施工支洞涌水封堵技術在水電站上的應用

摘 要：在水電站支洞的掘進施工中，涌水情況時常發生，如不采取有效的涌水封堵技術，將會對工程的進度和質量造成嚴重的影響。文章結合工程實例，對水電站支洞施工中涌水封堵技術的綜合應用進行了分析與探討。

關鍵詞：水電站；支洞；涌水封堵；技術

1 工程實例

1.1 工程情況

某水電站支洞工程為下坡隧洞，長度為540米，是連接水電站豎井段和高壓管道下平段的唯一施工通道。支洞工程地下水源較為豐富，主要為巖溶裂隙水，在支洞開挖過程中常出現不同程度的涌水情況，對工程正常施工造成了一定影響。

1.2 涌水情況

該支洞工程施工中，某段右側邊墻和掌子面多處出現涌水和滲流水情況，出水段的總流量約為50L/s左右。對支洞工程的順利施工造成了嚴重影響，為保證工程施工進度和施工質量，經過探討研究，采用了封堵方式對支洞涌水進行處理。工程實踐表明，取得了良好的效果。

2 涌水封堵施工工藝流程和總體規劃要點

施工支洞涌水封堵的大致工藝流程為：施工準備→表面封堵→孔位和孔向布置→鉆孔→洗孔→灌漿→壓水實驗→封孔→質量驗收。

涌水封堵施工的總體規劃要點：

2.1 首先應對支洞涌水部位實施快速的封堵，可通過堵漏材料進行臨時性的表面封堵措施。

2.2 對鉆孔的孔位和孔向的布置，應根據有利于直接實施封堵灌漿的原則進行布置。

2.3 當表面封堵工序結束后，可根據實際工程中地質分析、鉆孔分析等手段對支洞結構面情況進行探明，然后再實施封堵灌漿措施。首先應進行試灌操作，以選擇適宜的灌漿封堵材料、灌漿壓力和灌漿濃度。

3 涌水封堵施工方案

3.1 施工準備

良好、系統的施工準備工作對保證支洞涌水封堵施工的成功具有重要的作用。首先應做好對工程中工程地質與水文地質的勘探，準確掌握巖層構造、巖石性質、裂隙以及涌水流速和水質等方面情況；其次，應做好施工用電、通風、供風、供水、排水等各方面的準備和布置，合理配置好工程所需的施工機械設備；最后，對于灌漿施工，應進行灌漿現場試驗，以有效選定灌漿的材料、順序、質量標準，并準備確定灌漿的孔距、孔深、排數和排距等，詳細制定好灌漿施工計劃。

3.2 表面封堵

支洞涌水封堵首先應進行表面封堵措施，其主要作用并非是將支洞涌水全面封堵住，而是通過表面封堵以有效降低支洞掌子面的出水量，降低灌漿處理和鉆孔操作的施工難度，使后續施工中的鉆孔以及灌漿等工序能順利進行。

該工程中利用模袋灌漿技術對支洞掌子面實施表面封堵。首先根據實際涌水情況，在出水裂縫中填入一定量的模袋，要求填入深度控制在50厘米到100厘米之間。然后使用外接鋼管進行有效固定，以避免在灌漿施工中因模袋的膨脹而沖出孔外。進行模袋灌漿的過程中，應根據出水口實際出水的變化情況，對灌漿速率進行適當的調整。當模袋灌漿完成后，應使用封堵材料對表面實施快速的噴涂，以盡可能的降低支洞掌子面的出水量。

3.3 鉆孔

3.3.1 鉆孔的孔向、孔位和孔深都應滿足設計規范要求。該工程中要求鉆孔孔位的偏差不宜超過10厘米，鉆孔的角度應控制在0度～10度以內。

3.3.2 鉆孔施工過程中，應盡量保證孔徑上下均一且孔壁平順，以避免灌漿施工中返漿現象的發生。同時還應控制鉆進過程中細屑和巖粉的生成，以避免孔壁縫隙受到堵塞，影響后續灌漿施工的質量。

3.4 洗孔

洗孔的方式主要可分為單孔沖洗和群孔沖洗兩種。單孔沖洗適宜于巖層較為完整，以及裂隙較少的地方，主要包括了高壓壓水沖洗、高壓脈動沖洗以及揚水沖洗；群孔沖洗較為適宜于巖層破碎，且鉆孔之間存在互相串通的巖層。該工程中采用了高壓脈動沖洗方式進行洗孔，沖洗水的壓力為灌漿壓力的80%。洗孔時間上應滿足相應設計規范要求，直到洗孔時回水清澈為止。

