷幕(水泥、化學(xué))灌漿施工

(1)灌漿材料。

水泥灌漿孔口段2 m采用江油女媧32.5R普通硅酸鹽水泥，第二段及以下各段采用600型超細(xì)微膨脹水泥。

圖1 帷幕(水泥、化學(xué))灌漿孔布置圖

化學(xué)灌漿采用中科院廣州化學(xué)研究所研制的YDS－7環(huán)氧漿材，該漿材是一種高滲透性灌漿材料。化灌漿液采用廠家提供的配合比配制。

(2)灌漿分段與灌漿壓力。

帷幕(水泥、化學(xué))灌漿按3序施工。水泥帷幕灌漿和化學(xué)帷幕灌漿均采用自孔底向孔口分段灌注，灌漿分段為:第一段段長(zhǎng)2 m，其余各段的段長(zhǎng)依次為3 m、5 m、5 m、……各段次灌漿壓力按表1進(jìn)行控制。

表1 帷幕(水泥、化學(xué))灌漿壓力控制表

灌漿壓力采用逐級(jí)升壓的方法，從起始?jí)毫χ鸩缴聊繕?biāo)壓力，每級(jí)增加0.3～0.5 MPa。

(3)帷幕(水泥、化學(xué))灌漿施工。

氣室交通洞和水幕廊道交通洞內(nèi)各布置有兩排水泥帷幕灌漿孔，為了滿足工期要求，采取兩排水泥帷幕灌漿孔各布置一臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工，每排帷幕灌漿孔分為3序進(jìn)行鉆孔灌漿。帷幕灌漿孔深15～35 m。由于場(chǎng)地限制，鉆孔采用XY－2PC地質(zhì)鉆機(jī)配φ91金剛石進(jìn)行鉆進(jìn)。水泥帷幕灌漿采用自孔底向孔口分段灌注的方法施工，灌注漿液的濃度由稀到濃逐級(jí)變換，變漿原則按水工建筑物水泥灌漿規(guī)范DL/T 5148－2001執(zhí)行。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min，灌漿即可結(jié)束。

化學(xué)帷幕灌漿在同一部位水泥帷幕灌漿施工完成72 h后進(jìn)行，采用自孔底向孔口分段、純壓式灌注;灌漿采用從美國(guó)進(jìn)口的395型高壓化學(xué)注漿機(jī)和意大利生產(chǎn)的4200化學(xué)灌漿電動(dòng)泵將配制好的化灌漿液注入孔內(nèi)。灌漿時(shí)采用逐級(jí)加壓的方法達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變漿液配比;在灌漿過(guò)程中，由于改變了漿液配比而使灌漿壓力突增或吸漿量突減時(shí)應(yīng)立即查明原因，隨時(shí)調(diào)整。

化學(xué)灌漿在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率小于0.01 L/min，延續(xù)灌注20 min灌漿即可結(jié)束。為了提高施工工效并保證灌漿質(zhì)量，化學(xué)帷幕灌漿的每個(gè)灌漿段在化學(xué)漿材灌注達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，均采用水泥漿液進(jìn)行頂漿，并在孔內(nèi)漿液置換完后提高灌漿壓力(比同段化學(xué)灌漿壓力增加0.5 MPa)，采用水泥漿液繼續(xù)灌注30 min后方可進(jìn)入下一循環(huán)施工或進(jìn)行閉漿。灌漿結(jié)束后應(yīng)及時(shí)用丙酮或其他環(huán)氧漿材稀釋劑清洗灌漿泵及灌漿管路，使其保持潔凈，否則將影響下一次灌漿施工程序。

全孔結(jié)束并經(jīng)檢驗(yàn)合格后應(yīng)及時(shí)采用“置換或壓力灌漿法”封孔，其封孔壓力為2.5 MPa。灌漿孔采用加入微膨脹劑的水泥漿液(水灰比為:0.5∶1)進(jìn)行封填，孔口未封滿部分采用不低于C25的水泥砂漿抹平。

(4)特殊情況的處理。

①水泥帷幕灌漿施工中的特殊情況按現(xiàn)行水泥灌漿施工規(guī)范進(jìn)行處理。

②化學(xué)灌漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿等，應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、限量、限流、換用水泥漿液灌注等方法進(jìn)行處理。

③對(duì)于化學(xué)帷幕灌漿孔灌前壓水試驗(yàn)透水率≥3 Lu的灌漿段，先采用600型超細(xì)微膨脹水泥漿液進(jìn)行灌注，待其達(dá)到正常灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后再灌注化學(xué)漿液，并達(dá)到化學(xué)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

