高壓水泥固結灌漿在抽水蓄能電站高壓水道中的應用

【摘要】高壓水泥固結灌漿在目前抽水蓄能電站采用混凝土襯砌的高壓水道中應用較為普遍，主要目的是加固高壓水道周邊的巖體，保證水道系統在高壓水頭作用下的正常運行。在深圳抽水蓄能電站的高壓水道中，包括上斜井、中平洞、下斜井、下平洞高壓岔管，根據設計凈水頭壓力的不同依次采用了4.5MPa、6.0 MPa、7.0 MPa、7.5 MPa的高壓水泥固結灌漿，高壓水泥固結灌漿均采用純壓式灌漿方式進行灌注。

【關鍵詞】高壓水泥灌漿；水蓄能電

根據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范 DL/T5148—2012》的介紹，灌漿壓力大于或等于3.0MPa的水泥灌漿即稱為高壓水泥灌漿；深圳抽水蓄能電站根據設計對高壓水泥灌漿的壓力劃分標準為4.5 MPa，即灌漿壓力大于或等于4.5 MPa的水泥灌漿稱為高壓水泥固結灌漿。

1、工程概況

1.1 工程特性

深圳抽水蓄能電站位于深圳市東北部的鹽田區和龍崗區內，距深圳市中心約20km，裝機容量1200MW。樞紐工程由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房系統及開關站、場內永久道路等部分組成。

水道引水系統由上平洞、中平洞、下平洞和上斜井、下斜井、高壓岔管及引水支洞組成，全長3403.94m。其中引水洞為鋼筋混凝土襯砌結構，襯砌后直徑為9.5m的圓形洞室；引水支洞為鋼襯結構，直徑均為4.0m的圓形洞室。上斜井、中平洞、下斜井、中平洞灌漿壓力分別為4.5MPa、6.0 MPa、7.0 MPa、7.5 MPa的高壓水泥固結灌漿。

1.2 地質條件

高壓引水隧洞全長3226.182m，均為為Ⅰ～Ⅲ類圍巖，其中Ⅰ、Ⅱ類圍巖2383.563m，引水隧洞總長的73.88%，Ⅲ類圍巖長842.619m，引水隧洞總長的26.12%。引水隧洞總體地質條件較好，僅有局部裂隙較為發育。

2、高壓水泥固結灌漿工藝介紹

2.1高壓水泥固結灌漿施工工藝參數的確定

高壓水泥固結灌漿正式施工前，通過進行高壓水泥固結灌漿的工藝性試驗，確定了純壓式固結灌漿的各項灌漿參數，試驗包括進行分段灌漿（先深孔后淺孔和先淺孔后深孔）、全孔一次性灌漿，主要確定了在不同灌漿壓力下的灌漿分段形式。

最終確定在灌漿壓力為4.5 MPa、6.0 MPa的部分，采用全孔一次灌注的方式進行灌漿；灌漿壓力大于6.0MPa且圍巖條件較好的部位采用分段灌漿的方式進行灌漿，即先深孔后淺孔的灌漿方式進行，并且淺孔段灌漿壓力按照4.5 MPa控制；灌漿壓力大于6.0MPa且圍巖情況較差的部位，采用先淺孔后深孔的灌漿方式進行，淺孔段灌漿壓力按照4.5 MPa控制。

2.2 全孔一次性灌漿和分段灌漿的具體方式

全孔一次性灌將方式，即全孔一次性造孔，灌漿卡塞卡在襯砌混凝土段0.3m～0.5m處，一次性緩慢將壓力提升到設計灌漿壓力。

先深孔后淺孔的灌漿方式，即全孔一次造孔，通過變換灌漿卡塞的位置來實現先深后淺，灌漿卡塞卡在入巖1.0m處進行深孔段灌漿，灌漿結束后將卡塞提到襯砌混凝土段采用4.5 MPa的灌漿壓力進行淺孔段和接觸段的灌漿。這樣既可以保證深孔段在設計有效灌漿壓力下的灌漿效果，也可以保證淺孔段和接觸段的封閉效果。

先淺孔后深孔的灌漿方式，即分段造孔、分段灌漿，先進行淺孔段3.0m的灌漿，在3天后原孔鉆至設計孔深，進行深孔段的灌漿。這種灌漿方式主要用于兩種情況的灌漿：⑴圍巖條件差，先深孔段灌漿容易產生繞塞情況的高壓水泥固結灌漿，⑵壓力在7.0MPa以上的高壓水泥固結灌漿。

2.3 各種灌漿方式的優缺點

（1）全孔一次性灌漿方式。

優點：施工工序相對簡單，在保證工程進度方面最為有利。

缺點：在固結灌漿壓力超過過高的情況下，容易對混凝土結構產生破壞。

（2）先深孔后淺孔的灌漿方式。

優點：既能保證深孔段的灌漿效果，也能保證淺孔段的封閉效果；因為采用一次造孔、分段灌漿的方式，既能起到分段灌漿的效果，又節省了分段灌漿的等強和造孔時間，對工程進度比較有利。

缺點：在灌漿壓力較高，圍巖情況較差的情況下，深孔段灌漿過程中容易產生饒塞、串漿等現象，可能對深孔段的灌漿效果造成影響。

（3）先淺孔后深孔的灌漿方式

優點：先進行淺孔段灌漿，經過等強后，二次造孔再進行深孔段灌漿。該灌漿方式在有效封閉圍巖淺孔段后，再進行深孔段灌漿，如此對于保證工程質量最為有利，同時可以最大程度上減小因灌漿施工對淺孔段和結構混凝土的破壞。

缺點：因為在淺孔段灌漿后，需要等強和二次造孔，工序較為繁瑣，施工周期較長，對工程進度不利。

2.4 各種灌漿方式的應用及確定因素

上斜井中間段往下游均屬于高壓水泥固結灌漿，上斜井中間段長度100m，灌漿壓力4.5 MPa、灌漿孔深入巖7.0m，該段采用全孔一次性灌漿方式進行灌漿施工。

上斜井下段和中平洞長度1100m，灌漿壓力為6.0 MPa、灌漿孔深入巖7.0m。上斜井下段采用分段（先深孔后淺孔）灌漿方式施工；中平洞的Ⅲ類圍巖段采用先淺孔后深孔的灌漿方式進行灌漿施工，Ⅰ、Ⅱ類圍巖段采用全孔一次性灌漿的方式進行灌漿施工。

下斜井、下平洞和高壓岔管段全長350m，灌漿壓力為7.0 MPa、7.5 MPa，灌漿孔深入巖7.0m，采用分段灌漿方式施工，下斜井采用先深孔后淺孔灌漿方式，下平洞和高壓岔管段采用先淺孔后深孔灌漿方式。

3、總結

深圳抽水蓄能電站水道系統的高壓水泥固結灌漿采用純壓式灌漿方式，根據不同的圍巖條件和灌漿壓力，通過灌漿試驗確定了多種不同灌漿方式形式，有效地保證了工程質量。高壓水泥固結灌漿的施工經驗，充分驗證了高壓水道系統運用純壓式灌漿方式的可行性。在不同的施工參數下，對灌漿形式進行適當的調整，選擇最為適合的灌漿形式對灌漿質量的保證尤為重要。以上高壓固結灌漿的總結，希望能對類似高壓水道的灌漿參數選取和施工，提供一定的借鑒經驗。