3.5 壓水試驗

壓水試驗的主要目的是為了檢測巖層的滲透效果，并為灌漿施工提供必要的技術資料。壓水實驗的原理是在一定的水頭壓力下，利用鉆孔將水壓入到孔壁四周的縫隙當中，并根據實際壓水的時間和壓入的水量，以計算出代表巖層滲透特性的相關技術參數。

3.6 灌漿

3.6.1 漿液的選擇。在灌漿施工中，漿液的選擇非常重要，在很大程度上直接關系到施工的費用以及支洞工程涌水封堵的效果。因此灌漿材料和配漿工作一直是灌漿施工中的重難點問題。由于灌漿目的以及地質條件的不同，所需漿液基本材料和各種材料的配合比都有較大的變化，該支洞涌水封堵工程中對漿液有以下幾點性能要求：①漿液應具備良好的流動性，粘度不宜過大，以有利于增大漿液的擴散范圍和灌注施工；②漿液應具備較好的穩定性且析水率應較低，因如果固體顆粒過早的析水沉淀，將會影響到漿液的有效灌注；③漿液中水泥顆粒或其它材料顆粒應具備一定的細度，以便于填充支洞掌子面中的細微裂隙。

3.6.2 灌漿次序。鉆孔與灌漿應按照分序加密的原則分步進行。采用分序加密的方式進行灌漿操作，有利于漿液得到逐漸擠壓密實，并加強工程中灌漿區域的連續性。通過逐步提升灌漿的壓力，也有利于提高漿液的密實性以及漿液的擴散。

3.6.3 灌漿方式。根據灌漿時漿液灌注和流動的特點，灌漿方式主要可分為純壓式和循環式兩種。純壓式是指較為簡單的將漿液沿灌漿管壓入鉆孔而不需要循環，通常使用較濃漿液灌注。在該工程支洞涌水封堵中，采用了循環式灌漿，循環式灌漿是指漿液在內外兩管孔隙間循環的方式，這種方式可使漿液在孔段中始終保持流動狀態，不僅減少了顆粒的沉淀，而且提高了灌漿的質量。

3.6.4 灌漿壓力的控制。灌漿壓力，通常是指作用在灌漿段中部的壓力，也是控制灌漿質量和提高灌漿經濟效益的重要因素。灌漿壓力如無法良好的控制，會導致支洞巖石面出現抬動現象，不僅容易導致灌漿施工的中斷，而且使灌漿質量無法得以保障，進而影響到整個支洞涌水封堵的施工質量。因此在涌水封堵的施工過程中，應加強對灌漿壓力的控制和調整。

灌漿壓力的確定，一方面其壓力大小與地質條件、涌水壓力以及孔深等有關，該涌水封堵工程中灌漿壓力的選擇應超過涌水壓力的1～1.5MPa左右；另一方面灌漿壓力應以壓水試驗所確定的臨界壓力作為依據。

3.6.5 漿液濃度的控制。當漿液濃度過高時，會影響其流動性，導致漿液不能有效灌入進細小裂隙中；當漿液濃度過低時，雖然流動性好，但固結質量和防滲性能都大為降低。因此在灌漿施工過程中應準確掌握漿液濃度變化的尺度，加強對漿液濃度的控制。漿液濃度變換的控制應遵循由稀到濃的原則，并根據灌漿壓力和吸漿率的變化，對漿液的稠度進行適時的調整。

3.6.6 灌漿的結束條件與封孔。灌漿的結束條件，通常可通過兩項指標進行控制，一項指標是閉漿時間，即在殘余吸漿量不變的情況下，能保持設計規定壓力的持續時間；另一項指標是殘余吸漿量，即最后的限定吸漿量。在該涌水封堵工程中，當吸漿率在1L/min以下且滿足設計終灌壓力后，再持續注漿十分鐘左右即可結束。

封孔采用全孔注漿封孔法，因工程中灌漿孔較少，可在灌漿施工完成后再進行集中封孔，孔口處使用砂漿抹平。

4 結束語

本文著重研究和探討了施工支洞涌水封堵技術在水電站建設中的應用以及相關注意問題，希望能夠為相關工程建設提供一定的參考與借鑒，以此促進水電站工程建設能得到更好的應用與發展。

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