④對(duì)化學(xué)灌漿耗漿大孔段的處理:首先酌情采取降低灌漿壓力或縮短固化時(shí)間等措施予以解決，如耗漿量仍很大且無(wú)漏漿現(xiàn)象，則應(yīng)停止化學(xué)灌漿，改用水泥漿液灌注，然后再進(jìn)行化學(xué)灌漿。

⑤化學(xué)灌漿時(shí)，為防止?jié){液溫度過(guò)高，采用循環(huán)水對(duì)儲(chǔ)漿罐進(jìn)行外部冷卻。在漿液出現(xiàn)暴聚征兆時(shí)，應(yīng)立即調(diào)換新鮮漿液，必要時(shí)沖洗灌漿設(shè)備和管路后再繼續(xù)灌漿作業(yè)。

5 完成工程量

該工程氣室交通洞和水幕廊道交通洞共完成水泥、化學(xué)帷幕灌漿工程量:水泥帷幕灌漿鉆孔1 734.59 m，水泥帷幕灌漿1 643.29 m，總灌注水泥218.17 t;完成化學(xué)帷幕灌漿鉆孔1 730.1 m，化學(xué)帷幕灌漿1 640 m，總灌注化學(xué)漿材(環(huán)氧YDS －7)43.09 t。

6 灌漿效果

該工程施工全部完成后，對(duì)氣室交通洞和水幕廊道交通洞兩個(gè)部位帷幕(水泥、化學(xué))孔的灌漿、壓水試驗(yàn)成果進(jìn)行了綜合統(tǒng)計(jì)。

水泥帷幕灌漿:Ⅰ序孔平均單耗246.72 kg/m，Ⅱ序孔平均單耗151.6 kg/m，Ⅲ序孔平均單耗56.75 kg/m，所有孔平均單耗 132.76 kg/m;化學(xué)帷幕灌漿:Ⅰ序孔平均單耗54.09 kg/m，Ⅱ序孔平均單耗25.05 kg/m，Ⅲ序孔平均單耗10.6 kg/m，所有孔的平均單耗為26.27 kg/m。帷幕(水泥、化學(xué))灌漿隨著灌漿次序的增加，遞減規(guī)律明顯，符合灌漿規(guī)律。

灌前、灌后壓水試驗(yàn)情況:水泥帷幕灌漿灌前壓水試驗(yàn)平均透水率為9.4 Lu，灌漿完后其檢查孔壓水試驗(yàn)平均透水率為0.58 Lu。化學(xué)帷幕灌漿在同一部位水泥帷幕灌漿全部施工完成后進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)在化學(xué)灌漿Ⅲ序孔中選擇了10%的孔進(jìn)行了分段壓水試驗(yàn)，透水率減小至0.1 Lu。化學(xué)帷幕灌漿施工完后進(jìn)行了壓水檢查，平均透水率僅為0.047 Lu，符合設(shè)計(jì)要求。

從帷幕(水泥、化學(xué))灌漿單耗遞減情況和灌前、灌后壓水試驗(yàn)透水率的變化可知，該工程采用水泥、化學(xué)復(fù)合高壓帷幕灌漿效果明顯，灌漿質(zhì)量可靠。

7 結(jié)語(yǔ)

自一里水電站氣墊式調(diào)壓室經(jīng)過(guò)后期補(bǔ)強(qiáng)重新恢復(fù)并網(wǎng)發(fā)電后，氣墊式調(diào)壓室由原來(lái)60 m3空壓機(jī)必須連續(xù)充氣才能達(dá)到兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行要求，處理后從大氣墊減至小氣墊需10 d，每隔10 d只需40 m3空壓機(jī)補(bǔ)一次氣(每次補(bǔ)充氣的時(shí)間為30 h左右)就能保證兩臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行;按專家認(rèn)可的小氣墊方案，兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行則要15 d才需補(bǔ)一次氣，從而使電站的運(yùn)行成本大大降低，也增加了電站運(yùn)行安全保障。由此可見，氣墊式調(diào)壓室本次防滲補(bǔ)強(qiáng)處理效果明顯，所采用的水泥、化學(xué)復(fù)合高壓灌漿施工技術(shù)在自一里水電站氣墊式調(diào)壓室后期補(bǔ)強(qiáng)中得到了成功應(yīng)用。